UM71轨道电路接收器故障处理与预防

龙 鹏

（国能朔黄铁路发展有限公司原平分公司，山西 原平 034114）

0 引言

朔黄线原平管内区间UM71自动闭塞自2004年7月正式开通运行。经历17年的运行，因设备器材临近生命周期，接收器故障造成轨道电路红光带、信号机红灯、机车信号掉码、两万吨列车非正常停车的问题日趋突出，严重扰乱了运输秩序，如何快速判断和查出接收器故障并制定有效的防范措施，对保障重载列车安全运行具有重要意义[1]。

1 UM71轨道电路

轨道电路是铁路信号重要的基础设施之一，它可以实现轨道区段列车占用检查、钢轨线路完整性检查，是列车运行控制系统信息传输的通道，它对保障列车运行安全，提高运输效率起着至关重要的作用。

UM71能完成双线双方向四显示自动闭塞的要求。为了确保安全，UM71自动闭塞设备，TVM300机车信号及超速防护设备组成一种多信息的区间列车间隔自动调整系统。

UM71自动闭塞轨道电路，将钢轨作为传输通道，自动检查闭塞分区被列车占用的情况，根据闭塞分区被占用的情况，通过信号机的灯光显示自动变换，用灯光显示指挥列车运行。通过钢轨向机车传输信息，控制机车信号的灯光显示，以指挥列车运行。用电气绝缘节替代机械绝缘节，并在轨道电路中转输移频调制信号，消除各种干扰影响，并可连续向机车发送信息，在轨道电路中传输的低频信息共18个，从10.3Hz～29Hz,以1.1Hz间隔离递增。分别代表不同的速度控制信息。载频为1700Hz、2300Hz(下行线路）、2000Hz、2600Hz(上行线路)。

UM71轨道电路室内设备由发送器FSQ、接收器JSQ、轨道继电器GJ及编码电路组成；室内外设备经电缆连接组成无绝缘轨道电路；室外设备由调谐单元BA，空芯线圈SVA，匹配单元TAD，补偿电容C等设备组成[2]。

2 接收器作用及原理

2.1 接收器作用

接收器作为UM71轨道电路的接收单元，安装在信号机械室U架上，用于检查相关区段列车的占用、区分载频信号、检查低频信号、调整轨道电路。朔黄线UM71接收器没有冗余设计，微机监测对接收器的输入电压进行曲线监测，采样点位于匹配变压器和限入连接端之间。

2.2 接收器工作原理

接收器采用无选频电路，当接收到10.3Hz～29Hz调制的1700Hz、2000Hz、2300Hz、2600Hz移频信号时，轨道继电器吸起。为防止轻车跳动时轨道电路出现“假空闲”，接收器设备接收移频信号后延时2.1s，才使轨道继电器吸起。在图1中从轨道电路接收端传输的移频信号，经匹配单元、电缆等送入接收器。匹配变压器完成轨道电路调整的作用，再经限幅、滤波、鉴幅、鉴频、低频信号检查、执行开关等环节，最后动作轨道继电器。

图1 接收器原理图

匹配变压器（TR1）如图2所示，集中区段由V1V2输入，输入阻抗为35Ω～55Ω。由R3～R10可以组成73种接收等级（73匝）。轨道电路的调整应根据不同频率、轨道长度及轨道类型等条件。再根据接收等级查找接收盒调整表，连接R1、R2 与 R3～R10 ，输出不同等级的接收电平。

