高铁区间轨道电路电容不良分析及对策

顾 亮，孟 琳

（中国铁路上海局集团有限公司徐州电务段，江苏徐州 221000）

高铁、客专轨道电路普遍采用客专ZPW-2000A轨道电路，室外调谐匹配单元内的4 700 μF电解电容在较长时间运用后易发生容值下降问题，且在容值下降、逐渐劣化时无明显特征进行判别，经常出现轨道电路曲线异常波动甚至闪红光带问题，给铁路安全运行带来安全隐患。徐州电务段曾发生区间改方时轨道电路闪红和非列车占用红光带现象，通过深入调查和分析，找出问题发生的原因，针对性地采取防范措施，总结检修维护经验，确保设备良好运用。

1 故障举例

1.1 案例一

2018年12月10日，京沪高铁XX站天窗点内进行改方试验时，管内7802AG主轨、小轨电压在23:01-23:36计35 min内一起呈抛物线式下降，主轨接收电压由386 mV降至147 mV；小轨接收电压由155 mV降至58 mV左右，并出现红光带，但方向转换正常。改回正方向后，主轨、小轨电压升高，红光带消失。通过测试分析，判断原因在7802AG室外发送端。进一步分析出现故障时电压曲线出现缓慢下降现象，判断为轨道电路元器件中非线性原件存在异常。在检查该区段室外发送端调谐匹配单元时，发现4 700 μF 电容很烫，随即更换发送端调谐匹配单元。处理后反向试验良好，主轨、小轨电压恢复正常。

1.2 案例二

2018年12月24日09：55，京沪高铁线蚌埠南-宿州东站间上行线7726BG出现红光带。通过集中监测回放发现46号中继站7726BG发送功出电压、电流不变，发送电缆侧电压不变；接收电缆侧电压由14.1 V下降至0 V；7726BG主轨电压由380 mV下降至0 mV；7726BG小轨电压由137 mV下降至0 mV，初步分析为7726BG接收端设备故障。室外应急人员测试7726BG接收端轨面电压为1.786 V，调谐匹配单元V1、V2电压为1.763 V，调谐匹配单元E1、E2间电压为11 mV,SF-4电缆盒1号、2号端子测试电压为11 mV。于是甩下E1、E2端子上的电缆，对调谐匹配单元E1、E2再次进行测试，电压仍为11 mV，确定判断为7726BG接收端调谐匹配单元不良。10：44更换7726BG接收端调谐匹配单元，更换完毕红光带消失。

2 原因分析

针对连续发生的器材不良故障，本着“三不放过”原则，杜绝类似故障再次发生。技术科主管人员联合厂家技术人员对故障器材进一步检测分析，是否存在共性的故障点。

2.1 电路原理

调谐匹配单元内的2个 4 700 μF电解电容 C1、C2按反极性串联，起隔离直流连通交流的作用，如图1所示。

图1 调谐匹配单元外观Fig.1 External view of tuning matching unit

电路原理示意如图2所示。

图2 调谐匹配单元电路原理Fig.2 Circuit diagram of tuning matching unit

2.2 测试分析

1）ZPW.PT-2600型调谐匹配单元由调谐、电感、匹配3部分组成。

ZPW.PT-2600型调谐匹配单元的组成如图3所示。

图3 ZPW.PT-2600型调谐匹配单元原理Fig.3 Schematic diagram of ZPW.PT-2600 tuning matching unit

2）设备状态：调谐匹配单元型号为ZPW.PT-2600，盒体外观良好无破损，内部各连接点及焊点良好。

3）测试匹配部分及绝缘耐压、绝缘电阻存在异常。

匹配部分电压、绝缘耐压及绝缘电阻测试如表1所示。

表1 匹配部分电压、绝缘耐压及绝缘电阻测试Tab.1 Test of voltage,insulation withstand voltage and insulation resistance of matching part

4）将电容器C1、C2从设备取下，对其参数进行测试。

对电容器C1、C2参数进行测试如表2所示。

表2 电容C1和C2测试值Tab.2 Test values of capacitors C1 and C2

通过查看调谐匹配单元原理图，发现匹配部分由两个型号为TL.CDC03 16 V 4 700 μF 铝电解电容器和变压器线圈构成。将两个型号为TL.CDC03 16 V 4 700 μF 铝电解电容器送相关厂家进行检测分析，通过检测发现两个电容出现电解液干涸导致电容量下降，电容性能不合格。

5） 更换设备中两个4 700 μF电容器后，再对匹配部分进行测试。更换电容后匹配部分测试值如表3所示。

表3 更换电容后匹配部分测试值Tab.3 Test value of matching part after replacing capacitor

2.3 故障原因

经过共同测试分析，宿州东46号中继7726BG接收端调谐匹配单元中的4 700 μF 铝电解电容器长期正方向使用导致损耗较大，电阻升高，致使设备的匹配部分指标出现问题，引起7726BG红光带。

京沪高铁中继47号管内7802AG发送端调谐匹配单元中的4 700 μF 铝电解电容器长期正方向使用导致损耗较大，容值下降。当进行正方向倒反方向改方实验时，电容器承受反向电压时的负载加重，原发送端电容作为接收端电容工作进行放电，但由于“自身容值下降”以及“反向电压时的负载加重”双因素的叠加导致正方向倒反方向时调谐匹配单元的匹配部分不能正常工作，造成7802AG出现红光带，当倒回正方向时发送端电容使用正向电压，处于充电状态，负载较小，所以未出现红光带。

