客專軌道電路扼流變壓器常見故障分析與維護建議

孟 琳，魏 濤

（中國鐵路上海局集團有限公司徐州電務段,江蘇徐州 221000）

目前，高速鐵路線路廣泛采用扼流變壓器用于導通牽引電流，或安裝于區間上、下行軌道電路中平衡牽引電流，使之不影響軌道電路的正常工作。在扼流變壓器內增設適配器對于減少不平衡電流的影響、抑制牽引回流干擾效果比較明顯。尤其是鉛芯保安管、防雷軌道變壓器和高容量扼流變壓器的出現以及適配器的不斷改進，大大提升抗電氣化脈沖電流干擾能力。但扼流變壓器因其較低的故障率和牽引回流的復雜性，往往造成故障延時更長。本文就客運專線普遍采用的BES(K)-1000/ZPW 扼流變壓器幾起常見故障進行簡要分析。

1 主要原理

客運專線站內ZPW-2000 系列軌道電路普遍采用BES(K)-1000/ZPW 型扼流適配變壓器，同時搭配QSP6（K）型適配器使用。作為帶適配器(ESP)的大氣隙鐵心變壓器，BES(K)-1000/ZPW 型扼流適配變壓器對于ZPW-2000 系列移頻軌道電路具有良好的信號傳輸特效，可以有效減少不平衡牽引回流干擾，增強其抗磁化能力。

1.1 BES(K)-1000/ZPW型扼流適配變壓器原理

根據站內一體化軌道電路的載頻區分，BES(K)-1000/ZPW 扼流適配變壓器有2 種型號：1 700/2 000 Hz、2 300/2 600 Hz。其原理如圖1所示。

圖1 BES(K)-1000/ZPW型扼流適配變壓器原理圖Fig.1 Schematic diagram of BES(K)-1000/ZPW choke transformer

近年來，通過加大扼流變壓器鐵芯氣隙，有效降低了牽引線圈的激磁電感,進而增加鐵心的飽和電流幅值,使其在產生較大不平衡電氣化脈沖牽引電流時，一般不會出現降低50 Hz 阻抗阻擾效果，鐵芯進入磁飽和狀態。同時，在次級線圈并接適配器(等效于高Q 值50 Hz 串聯諧振電路,折算到牽引線圈的50 Hz 阻抗約0.01 Ω,相當于短路),從而使不平衡電流絕大部分消耗在電路內，實現有效改善信號傳輸的匹配功能,提高信干比的目的。

1.2 QSP6(K)適配器原理

當斷路器閉合時，不平衡牽引電流在II 次側通過L1/C1處，50 Hz 牽引電流通過時呈現零阻抗，相當兩鋼軌間接1 根50 Hz 短路線，50 Hz 脈沖干擾電流無法傳送到發送、接收設備中；C2處通道為移頻信號通道，相對于移頻信號呈現高阻抗，改善對移頻信號的干擾。對于移頻軌道電路,還可根據發送移頻的頻率配裝相應電壓提升器（TSQ），提高信號阻抗，形成對相應頻率的并聯諧振，在不同的電碼化區段，保證機車信號的可靠接收。

1.3 BES(K)-1000/ZPW扼流適配變壓器技術指標

BES（K）-1000/ZPW 型扼流適配變壓器中點設計容許通過額定電流為1 000 A，電壓變比為1：3（對應牽引線圈1-3：信號線圈4-5），適配器固定連接，變壓比1:24（對應牽引線圈1-3：II 次側4-12）。變壓器的不平衡系數應小于0.5%。扼流適配變壓器經50 Hz 電流磁化時，其阻抗應滿足維規要求大于17 Ω。

2 故障案例一

2.1 案例描述

20XX 年X 月X 日，京滬高鐵某站7DG 軌道電路電壓波動，連續多日在動車組列車通過后出現主軌出電壓在372～392 mV 間變化，正常時電壓398 mV，且該現象無規律隨機發生。利用夜間天窗修對室外設備進行檢查，同時進行相關電氣特性測試，7DG 軌道電路現場測試數據如表1，2 所示。

表1 7DG軌道電路現場測試數據Tab.1 Field test data of 7DG track circuits

表2 7DG受電端扼流變壓器測試數據Tab.2 Test data on choke transformer at 7DG receiving end

對7DG ⊕受電端的帶適配器的扼流變壓器（BES-1000/ZPW）測試數據分析比對發現：其在線阻抗降低到9.9 Ω 左右，正常時在線阻抗應大于17 Ω，遂判斷扼流變壓器不良。當即更換扼流變壓器中的適配器，設備電氣特性恢復正常，隱患消除。