图2 匹配变压器原理图

在高频振荡电路中，接入了延缓电路，当C-C2连接时，利用电容上电压不能突变的原理，使高频振荡器晚起振2.1s，以防止小车进入轨道后跳动，造成轨道继电器误动。

3 接收器运行状况

据统计，管内2017—2020年UM71接收器故障共39件，占故障总数的69.6%。呈多发趋势，统计表见表1。

表1 2017 —2020 年接收器故障统计表

梳理4年来接收器问题，主要包括闪红、电压下降、红光带三种现象，主要原因为设备器材老化。咨询厂家生产线上已经停止生产UM71的相关器材，管内使用的接收器大多生产日期为2004年4月，上线运行将近17年，厂家一是不愿意检修，二是没有检修的意义。采取措施：一是组织各站进行了接收器状态摸底，具体方法为各站各频率的接收器，任意选取其中一台当作试验基准，逐一更换试验在线的接收器并记录试验接收器的限入电压差值，限入电压差值正数越大，说明原接收器性能越好，反之差值负数越大，性能越差。通过摸底调查，管内性能最好与最差的接收器限入电压最大差值为75mV，差值平均数为35mV，差值超过35mV的接收器有55个，已经重点对这些区段进行重点盯控和观察，力求找到故障规律；二是总结几年来的接收器故障倾向，组织技术力量专题攻关，编制了《UM71自动闭塞接收器故障处理指导建议》；三是利用专家诊断语音报警功能进行24小时不间断监控，及时发现并快速处理曲线异常问题[3]。

4 典型案例分析

接收器设备故障主要有轨道电路稳定红光带、瞬间或短时红光带后故障自动恢复、电压异常波动未出现红光带等三种现象。其中第二类瞬间或短时红光带后故障自动恢复故障大多持续时间仅几秒至几十秒，由于微机监测采集点以及响应时间问题，微机监测曲线数据不能准确反映出故障实际现象，因此在故障处理时给电务人员带来了极大的困难，结合现场几起案例分析如下。

案例1：2017年4月2日1时35分，某站B5G红光带，经电务人员检查发现B5G1和B5G2两个区段均红光带，由于大轨切小轨原理，因此判断为B5G2区段故障，立即测试发送器功出电压49V（正常），限入电压80mV（正常为519mV），再测试分线盘电压16.9V（正常），判断故障在室内侧，类似故障多为容性元件故障较多，若分线盘也存在低压波动则多为室外补偿电容故障，而该故障分线盘电压正常，则多数为接收器容性元件故障所致。

案例2：2018年9月13日11时57分，某站B4G发生红光带故障，经电务测试B4G1限入0mV，B4G2限入482mV（正常），查看发送器功出曲线，B4G1功出0V（正常为63.5V），B4G2功出64.1V（正常），通过查看微机监测B4G1没有功出和限入电压，B4G2功出和限入正常且B4G1发送器没有倒N+1，判断为B4G2接收器故障。电路分析如下：结合图3的发送器N+1冗余功能原理图分析，造成发送器没有功出且没有切换至N+1的原因为G2J落下导致+1FBJ保持吸起状态且不能落下，同时由于G2J落下切断了原发送器和N+1发送器编码电路，造成G1无功出的现象，与曲线显示相符。

图3 发送器N+1冗余系统原理图

案例3：2018年9月13日11时57分，某站A4G闪红光带故障，经电务测试A4G1限入电压60mV波动，A4G2限入482mV（正常），经分析判断为接收器特性不良，更换后接收限入曲线未再发生波动现象，设备运行正常。综合分析：针对区段闪红或不红，但限入电压数据有小幅波动；查看微机监测曲线，该区段的功出和低频信息正常，但限入电压有20mV～100mV波动，根据多年区间轨道电路维护经验，发现随着接收器设备老化的加剧，因接收器特性不良而造成限入电压异常问题尤为突出，该问题包括短暂波动后自动恢复正常和持续波动。该问题通过微机监测每日曲线分析均能够及时发现，基于当前处于接收器故障多发，建议先更换接收器观察区段限入电压是否恢复正常，再做进一步判断和处理。

案例4：2019年4月25日，某站D2G轨闪红光带，经电务人员查看D2G1、D2G2区段限入电压均正常，研判为D2G1接收器材质不良，更换后未再出现类似故障。综合分析：区段瞬间闪红，但查看微机监测曲线，G1、G2轨道区段的功出、限入、低频信息等数据均正常，根据大轨切小轨的原理，如果大轨区段闪红会造成小轨区段无功出，因此判断为小轨区段存在问题。根据微机监测数据采集点分析接收器R1R2位置电压正常，则判断为G1的接收器存在问题；上述分析仅为理论判断，出现该现象的原因是故障时间过短，此时的监测曲线数据不能准确反映出轨道电路的工作状态，因此故障点既可能是G1、也可能是G2，处理时建议将G1和G2区段的接收器全部更换。

