远距离三相交流道岔表示故障解决方案探讨

曾科智

（中铁二院工程集团有限责任公司，成都 610031）

某高铁车站远距离道岔101#、103#联锁试验发现：101#道岔尖2、尖5、尖6室外道岔箱盒中断开X1控制芯线时，室内道岔表示继电器不能可靠落下；103#道岔尖1室外道岔箱盒中断开X1控制芯线时，室内道岔表示继电器不能可靠落下。101#、103#道岔类型为60 kg 42号道岔，图号：客专（07）006，转辙设备采用九点牵引的ZYJ7三相交流转辙机，其中101#道岔控制电缆长度约4.3 km，103#道岔控制电缆长度约3.6 km。101#、103#道岔室内控制电路按部颁标准图（图号DS0501）进行设计，并按照中国铁路总公司运输局2015年11月9日发布的《关于印发远距离三相交流道岔表示故障研讨会议纪要》（运电信号函[2015]443号）的要求[1]，101#、103#道岔室外控制电缆X1与X2～X5芯线进行了分缆设计，但现场试验时仍然存在室内道岔表示继电器不能可靠落下的故障现象。

1 故障原因分析

1.1 三相交流道岔表示继电器吸起原理分析

如图1所示，以道岔定位表示DBJ为例，假设道岔变压器二次侧4号端子为正、3号端子为负，当正弦交流电源正半波时，DBJ励磁吸起，与DBJ并联的另一支路，因整流二极管Z反向截止，电流基本为零；当正弦交流电源负半波时，在DBJ和整流二极管Z两条支路中，由于整流二极管Z呈正向导通状态，其支路的阻抗要比DBJ支路的阻抗小得多，电流主要经整流二极管Z支路流过，由于DBJ线圈感抗大，且具有一定的电流迟缓作用，因而DBJ保持在吸起状态。

图1 三相交流道岔室内控制电路定位表示回路Fig.1 Positioning presentation circuit of three-phase AC switch for indoor control circuit

1.2 三相交流道岔表示故障原因分析

如图2所示，通常情况下，道岔控制电路中X1芯线断线后，X1与X2、X4芯线间线路处于断开状态，DBJ应失磁落下[2]。但是，道岔控制电缆芯线间存在分布电容，X1与X2芯线间存在分布电容C1-2、X1与X4芯线间存在分布电容C1-4、X1与X3芯线间存在分布电容C1-3。道岔表示变压器BD1-7 II次侧110 V交流电经芯线间分布电容C1-3、C1-4及DBJ与整流二极管Z形成回路。随着道岔控制电缆长度的不断增加，其容抗不断减小，回路的电流随之不断增大，当达到一定程度，回路中的DBJ就不能可靠落下[3]。

图2 三相交流道岔室内控制电路定位表示回路及分布电容Fig.2 Positioning presentation circuit and distributed capacitance of three-phase AC switch for indoor control circuit

通过以上原理分析可知，X1芯线断线后，道岔表示电路中芯线间分布电容是造成DBJ不能可靠落下的根本原因，而芯线间分布电容与控制电缆长度、芯线截面、芯线间距离等因素相关。一般情况下，控制电缆长度越长、芯线截面越大、芯线间距离越近，分布电容越大；反之，控制电缆长度越短、芯线截面越小、芯线间距离越远，分布电容越小。

2 故障解决方案

2.1 设置独立线路所方案

将远距离道岔按独立线路所考虑，信号系统设置原则与中间车站一致，设置行车调度指挥系统、联锁系统、信号集中监测系统等，同时配套房屋、电力、暖通、通信等设施。

优点：有效缩短道岔控制电缆长度，降低道岔控制表示电缆芯线间的分布电容，室外道岔箱盒中断开X1芯线时，道岔表示继电器能可靠落下，能彻底解决远距离三相交流道岔表示故障问题[4-5]。

缺点：工程投资高，工程涉及面广，需设置一套独立的信号系统，配套生产房屋，增加电力、暖通、通信等设施。

2.2 采用“主站+子站”方案

在远距离道岔附近（以下描述为子站）设置道岔控制设备，采用道岔远程控制方式纳入主站集中控制[6]。如图3所示，计算机联锁系统采用联锁机与电子终端分设的方式，将电子终端设置在子站，通过光纤环接至站内联锁机，实现道岔远程控制。

图3 联锁系统总体方案示意Fig.3 Schematic diagram of the overall scheme of interlocking system

