S700K 道岔动作功率曲线分析应用

李强强 中国铁路上海局集团有限公司上海高铁维修段

我国高铁的快速发展，极大地提升了铁路的运输效率。S700K 提速道岔是高铁重要的信号设备，是高速列车运行的基本保障。一旦出现故障，将造成列车晚点，影响行车效率。信号集中监测系统记录的道岔功率曲线反映了道岔尖轨推拉力，也是处理道岔故障的重要手段。在道岔发生故障时，通过对功率曲线的分析，能够辅助判断故障点，指导现场有针对性地进行故障处理。在道岔日常巡检修中，通过对功率曲线的周期性调看分析，同时与参考曲线比对，反映出道岔在转换过程中受力情况和机械性能。并设置超时超限报警功能，及时发现道岔隐患，避免故障。而对于监测自身，道岔功率曲线记录不良或监测不准确时也应记录并及时处理。基于此，针对功率曲线在实际应用中存在的弊端，提出了合理化建议。

1 交流转辙机动作功率曲线采样原理

交流三相转辙机动作功率监测采用电流功率传感器，分别采集电机动作时的电压值和电流值，通过公式P=UIcosθ计算出实时功率值（θ 是电压与电流的夹角）。三相电压是在断相保护器（DBQ）端子 11、31、51 上采集，三相电流是在DBQ 输出与 1DQJ（1DQJF）接点之间采集。当1DQJ 吸起时，1DQJ 开关量的变化启动互感器采集电机动作时的电压值和电流值，互感器内部对其隔离转换，每40 ms 计算并记录一个有功功率的采集点，直到动作完成采集结束，经过采集单元对数据的处理，利用485 总线将数据传输给站机。如图1 所示。

图1 交流转辙机动作功率曲线采样原理图

在运用功率曲线分析道岔故障之前，要对S700K 提速道岔动作过程进行分段处理。当1DQJ 吸起时，道岔功率曲线开始记录。2DQJ 转极，道岔功率曲线将出现一个较大峰值，道岔开始动作。动作过程分为解锁、转换、锁闭，此时功率曲线较为稳定。动作完成，1DQJ 缓放直至落下，停止记录功率曲线。

2 功率曲线的“机械特性”

在实际应用中发现，功率曲线的变化反映了道岔机械性能的变化。不论是在道岔的日常巡检修中，还是在处理道岔故障时，功率曲线的分析是判断道岔状态的重要依据。下面用实际案例来谈谈功率曲线“机械特性”的应用。

2.1 道岔卡阻隐患

监测浏览发现某站24#道岔超时超限，24# 尖 1 定到反动作时间 6.28 s，功率由 373 W 上升至 574 W；24# 尖 2 定到反动作时间7.4 s，功率由385 W 上升至563 W；24#尖3 定到反动作时间5.8 s，功率由529 W 上升至702 W。功率曲线如图2 所示。

图2 24#道岔尖2 功率曲线

分析功率曲线可知尖2 在转换过程中受阻，但在尖1 和尖3 的带动下被强行拉到锁闭位置，怀疑尖2 道岔机械部分卡阻、缺油或滑床板有杂物。工区值班人员上道发现第九块滑床板有异物，对其清扫、涂油处理，设备恢复良好。

2.2 不解锁故障

某站20#道岔定到反无表示，调阅功率曲线发现，故障时20#芯1、芯2 定到反动作 30 s，芯 1 回扳 0.44 s，芯 2 回扳2.2 s,单操一次，定、反位表示均恢复正常，如图 3、4 所示。

图3 20#道岔芯1 功率曲线

图4 20#道岔芯2 功率曲线

从图3、4 可以看出，大致原因应该是20#芯1 不解锁，因回扳时间0.44 s，说明室外道岔杆件还没有动作，进一步确定为转辙机内部不解锁导致道岔操纵无表示。现场上道检查发现20#芯1 的TS-1 接点滚轮碎裂，造成锁舌被卡住，无法弹出，导致道岔解锁困难，现场更换了TS-1 接点，现设备恢复正常。

2.3 不锁闭故障

某站10#定到反无表示，调阅功率曲线发现，故障时某站10#芯1 定到反无表示，动作时间30 s，操纵两个来回后恢复,曲线仍然异常，回扳曲线与正常曲线一致。如图5 所示。

图5 10#道岔芯1 功率曲线

从图5 可以看出，回扳时间跟正常曲线时间一样，说明道岔已动作到位，大致原因应该是卡缺口或机内卡阻，查看故障时的缺口监测，缺口逐渐跑偏，可以大致确定辙机卡缺口导致道岔操纵无表示。现场上道处理发现密贴较松，缺口较偏，导致道岔不锁闭。

3 功率曲线的“小台阶”特性

功率曲线的尾部俗称“小台阶”，实现了对道岔表示电路各接点的检查。利用“小台阶”这一特性能够帮助现场迅速判断出故障现象。

3.1 道岔动作功率曲线“小台阶”的形成原理

道岔正常转换到位后，自动开闭器接点切断道岔启动电路，此时BHJ 落下，使得1DQJ 自闭电路断开。在1DQJ缓放的过程中，由于道岔转换到位后，三相交流电通过室内的1DQJ、1DQJF 前接点和室外自动开闭器接点构通回路，产生两相小电流即功率曲线的“小台阶”。“小台阶”持续的时间就是1DQJ 的缓放时间（《维规》中规定：24 V 条件下，JWJXC-125/80 型继电器在失磁时缓放时间不小于0.5 s）。因此，道岔功率曲线中的“小台阶”能反映出表示通道的状态。

