深入探究利用機車信號運行數據對補償電容的狀態分析

解 靜

濟南鐵路局青島電務段

深入探究利用機車信號運行數據對補償電容的狀態分析

解 靜

濟南鐵路局青島電務段

ZPW-2000A無絕緣移頻軌道電路是目前最常用的區間設備，補償電容必不可少，補償電容檢測的技術難題也隨之出現。通過理論分析和實踐驗證，利用機車信號車載系統記錄數據進行補償電容工作狀態的分析判斷方法，具有很強的便捷性和時效性，能夠很好判斷補償電容的狀態，確保軌道電路設備的安全運行。

機車信號數據；ZPW-2000A；補償電容

ZPW-2000A移頻軌道電路因其安全性高、傳輸性能好已被廣泛使用。該軌道電路加裝了補償電容，有效增加軌道電路的傳輸長度。補償電容的工作狀態，直接影響軌道電路的工作狀態，影響移頻信號的傳輸質量，嚴重時可危及行車安全。

一、補償電容檢測現狀分析

目前檢測方法一般有兩種：

（1）人工定期測試。補償電容在鋼軌上是均勻設置，若安排職工定期對補償電容進行在線人工測試，耗費大量人力資源和天窗檢修時間。

（2）總公司動檢車和鐵路局試驗車檢測。該項檢測發法對不良電容定位準確，但存在線路覆蓋不全和檢測周期過長的問題。

以上方法都不能很好的解決電容檢測的問題，所以我提出利用機車信號車載系統記錄數據進行補償電容分析。從資源配置和周期時效兩個方面解決補償電容隱患不易發現問題。

二、分析原理

移頻信號在鋼軌上傳輸時，會在鋼軌周圍形成電磁場，機車信號系統的感應線圈接收電磁信號，在線圈兩端產生相應的感應電壓信號。在對此信號進行分析處理的同時，也把信息記錄在機車信號記錄器中。由于感應線圈中的移頻信號感應電壓與鋼軌上傳輸電流之間在幅值上屬于線性變化，因此軌道電路短路電流幅值受補償電容變化影響，最終體現在感應電壓幅值上。因此機車信號運行數據為補償電容的狀態分析提供了依據。

由于ZPW-2000A軌道電路在鋼軌上均勻地安裝著容量相同的補償電容，這些補償電容將鋼軌等間距地分割為多個相同的補償單元，相同的補償單元以級聯的形式連接在一起。下面是利用均勻傳輸線理論對軌道電路信號傳輸過程的分析研究。

圖1 無絕緣軌道電路分路狀態示意圖

上圖中Δ（電容間距）=軌道電路總長∕補償電容總數，通常100M補償一次，每個區段補償電容的總數可通過軌道電路調整表進行確定。

列車進入移頻軌道電路后，可以把第一輪對看作是一個分路電阻，這個電阻就會把兩個鋼軌之間的軌道電路短路，隨著列車的運行由接收端向發送端推進。

當第一輪對運行到在兩個補償電容的中間位置時，從分路點到發送端調諧區之間的感性阻抗和容性阻抗達到匹配，此時傳輸阻抗達到最小值，感應電壓獲得最大值；當機車持續向前運行，第一輪對到下一個電容的距離逐漸縮短，電路感性阻抗逐漸降低，整個電路逐漸呈現出容性阻抗，下一個電容的補償效果也由較好的匹配狀態逐漸轉變為過補狀態，電路的傳輸阻抗逐漸增大，第一輪對上的短路電流減小，感應電壓下降。當機車第一輪對正好在補償電容位置時，分路點與電容間感性阻抗消失，電容的過補現象最明顯，感應電壓最低。

因此，正常狀態下，機車感應電壓呈現“波浪”式的振蕩波形。感應電壓的大小是從接收端到發送端振蕩增強的過程。當某一個補償電容性能下降或失效，在這一補償單元中沒有電容容性阻抗的存在，只有鋼軌感性阻抗的漸進式變化，就不會在機車信號感應電壓記錄曲線上產生一個小波谷。

分析以上補償電容對ZPW-2000A軌道電路的影響，可知補償電容對機車信號感應電壓幅值的影響具有以下規律：

（1）補償電容在軌道電路中是按照等間距要求安裝，感應電壓幅值以補償電容間距為周期出現“波浪”式振蕩，并且補償電容安裝點與波形的每個波谷的位置一一對應。

（2）補償電容失效后直接影響其后方接收端方向有限范圍內的感應電壓幅值變化；而對前方發送端方向的感應電壓幅值變化影響很小。

三、案例分析

通過對2016年青島電務段現場補償電容檢查分析，發現補償電容的故障情況主要有兩種：因特殊原因造成電容的容值降低和電容本身連接線斷開或與鋼軌連接的塞釘發生斷裂，使補償電容與鋼軌間處于開路狀態。這兩種故障之和占2016年故障移頻故障總數的90%以上。

分析如下：

1、膠濟客專線945GC2電容特性不良

圖2 945GC2電容特性不良

圖3 945G C2電容更換后曲線

圖4 膠濟線792GC12塞釘斷裂

圖5 整改后792G機車信號曲線

圖2 所示，為2月6日膠濟客專線945G機車信號數據截圖，黃線位置處，機車感應電壓上升幅度較大。根據電容設置原則，此處應為補償電容安裝點，但該處沒有出現波谷點，判斷此處補償電容特性不良。

經過現場工區對該區段C2電容進行檢查測試，發現該電容容值下降，更換前容值為6.5UF,更換后容值測試為56.9UF。更換電容后在C2位置出現了明顯的突變波谷，如圖3。

2、膠濟線792GC12電容塞釘斷裂

如圖4所示，為1月6日膠濟線792G機車信號數據，由圖示初步斷定為C12電容特性不良。利用天窗修對電容檢查測試，發現與鋼軌連接的塞釘斷裂，導致電容脫落。對塞釘進行了更換，重新將補償電容連接線緊固后，測試電容特性良好，如圖5。

四、試驗情況匯報

經過反復試驗、數據對比，利用機車信號車載系統記錄器數據瀏覽分析判斷補償電容的工作狀態，與現有的幾種檢測方法相比，擁有顯著的優點：一是分析判斷方法簡單，準確率較高；二是所需要的感應電壓數據由機車信號系統自動記錄，不需要其它檢測設備；三是能直接定位，直觀準確。通過周期性對機車信號數據分析取代現場人工電容檢測切實可行，有效提高現場工作效率。