主站联锁系统配置维持不变；子站联锁系统配置电子终端柜和电源柜，新设智能电源屏、集中监测系统、组合架、接口柜、防雷分线柜，同时配套房屋、电力、暖通、通信等设施。主站联锁机与子站电子终端之间通过光纤进行通信，采用不同物理径路双侧各4芯光纤通道。

优点：有效缩短道岔控制电缆长度，降低道岔控制表示电缆芯线间的分布电容，室外道岔箱盒中断开X1芯线时，道岔表示继电器能可靠落下，能彻底解决远距离三相交流道岔表示故障问题。

缺点：工程投资较高，工程涉及面广，需设置子站联锁电子终端设备，配套生产房屋，增加电力、暖通、通信等设施。

2.3 控制电缆芯线分缆分沟方案

在道岔控制电缆X1与X2～X5芯线分缆的基础上，将X1与X2～X5控制电缆分沟敷设，增加芯线间距离，减小芯线间分布电容。

优点：增加了X1与X2～X5芯线间距离，减小了芯线间分布电容，进一步解决了远距离三相交流道岔表示故障问题，投资增加少。

缺点：现场测试工程中，由于现场特定环境，个别道岔仍然存在表示故障现象，未能彻底解决远距离三相交流道岔表示故障问题。

2.4 调整道岔表示变压器输出电压方案

交流道岔控制电路中，电源屏输出的道岔表示额定电压为AC 220 V[7]，经道岔表示变压器BD1-7降压为AC 110 V，再通过信号电缆输出至室外转辙机内部，经过整流器、表示接点后，再回到室内为表示继电器提供交流半波电源，电源值一般在DC 20 V以上。而道岔表示继电器采用JPXC-1000型偏极继电器，其工作电压范围为DC16～24 V，还存在DC16～20 V的调整空间，将表示继电器工作电压调整到下限DC16 V附近，室外道岔箱盒中断开X1，是否可以减小分布电容对道岔表示的影响。

为此，进行现场测试验证。由于道岔表示变压器BD1-7变比是固定的2：1，现场通过BXG3-35型信号隔离变压器调整BD1-7道岔表示变压器I次侧输入电压，调整道岔表示继电器端电压为18 V，进行X1芯线断表示试验和数据测试。以上述道岔101#尖5、尖6为例，现场测试数据如表1所示。

表1 道岔101# 尖5、尖6现场测试数据Tab.1 Field test data of Point 5 and Point 6 for switch 101#

试验结果表明，调整道岔表示变压器I次侧输入电压，将道岔表示继电器端电压保持在DC16～18 V，既能确保在远距离道岔箱盒处断开X1线时，表示继电器能可靠落下，也能确保道岔正常使用时，表示继电器可靠动作。同时，按照继电器技术条件，表示继电器释放值应不小于4 V， 筛选释放值高于5.5 V的表示继电器，方案的可靠性将更高。

优点：可在道岔控制电缆X1与X2、X5芯线分缆基础上进一步解决远距离三相交流道岔表示故障问题，投资增加少。

缺点：方案涉及到道岔控制电路中表示回路电源需要局部修改（增加隔离变压器进行调压），其有效性和可靠性还需进一步验证。

2.5 控制芯线与表示芯线分设方案

研究采用新的七线制道岔控制电路，在原有道岔控制电路基础上，将道岔表示电路分离出来，相应的道岔控制芯线与道岔表示芯线进行分开设置，消除道岔控制电缆产生的芯线间分布电容对道岔表示的影响。如图4所示。

图4 三相交流道岔七线制道岔控制电路Fig.4 Seven-wire switch control circuit for three-phase AC switch

优点：能彻底解决远距离三相交流道岔表示故障问题，投资最省。

缺点：按照《关于严格执行部颁标准道岔控制电路的通知》（运基信号电[2009]1147号）的要求，新的七线制道岔控制电路需按相应的审查程序批准后，再按相应的建设管理流程实施。

3 结论

综上5个方案优缺点比较，建议工程施工过程中可遵循以下原则进行设计。道岔控制芯线与表示芯线分设方案在获得相关建设流程批准使用后，建议应优先采用此方案。反之，建议新建工程优先采用独立线路所方案，其次可采用“主站+子站”方案；既有改造工程优先采用控制电缆芯线分缆分沟方案，若仍然存在道岔表示故障现象，可在其基础上结合调整道岔表示变压器输出电压方案实施。