2.4 分析结论

调谐匹配单元中的电容工作于交流电路中，会承受较大的交流电，长期使用电容器的损耗会逐渐增大。发送端中的电容承受的交流明显大于接收端，所以送电端更容易出现电容损耗严重情况。调谐匹配单元的相关测试不能只测试阻抗，还需加强对内部4 700 μF 铝电解电容器的测试，提前发现不良电容。

由于正向时，发送端电压电流大，促使电容中电解液受温高，处于充电状态，负载呈现相对较小（但容值低于一定门限，也直接会成开路状态）。反向时，发送端变为接收端，电压电流降低，促使电容中电解液受温下降，处于放电状态，负载加重，加上容值下降，匹配部分不能正常工作。轨道电路反方向时，电容器承受反向电压时的负载会更重。

京沪高铁自2011年开通运营已有10年之久，部分设备器材出现疲劳、性能下降等问题。其中调谐匹配单元内的4 700 μF电容器长期在高温环境下工作，造成电容器损耗，容值下降，电容器损耗角增大，直流电阻上升，容易造成轨道区段电压波动，甚至出现红光带。

3 防范措施

进行专项整治。研究制定了高铁区间轨道电路专项整治方案，组织对管内京沪高铁区间轨道电路964个4 700 μF 铝电解电容限期更换。更换后设备运用状态良好,未发生不良反应。

加强改方试验。对于改方试验如涉及各中继站时，车间必须在每个中继站安排胜任人员进行配合；加强与邻站、邻工区及相关单位的协调沟通。改方后试验时，段调度监控中心及车间检查工区及时通过集中监测进行盯控分析，发现不良及时通知现场进行进一步检查确认。发现缓慢下降现象后要及时汇报并立即组织对整组室外调谐匹配单元或室外调谐匹配单元内部的两个4 700 μF 电容进行更换，确保设备稳定。

优化ZPW-2000A轨道电路电特性测试。在以往ZPW-2000A轨道电路电特性测试相关项目的基础上，段新增了对于室外调谐匹配单元内部4 700 μF 电容每年测试一遍的要求。明确现场车间、工区对调谐匹配单元的相关测试时不能只测试在线阻抗，还需加强对内部4 700 μF 铝电解电容器的测试，提前发现不良电容，段同时修订了电特性测试表格，全面指导、监督、验收现场的电特性测试。

制作典型故障信息案例。将本次故障处置过程结合信号集中监测调阅分析，制作典型分析案例，下发车间、工区进行学习借鉴。

4 日常维护检修注意事项

1）方向电路改方试验应在天窗点内进行，试验完成后应将方向电路改成正方向（或天窗结束后首趟列车运行方向）。

2）由于电容为非线性元件，所以改方后出现红光带时，轨道曲线不会突然到0，会出现缓慢下降。所以处理高铁区段轨道电路改方闪红光带时，首先观察方向电路倒换是否正常，如果方向电路不能正常转换，应首先处理方向电路。

3）要及时浏览主轨道年曲线，若曲线呈缓慢下降的情况，则初步判断为室外调谐匹配单元4 700 μF电解电容不良；如果曲线呈直线下降，则重点检查FQJ接点。

4）高速铁路列控方向电路 FQJ、FJ 长期处于正方向位置，存在继电器接点接触不良或簧片氧化等各种问题，应提前核对图纸，确认相关区段 FQJ、FJ 继电器位置，准备好 JWXC-1700 继电器等应急备品，做好各项应急准备工作。（当 JWXC-1700 继电器备品数量不够时，可临时使用集中监测系统的 JWXC-1700 同类型继电器进行更换。）

5）现场设备更换前，应确保 4 700 μF 电解电容备品型号与现场使用型号一致，对备品的电容值进行测试，一般容值大于4 700 μF方可使用，并做好相关轨道电路电气特性测试和数据记录工作。

6）现场设备更换时，应断开机械室内本区段发送器、接收器断路器，将设备中两个4 700 μF电解电容一同更换，拆卸过程中，应避免用力拉扯电容连接线，防止损坏电容接线焊接端子；安装过程中，应核对电容极性，保证电容极性与印制板标注的极性一致（一般情况下电解电容防爆孔处于外侧）。

7）电容更换后，合上室内本区段发送器、接收器断路器，轨道电路红光带恢复，调阅集中监测主轨电压正常后，及时做好相关轨道电路电气特性测试及劣化的 4 700 μF 电解电容回收工作。

8）当出现“电容接线焊点脱落”、“更换电容后设备不能正常工作”或“更换电容后设备前后测试数据差距较大”时，应立即查明原因，必要时采用调谐匹配单元备品进行更换处理。

5 总结

通过分析排查更换高铁管内调谐匹配单元中的4 700 μF铝电解电容器记录的测试数据，得出以下结论。

1）对排查的区段进行改方后，等待30 min后，恢复轨道电路正常状态，通过集中监测查看本区段30 min的数据变化。

若本区段主轨出电压逐渐下降，则故障位置在本区段正向的发送端。

若本区段主轨出电压逐渐上升，则故障位置在本区段正向的接收端。

如果本区段主轨出电压无明显的变化，则可判断本区段调谐匹配单元良好。

2）如果出现以上主轨出电压下降或上升情况，调阅故障位置（发送端或者接收端）所在调谐区的相邻区段主轨出电压监测数据，如未发生变化，则可判断故障为4 700 μF铝电解电容器故障。如果发生变化，则故障位置应该为调谐匹配单元的调谐部分或者钢轨引接线。

3）采用移频表测试调谐匹配单元零阻抗和极阻抗，如果测试零阻抗和极阻抗满足要求，则调谐匹配单元调谐部分良好。如不满足则判断调谐部分故障。