每次扳动时道岔“小台阶”的数值应保持稳定，为200 W 左右，“小台阶”的功率值发生变化通常说明室外二极管及电阻的阻抗发生了变化。“小台阶”的变化在日常维修及故障处理中能够提供极其重要的信息，下面就以实际案例来说明其重要性。

3.2 无表示室内故障

某站3#道岔反到定无表示，故障时3#尖1 反位操纵定位无表示，动作时间与正常时间一样，功率曲线无“小台阶”，缺口正常，单操多次，定位表示仍未良好。如图6 所示。

图6 3#道岔尖1 功率曲线

从图6 可以看出，故障时动作时间跟正常曲线时间一样，说明道岔已动作到位，道表交直流电压110 V/0 V，说明是室外开路故障，功率曲线无“小台阶”，1DQJ 缓放时未形成回路，综合判断大致原因应该是转辙机内部接点、密检器的缺口。经现场检查发现3#J1-A1 密检器机盖盘根槽侧边与动接点支架拉簧接头存在磨卡痕迹，分析判断故障因动接点支架拉簧接头与密检器机盖盘根槽侧边磨卡造成动接点未能转换到位，因而造成定位无表示。

3.3 无表示室外故障

某站13#道岔芯2 定位操纵反位后无表示，回操定位表示正常，13#芯1 动作正常。通过调阅功率曲线发现，13#道岔芯2 定到反动作时长7.84 s，来回动作4 次，故障现象一致。功率曲线如图7 所示。

图7 13#道岔X2 功率曲线

分析功率曲线可知，道岔动作结束，锁闭之后没有形成“小台阶”，说明在X1、X3 之间回路不通。反位无表示时，交流电压4.6 V，直流电压0 V，可判断为室内表示电源未送出，为室内开路故障。道岔回操定位动作正常，表示正常，可判断X1 良好。故重点怀疑X3 室内部分2DQJ的121-123 接点接触不良。S700K 转辙机使用的是三相交流380 V 的电，在道岔动作过程中，由于三相不平衡电流，芯2 转辙机拉力不足，导致芯2 是由芯1带着走（3 s-4 s 功率曲线升高）。现场检查13#芯2 的2DQJ，发现继电器121-123 接点有异物，更换后道岔操纵良好，设备恢复正常。

通过上述两个案例说明，在利用道岔功率曲线“小台阶”缺失这一特性判断故障现象时，我们还需要结合道表电压值才能准确分析出故障原因。

当道岔动作正常，功率曲线的“小台阶”数值正常但时间过长，说明室外经由二极管的表示通道已构通，道岔到位后1DQJ 自闭电路未断开，BHJ 未落下，可分析判断得知原因为DBQ 特性不良。

通过对自己在工作中遇到的实际案例分析，功率曲线的重要性已经不言而喻了。而在实际应用中，监测自身采集问题所导致的虚假信息会误导监测人员对现场道岔状态（或故障现象）的错误判断。所以要加强对监测设备自身的维护，使其能够稳定地提供准确信息，比如监测采集模块以及相关采集配线。

4 优化报警功能

在实际应用中，为了使功率曲线更准确真实地反映道岔工作状态，我们对监测软件程序做了部分优化，修改了功率曲线精度系数，减少了采集误差。在针对功率曲线的实时性方面，分别设置了超时和超限报警。（1）对道岔的各个牵引点的标准动作时长加0.3 s，做为功率曲线的超时报警值。若有道岔超时，则会弹窗加声音报警。（2）根据道岔每个牵引点的标准功率曲线，增加100 W 做为超上限报警。若有功率超限，则会弹窗加声音报警（辉煌版本的超限设置可以做进一步优化，在道岔功率曲线采集的每一个点跟标准的曲线做对比，增加100 W 为超上限报警值）。通过超时超限报警，监测人员能够及时发现道岔异常，消除安全隐患。

5 合理化建议

目前采用人工方式分析由微机监测系统提供的S700K 转辙机动作功率曲线来判断转辙机的工作状态，这种方式完全依赖维修人员的专业知识和工作经验，而且存在着误判，漏判以及分析时间长，故障分析效率低下的问题。针对上述问题，现提出一些个人建议：应用智能技术可以实现S700K 转辙机的故障分析和定位。对从现场采集的转辙机动作功率曲线数据进行分析，提取其数据的特征向量，利用遗传算法优化参数，通过神经网络方式可以有效地处理转辙机的运行状态和各故障参数之间的关系，只要样本充足就可以保证神经网络学习和分析的可靠性，而微机监测系统可以为此提供大量的现场数据。此方法能够提高转辙机故障诊断的精度与速度，实现故障的智能分析和定位。

在高铁快速发展的背景下，道岔设备质量稳定可靠相当关键。在日常工作中，我们要不断学习总结，加强对道岔功率曲线的监测分析，及时发现道岔状态异常，确保设备安全运行。