2.2 原因分析

為確保帶適配器的扼流變壓器對牽引電流50 Hz 信號呈現較低的阻抗，保證在最大的不平衡牽引電流條件下，在扼流變壓器上產生的50 Hz 電壓不大于2.4 V，規定其在線阻抗應不小于17 Ω。在此案例中，適配器阻值下降，導致在牽引電流不平衡時，移頻信號的傳輸特性發生變化，出現不規則的電壓波動。同時連接扼流適配變壓器的4 根等阻線電流也對應增大。

2.3 日常維護建議

日常在做好一體化軌道電路和區間移頻軌道區段電氣特性測試的同時，也應增加繪制各區段軌道電路通道電壓測試曲線圖，便于隱患查找和故障處理時比對。

在隱患查找和故障處理時，要同時關注功出電流的變化，做好與日常測試數據比較。

移頻軌道電路隱患查找和故障處理過程中，必須使用專用96-3S（3Z）移頻測試儀或ZPW-2000/25 Hz/50 Hz 多頻短路測試儀。

具備條件的情況下，應定期對扼流變壓器Ⅰ、Ⅱ次線間絕緣進行測試，保證其絕緣性能達標。

對部分高壓不對稱區段安裝使用的扼流變壓器，應采取在兩線圈間隔處放置絕緣介質的辦法，再次進行絕緣隔離，可以有效減少線圈間絕緣不良及短路故障的發生。

3 故障案例二

3.1 案例描述

20XX 年X 月X 日，京滬高鐵某站動車組在出站后發車進路遺留紅光帶，調閱集中監測發現：45DG 在動車組出清后，45DG、45DG1 同時遺留紅光帶，10 min 后電壓自動恢復至正常值，且電壓平穩，故障現象自動消失。夜間利用天窗修，組織技術人員對室外45DG、45DG1 軌道電路所有絕緣、45#道岔安裝裝置絕緣和相關電纜芯線進行檢查，均測試良好；對45DG 軌道電路和扼流變壓器進行檢查測試也沒有發現問題。通過排查模擬試驗，結合動車組反向發車和站內牽引回流改造情況，斷定為由于牽引電流諧波加大，造成不平衡牽引電流增大，在列車通過軌道電路區段時，存在回流不暢，扼流變壓器在受到較大的不平衡沖擊電流作用下鐵芯飽和，軌道電路信號被阻斷，列車出清時鐵芯仍處于飽和狀態，軌道電路不能正常恢復。當列車逐漸遠離該軌道電路區段后，隨著牽引電流的減弱和自身能量的消耗，飽和的鐵芯逐漸恢復正常，軌道電路電壓自動恢復。

3.2 原因分析

在電氣化區段,尤其是涉及站改和動車組反向運行的車站，牽引回流路徑較為復雜，在兩軌條向大地漏泄不一致、兩軌條綜合阻抗值不相等或者外界因素干擾的情況下,均會在兩軌條間產生牽引電流的不平衡。在理想的平衡狀態下,流入和流出牽引線圈方向相反的牽引電流產生的磁場在線圈中會相互抵消。但是這種理想的平衡狀態在實際設備中很難達到。因此,在牽引電流不平衡的情況下,會將牽引線圈兩電流差值的干擾電壓傳送到信號線圈上,同時施加到軌道電路的送、受電端設備上,形成干擾電壓。又因軌道扼流變壓器具有鐵芯無空隙的結構特點,當扼流變壓器牽引線圈上從兩軌條流入的不平衡電流增長到使磁路中磁勢達到一定值時便形成磁飽和狀態。牽引電流不平衡值越大,干擾電壓也就越大。

3.3 扼流變壓器發生磁飽和的主要外部原因

電氣化區段接觸網供電設備屬強電系統，萬伏級電壓、百安培級牽引電流，而信號設備均是小電流、低電壓，不平衡電流會對信號設備造成極大干擾。電氣化區段接觸網供電設備對信號設備的干擾主要有以下幾個方面。

受鋼軌中不平衡牽引回流影響，軌道電路和機車信號受到傳導性干擾。

部分新線引入的樞紐車站，在牽引回流的設計和施工中存在不規范，尤其在一送多受區段空扼流的設計和安裝上容易存在隱患。

動車組列車合弓涌流和動車組帶載通過接觸網的站內分區絕緣節時的換向沖擊電流以及或運行中換弓的沖擊電流等影響。

受牽引供電網系統以及電力機車上牽引電機系統的工作影響，會對其下面的軌道電路產生感性干擾或者對信號傳輸電纜產生干擾。

受電力機車的電、磁放射的影響，動車組車載設備在復雜電磁環境下會表現出異常。

由于不平衡電流侵擾強度大小不一，很難完全將所有干擾都防護住。而不平衡電流侵擾是導致軌道電路閃紅光帶故障的主要原因，因此為保證軌道電路的正常工作，需要提前對軌道電路做嚴密的防護措施。