5 设备继续运行建议

设备继续运行的建议有如下几点：1）加强对送电端、受电端分线盘数据的采集和监测，便于进一步分析轨道电路故障点在送端还是受端，同时便于专家诊断系统对故障判断和分析，及时并准确地给出故障原因及处理意见，压缩故障延时。2）对接收器老化，超生命周期使用，建议在接收器的输入端，即匹配变压器的输入端以及整流输出给继电器的电源端均增加监测项目，便于故障的分析指导。3）接收器故障时没有报警提示， 且没有冗余设计。设备故障后没有相应的报警功能，导致电务维修人员不能在第一时间发现设备故障，只能等司机发现前方信号机红灯后报告车站，再由车站通知电务人员，造成故障延时较长。目前正在开发故障识别检测软件，并将问题通知系统即可解决此问题。

6 预防措施探析

接收器自2004年上道使用以来未曾下道检修或检测，因其内部均为电子元件，其在线运行正常的情况下，下道检测也没有实际意义，为此接收器设备一直采用故障检修的方式进行管理；目前对设备老化过程的维护管理，主要思路如下。1）完善监测数据分析，提升设备运用质量。随着电务微机监测设备的开通使用，开启了电务设备运行实时监测模式，电务专业优化监测数据，合理设置单项设备预警上下限值，增加参考曲线，规范了Ⅰ级Ⅱ级和Ⅲ级预警报警范围，制定日常微机监测曲线查看周期，提高了微机监测数据分析和管控水平，真正实现管内电务设备“动态监测、静态监控、重点检修”的管控目标，为设备的维修养护、隐患排查提供了有效的数据支持，提升设备运行质量。2）采用专家诊断系统，完善数据分析和预警功能。2014年完成专家诊断系统功能的深度开发和优化，开发了18项监测分析功能，完善自动分析和预警；新增10类200项数据统计，掌握更多设备的运用状态，为研究信号设备维修规律提供了数据依据。对发送器有车占用和故障状态进行逻辑判断，有车占用不报警，发送器功出电压异常下降时准确发出预警。开发了对设备使用频次进行分类统计功能。经调查统计，现场设备的使用频次差距较大，设备运行状态与设备的使用频次及过车数量成比例关系，统计设备的使用频次和过车数量，按照比例推算，可确定设备规律修的周期，彻底杜绝设备的过剩修、重复修和维修不及时。专家诊断系统各项功能的开发，将大大减少人工的使用。3）细化《UM71故障处理指导建议》。总结UM71设备运行经验，结合UM71设备工作原理、电气参数、天气影响、道床变化和施工干扰等因素，细化《UM71故障处理指导建议》，对故障原因进行剖析和归类，并结合不同地域和环境轨道电路制定了多项防范措施，通过几年的实施，有效减少UM71设备故障对运输的干扰。 4）制定《UM71轨道电路雨雪天气调整管理办法》。随着线路逐年老化，统计UM71轨道区段漏泄较多，共计55个漏泄区段，大于900米的10个区段，小于900米的45个区段，在雾霾或雨雪等恶劣天气时，必须配置相应的电务人员进行盯控，并进行相应调整，并严格执行UM71轨道电路雨雪天气的盯控制度，按照《UM71轨道电路雨雪天气调整管理办法》进行调整。

7 结语

综上所述，朔黄线UM71自动闭塞设备已经上线运行17年，目前正值超生命周期运行，为了能够满足山区铁路安全可靠、稳定有序运行的要求，需要继续对接收器进行严加监测、防范和管理，从而继续保持区间UM71闭塞设备的平稳运行[4]。随着区间自动闭塞设备大修施工的推进，工作人员需要精心管理、科学研判、不遗余力确保区间自动闭塞设备的稳定运行，任重而道远。