客专轨道电路扼流变压器常见故障分析与维护建议

孟 琳，魏 涛

（中国铁路上海局集团有限公司徐州电务段,江苏徐州 221000）

目前，高速铁路线路广泛采用扼流变压器用于导通牵引电流，或安装于区间上、下行轨道电路中平衡牵引电流，使之不影响轨道电路的正常工作。在扼流变压器内增设适配器对于减少不平衡电流的影响、抑制牵引回流干扰效果比较明显。尤其是铅芯保安管、防雷轨道变压器和高容量扼流变压器的出现以及适配器的不断改进，大大提升抗电气化脉冲电流干扰能力。但扼流变压器因其较低的故障率和牵引回流的复杂性，往往造成故障延时更长。本文就客运专线普遍采用的BES(K)-1000/ZPW 扼流变压器几起常见故障进行简要分析。

1 主要原理

客运专线站内ZPW-2000 系列轨道电路普遍采用BES(K)-1000/ZPW 型扼流适配变压器，同时搭配QSP6（K）型适配器使用。作为带适配器(ESP)的大气隙铁心变压器，BES(K)-1000/ZPW 型扼流适配变压器对于ZPW-2000 系列移频轨道电路具有良好的信号传输特效，可以有效减少不平衡牵引回流干扰，增强其抗磁化能力。

1.1 BES(K)-1000/ZPW型扼流适配变压器原理

根据站内一体化轨道电路的载频区分，BES(K)-1000/ZPW 扼流适配变压器有2 种型号：1 700/2 000 Hz、2 300/2 600 Hz。其原理如图1所示。

图1 BES(K)-1000/ZPW型扼流适配变压器原理图Fig.1 Schematic diagram of BES(K)-1000/ZPW choke transformer

近年来，通过加大扼流变压器铁芯气隙，有效降低了牵引线圈的激磁电感,进而增加铁心的饱和电流幅值,使其在产生较大不平衡电气化脉冲牵引电流时，一般不会出现降低50 Hz 阻抗阻扰效果，铁芯进入磁饱和状态。同时，在次级线圈并接适配器(等效于高Q 值50 Hz 串联谐振电路,折算到牵引线圈的50 Hz 阻抗约0.01 Ω,相当于短路),从而使不平衡电流绝大部分消耗在电路内，实现有效改善信号传输的匹配功能,提高信干比的目的。

1.2 QSP6(K)适配器原理

当断路器闭合时，不平衡牵引电流在II 次侧通过L1/C1处，50 Hz 牵引电流通过时呈现零阻抗，相当两钢轨间接1 根50 Hz 短路线，50 Hz 脉冲干扰电流无法传送到发送、接收设备中；C2处通道为移频信号通道，相对于移频信号呈现高阻抗，改善对移频信号的干扰。对于移频轨道电路,还可根据发送移频的频率配装相应电压提升器（TSQ），提高信号阻抗，形成对相应频率的并联谐振，在不同的电码化区段，保证机车信号的可靠接收。

1.3 BES(K)-1000/ZPW扼流适配变压器技术指标

BES（K）-1000/ZPW 型扼流适配变压器中点设计容许通过额定电流为1 000 A，电压变比为1：3（对应牵引线圈1-3：信号线圈4-5），适配器固定连接，变压比1:24（对应牵引线圈1-3：II 次侧4-12）。变压器的不平衡系数应小于0.5%。扼流适配变压器经50 Hz 电流磁化时，其阻抗应满足维规要求大于17 Ω。

2 故障案例一

2.1 案例描述

20XX 年X 月X 日，京沪高铁某站7DG 轨道电路电压波动，连续多日在动车组列车通过后出现主轨出电压在372～392 mV 间变化，正常时电压398 mV，且该现象无规律随机发生。利用夜间天窗修对室外设备进行检查，同时进行相关电气特性测试，7DG 轨道电路现场测试数据如表1，2 所示。

表1 7DG轨道电路现场测试数据Tab.1 Field test data of 7DG track circuits

表2 7DG受电端扼流变压器测试数据Tab.2 Test data on choke transformer at 7DG receiving end

对7DG ⊕受电端的带适配器的扼流变压器（BES-1000/ZPW）测试数据分析比对发现：其在线阻抗降低到9.9 Ω 左右，正常时在线阻抗应大于17 Ω，遂判断扼流变压器不良。当即更换扼流变压器中的适配器，设备电气特性恢复正常，隐患消除。