3.4 日常維護建議

對不平衡電流和各區段兩側軌條對地電壓進行定期測試,認真做好記錄分析。

聯合供電部門加強對回流線的檢查和做好電磁防護。

在新線區段電壓波動較大的區段，應運用多種手段及時查找干擾源，做好信號設備尤其是信號傳輸電纜的電磁綜合防護。

在進站信號機外方自動閉塞軌道區段和接觸網的站內分區絕緣下方對應的軌道區段,應安裝空扼流變壓器,使電力機車產生的沖擊電流通過空扼流變壓器牽引線圈中點接地線最大限度入地,以減弱對信號設備的干擾。

4 故障案例三

4.1 故障概況

20XX 年X 月X 日，徐蘭高鐵某站4-6DG 漏解鎖，值守人員通過調閱集中監測發現，4-6DG 出現紅光帶時主軌出電壓下降至137 mV（該區段正常調整電壓382 mV），后自動恢復正常，電壓平穩。技術人員利用夜間天窗對4-6DG 進行檢查測試，發現4-6DG 接收端扼流適配器5A 斷路器開關斷開，對各部絕緣的檢查測試和相關電特性測試均正常，兩側鋼軌對地測試平衡（南股鋼軌對地電壓0.92 V，北股鋼軌對地電壓0.91 V），懷疑為因冰雪天氣影響，兩側線路回流效果變化，動車組運行產生的不平衡牽引電流干擾軌道電路正常工作，造成4-6DG 接收端扼流變壓器適配器斷路器開關受大電流沖擊斷開，造成軌道電路電壓波動，造成該區段紅光帶。

4.2 原因分析

在軌道電路扼流變壓器適配器斷路器開關在不平衡電流沖擊下斷開后，由于II 次側空載，電力機車或動車組駛過時流向鋼軌左右軌牽引電流不平衡會引發50 Hz 工頻干擾，造成區段傳輸特性等參數變化，導致移頻信號的傳輸特性發生變化，電壓會波動或者明顯下降，嚴重時會出現紅光帶，這也是目前因牽引供電導致紅光帶最常見的原因之一。

4.3 日常維護建議

防范軌道電路設備不平衡電流的日常維護建議：

1）做好軌道電路的日常檢查測試，防止因軌道電路絕緣破損或者扼流變壓器線圈阻抗差異較大導致軌道電路工作異常；

2）注意防范軌道電路設備連接線因兩側連接方式不同或鋼絲繩屬性差異導致的接觸電阻不同，造成牽引電流不平衡；

3）按照軌道電路年度整治要求，做好兩側鋼軌對地電壓的測試，防止由于兩側鋼軌線路環境不同，導致經兩側軌條的回流差距較大；

4）加強綜合接地系統檢查和測試，各軌道電路設備地線必須與貫通地線可靠連接，并測試達標；

5）加強對各部接續線、連接線和跳線的日常養護維修，保證安全完整、固定牢固，防止各類引接線塞釘頭因震動或者氧化導致接觸電阻變化。

5 故障隱患處理注意事項

在客專一體化軌道電路中，扼流變壓器要同時與兩側鋼軌斷開，才能徹底甩開扼流變。當扼流變壓器單側與鋼軌斷開，仍然能通過中心連接板，與鋼軌上的電容、另一端的扼流變組成軌道諧振回路，對本區段軌道電路造成影響。

搶修時需完全斷開扼流變壓器引接線，必須按規定設置“兩橫一縱”連接線，斷開后不會造成區段紅光帶，但影響牽引回流暢通，此時嚴禁運行電力牽引的車輛。

判斷為短路故障時，要甩開端子逐一進行測試，應以就近為原則，通過電流變化迅速判斷故障范圍。

更換帶適配器的扼流變時，應注意載頻的選擇。

在移頻軌道電路室外搶修，尤其同時出現接觸網跳閘等供電設備故障時，應優先檢查室外軌道電路設備熔斷器，攜帶熔斷器備品上道搶修，及時更換，縮短故障延時。

6 結束語

解決牽引回流對軌道電路設備的影響,其根本途徑在于徹底改善牽引電流不平衡狀態。電化區段是一個綜合系統,要保證電氣化鐵路的正常運營,需要電務、工務、供電部門共同發力，以工電供融合發展為背景，密切配合,發揮整體合力,保證設備良好運用狀態。電務維護技術人員也應詳細了解牽引電流不平衡影響因素，進一步探討和研究降低牽引電流影響措施，提高軌道電路抗干擾能力，保證信號設備穩定、行車安全。