2.2 原因分析

为确保带适配器的扼流变压器对牵引电流50 Hz 信号呈现较低的阻抗，保证在最大的不平衡牵引电流条件下，在扼流变压器上产生的50 Hz 电压不大于2.4 V，规定其在线阻抗应不小于17 Ω。在此案例中，适配器阻值下降，导致在牵引电流不平衡时，移频信号的传输特性发生变化，出现不规则的电压波动。同时连接扼流适配变压器的4 根等阻线电流也对应增大。

2.3 日常维护建议

日常在做好一体化轨道电路和区间移频轨道区段电气特性测试的同时，也应增加绘制各区段轨道电路通道电压测试曲线图，便于隐患查找和故障处理时比对。

在隐患查找和故障处理时，要同时关注功出电流的变化，做好与日常测试数据比较。

移频轨道电路隐患查找和故障处理过程中，必须使用专用96-3S（3Z）移频测试仪或ZPW-2000/25 Hz/50 Hz 多频短路测试仪。

具备条件的情况下，应定期对扼流变压器Ⅰ、Ⅱ次线间绝缘进行测试，保证其绝缘性能达标。

对部分高压不对称区段安装使用的扼流变压器，应采取在两线圈间隔处放置绝缘介质的办法，再次进行绝缘隔离，可以有效减少线圈间绝缘不良及短路故障的发生。

3 故障案例二

3.1 案例描述

20XX 年X 月X 日，京沪高铁某站动车组在出站后发车进路遗留红光带，调阅集中监测发现：45DG 在动车组出清后，45DG、45DG1 同时遗留红光带，10 min 后电压自动恢复至正常值，且电压平稳，故障现象自动消失。夜间利用天窗修，组织技术人员对室外45DG、45DG1 轨道电路所有绝缘、45#道岔安装装置绝缘和相关电缆芯线进行检查，均测试良好；对45DG 轨道电路和扼流变压器进行检查测试也没有发现问题。通过排查模拟试验，结合动车组反向发车和站内牵引回流改造情况，断定为由于牵引电流谐波加大，造成不平衡牵引电流增大，在列车通过轨道电路区段时，存在回流不畅，扼流变压器在受到较大的不平衡冲击电流作用下铁芯饱和，轨道电路信号被阻断，列车出清时铁芯仍处于饱和状态，轨道电路不能正常恢复。当列车逐渐远离该轨道电路区段后，随着牵引电流的减弱和自身能量的消耗，饱和的铁芯逐渐恢复正常，轨道电路电压自动恢复。

3.2 原因分析

在电气化区段,尤其是涉及站改和动车组反向运行的车站，牵引回流路径较为复杂，在两轨条向大地漏泄不一致、两轨条综合阻抗值不相等或者外界因素干扰的情况下,均会在两轨条间产生牵引电流的不平衡。在理想的平衡状态下,流入和流出牵引线圈方向相反的牵引电流产生的磁场在线圈中会相互抵消。但是这种理想的平衡状态在实际设备中很难达到。因此,在牵引电流不平衡的情况下,会将牵引线圈两电流差值的干扰电压传送到信号线圈上,同时施加到轨道电路的送、受电端设备上,形成干扰电压。又因轨道扼流变压器具有铁芯无空隙的结构特点,当扼流变压器牵引线圈上从两轨条流入的不平衡电流增长到使磁路中磁势达到一定值时便形成磁饱和状态。牵引电流不平衡值越大,干扰电压也就越大。

3.3 扼流变压器发生磁饱和的主要外部原因

电气化区段接触网供电设备属强电系统，万伏级电压、百安培级牵引电流，而信号设备均是小电流、低电压，不平衡电流会对信号设备造成极大干扰。电气化区段接触网供电设备对信号设备的干扰主要有以下几个方面。

受钢轨中不平衡牵引回流影响，轨道电路和机车信号受到传导性干扰。

部分新线引入的枢纽车站，在牵引回流的设计和施工中存在不规范，尤其在一送多受区段空扼流的设计和安装上容易存在隐患。

动车组列车合弓涌流和动车组带载通过接触网的站内分区绝缘节时的换向冲击电流以及或运行中换弓的冲击电流等影响。

受牵引供电网系统以及电力机车上牵引电机系统的工作影响，会对其下面的轨道电路产生感性干扰或者对信号传输电缆产生干扰。

受电力机车的电、磁放射的影响，动车组车载设备在复杂电磁环境下会表现出异常。

由于不平衡电流侵扰强度大小不一，很难完全将所有干扰都防护住。而不平衡电流侵扰是导致轨道电路闪红光带故障的主要原因，因此为保证轨道电路的正常工作，需要提前对轨道电路做严密的防护措施。

3.4 日常维护建议

对不平衡电流和各区段两侧轨条对地电压进行定期测试,认真做好记录分析。

联合供电部门加强对回流线的检查和做好电磁防护。

在新线区段电压波动较大的区段，应运用多种手段及时查找干扰源，做好信号设备尤其是信号传输电缆的电磁综合防护。

在进站信号机外方自动闭塞轨道区段和接触网的站内分区绝缘下方对应的轨道区段,应安装空扼流变压器,使电力机车产生的冲击电流通过空扼流变压器牵引线圈中点接地线最大限度入地,以减弱对信号设备的干扰。

4 故障案例三

4.1 故障概况

20XX 年X 月X 日，徐兰高铁某站4-6DG 漏解锁，值守人员通过调阅集中监测发现，4-6DG 出现红光带时主轨出电压下降至137 mV（该区段正常调整电压382 mV），后自动恢复正常，电压平稳。技术人员利用夜间天窗对4-6DG 进行检查测试，发现4-6DG 接收端扼流适配器5A 断路器开关断开，对各部绝缘的检查测试和相关电特性测试均正常，两侧钢轨对地测试平衡（南股钢轨对地电压0.92 V，北股钢轨对地电压0.91 V），怀疑为因冰雪天气影响，两侧线路回流效果变化，动车组运行产生的不平衡牵引电流干扰轨道电路正常工作，造成4-6DG 接收端扼流变压器适配器断路器开关受大电流冲击断开，造成轨道电路电压波动，造成该区段红光带。

4.2 原因分析

在轨道电路扼流变压器适配器断路器开关在不平衡电流冲击下断开后，由于II 次侧空载，电力机车或动车组驶过时流向钢轨左右轨牵引电流不平衡会引发50 Hz 工频干扰，造成区段传输特性等参数变化，导致移频信号的传输特性发生变化，电压会波动或者明显下降，严重时会出现红光带，这也是目前因牵引供电导致红光带最常见的原因之一。

4.3 日常维护建议

防范轨道电路设备不平衡电流的日常维护建议：

1）做好轨道电路的日常检查测试，防止因轨道电路绝缘破损或者扼流变压器线圈阻抗差异较大导致轨道电路工作异常；

2）注意防范轨道电路设备连接线因两侧连接方式不同或钢丝绳属性差异导致的接触电阻不同，造成牵引电流不平衡；

3）按照轨道电路年度整治要求，做好两侧钢轨对地电压的测试，防止由于两侧钢轨线路环境不同，导致经两侧轨条的回流差距较大；

4）加强综合接地系统检查和测试，各轨道电路设备地线必须与贯通地线可靠连接，并测试达标；

5）加强对各部接续线、连接线和跳线的日常养护维修，保证安全完整、固定牢固，防止各类引接线塞钉头因震动或者氧化导致接触电阻变化。

5 故障隐患处理注意事项

在客专一体化轨道电路中，扼流变压器要同时与两侧钢轨断开，才能彻底甩开扼流变。当扼流变压器单侧与钢轨断开，仍然能通过中心连接板，与钢轨上的电容、另一端的扼流变组成轨道谐振回路，对本区段轨道电路造成影响。

抢修时需完全断开扼流变压器引接线，必须按规定设置“两横一纵”连接线，断开后不会造成区段红光带，但影响牵引回流畅通，此时严禁运行电力牵引的车辆。

判断为短路故障时，要甩开端子逐一进行测试，应以就近为原则，通过电流变化迅速判断故障范围。

更换带适配器的扼流变时，应注意载频的选择。

在移频轨道电路室外抢修，尤其同时出现接触网跳闸等供电设备故障时，应优先检查室外轨道电路设备熔断器，携带熔断器备品上道抢修，及时更换，缩短故障延时。

6 结束语

解决牵引回流对轨道电路设备的影响,其根本途径在于彻底改善牵引电流不平衡状态。电化区段是一个综合系统,要保证电气化铁路的正常运营,需要电务、工务、供电部门共同发力，以工电供融合发展为背景，密切配合,发挥整体合力,保证设备良好运用状态。电务维护技术人员也应详细了解牵引电流不平衡影响因素，进一步探讨和研究降低牵引电流影响措施，提高轨道电路抗干扰能力，保证信号设备稳定、行车安全。