ZPW-2000A軌道電路主軌電壓波動處置方法

張占鵬

（通號工程局集團(tuán)有限公司北京分公司，北京 100070）

1 概述

高速鐵路近年來發(fā)展迅速，鐵路信號設(shè)備穩(wěn)定性和施工質(zhì)量及處理問題能力的要求也越來越高。作為高速鐵路重要組成部分的ZPW-2000A軌道電路的安全與穩(wěn)定是列車高速運(yùn)行的保障。然而，ZPW-2000A軌道電路主軌電壓波動在聯(lián)調(diào)聯(lián)試期間及開通運(yùn)營后發(fā)生，難以快速解決。該問題原因較多，波動一般是在列車運(yùn)行時出現(xiàn)，發(fā)生時不在天窗內(nèi),無法上道查明原因，如果處置不及時，電壓波動超出下限，便會造成紅光帶故障。為此，本文根據(jù)現(xiàn)場工作及處理經(jīng)驗對ZPW-2000A移頻軌道電路電壓波動問題進(jìn)行總結(jié)，梳理出處理方法，以期對現(xiàn)場維護(hù)人員有所幫助。

2 主軌電壓波動案例及分析

2.1 鄭徐客專商丘高速場216DG軌出主軌電壓波動

在鄭徐客專商丘高速場216DG 軌道區(qū)段在列車占用并出清后軌出電壓無法恢復(fù)至空閑狀態(tài)時數(shù)值，出現(xiàn)紅光帶遺留，之后每天軌出電壓均出現(xiàn)30～50 mV的無規(guī)律下降現(xiàn)象。監(jiān)測數(shù)據(jù)回放如圖1所示。

圖1 紅光帶遺留曲線Fig.1 Remaining curve of red strip

如圖2所示，216DG為道岔區(qū)段，線路類型為無砟路基，長度293 m，無補(bǔ)償電容。目前216DG軌出電壓調(diào)整為400 mV。

圖2 道岔位置示意Fig.2 Schematic diagram of switch location

2.1.1 監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

1）216DG軌出電壓下降時，與其相鄰區(qū)段220-224DG、214DG、202DG的軌出電壓保持穩(wěn)定，可判斷無絕緣破損情況發(fā)生。

2）216DG軌出電壓下降均發(fā)生在白天車輛運(yùn)行時段，出現(xiàn)時機(jī)不固定。氣溫高的時段發(fā)生幾率較高，隨著氣溫下降自動恢復(fù)。

3）216DG軌出電壓下降時，功出電壓無變化，功出電流、送端電纜側(cè)電壓微降，受端電纜側(cè)電壓、受端設(shè)備側(cè)電壓隨軌出電壓同比例下降。

2.1.2 常規(guī)電壓波動分析

1）道床漏泄影響

道床分有砟和無砟兩種，道床漏泄電阻是指單位長度(1 km) 軌道電路中，由一根鋼軌經(jīng)過軌枕、道床到另一根鋼軌的漏泄電阻，又稱道砟電阻，其影響著鋼軌中軌道電路信號的衰減。道床電阻值低對軌道電路的調(diào)整狀態(tài)不利，容易產(chǎn)生“紅光帶”。有砟道床漏泄電阻可以等效為區(qū)域內(nèi)單根軌枕絕緣電阻的并聯(lián)，也就是說，道床電阻取決于每一根軌枕的絕緣電阻情況，而無砟道床與有砟道床的區(qū)別就是其中的道砟變成整體混凝土塊。

道床漏泄是影響軌道電路的一個重要因素，一般在雨天會增強(qiáng)鋼軌與大地的接觸導(dǎo)通的能力，雨天道砟電阻遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于正常值，增大電信號的損耗，導(dǎo)致主軌出電壓降低。216DG區(qū)段應(yīng)考慮此種因素影響。

2）調(diào)諧匹配單元故障

ZPW-2000A軌道電路調(diào)諧匹配單元保證電信號的有效傳輸。調(diào)諧匹配單元內(nèi)部元器件的參數(shù)變化或設(shè)備損壞都會造成機(jī)械室接收電壓下降或者為0，產(chǎn)生電壓波動甚至紅光帶故障，216DG應(yīng)考慮此因素影響。

3）補(bǔ)償電容故障

為抵消鋼軌電感對ZPW-2000A移頻軌道信號傳輸?shù)挠绊懀话阍诖笥?00 m的軌道電路中加裝補(bǔ)償電容，使鋼軌對移頻信號的傳輸趨于阻性，有效降低軌道電路信號損失，保證接收端獲得較大電信號。216DG無補(bǔ)償電容，暫不考慮此因素影響。

4）設(shè)備引接線松動

ZPW-2000A設(shè)備引接線與鋼軌連接不牢固或塞釘頭發(fā)生銹蝕，易造成主軌電壓波動，216DG應(yīng)考慮此因素影響。

5）電氣化干擾原因

電氣化干擾一般是由于牽引回流不平衡影響軌道電壓的平穩(wěn)傳輸，扼流變壓器鋼軌引接線連接不良或變壓器本身線圈阻抗特性不均等現(xiàn)象是引起牽引回流不平衡的常見原因，因此216DG應(yīng)考慮此因素影響。

針對上述原因，在天窗點(diǎn)內(nèi)更換了216DG匹配單元、匹配單元等阻線、扼流變壓器引接線，電壓波動依然存在。

2.1.3 現(xiàn)場測試分析對常態(tài)下的軌面電壓情況進(jìn)行測試，情況如下。測試常態(tài)下鋼軌對地電壓結(jié)果如圖3所示，岔尖至岔心范圍內(nèi)存在最大不平衡12.8%。

圖3 常態(tài)下鋼軌對地電壓曲線Fig.3 Voltage curve of rail to earth under normal condition

甩開兩端扼流變壓器時測試鋼軌對地電壓結(jié)果：雙端扼流變壓器甩開后，在岔尖處測試出一側(cè)鋼軌對地電壓僅為0.486 V，另一側(cè)為3.95 V，可判斷對地電壓低的軌條存在對地電阻低情況，導(dǎo)致兩條鋼軌出現(xiàn)對地不平衡；道岔范圍內(nèi)測試不平衡及接地鋼軌對地電壓情況如圖4所示，最大處不平衡接近80%，軌條對地電壓逐步降低至0.486 V。

圖4 對地電壓不平衡度分析Fig.4 Analysis diagram of voltage unbalance to earth

2.1.4 原因分析和現(xiàn)場試驗

1）原因分析

單軌條存在接地電阻低情況，且可能存在單軌條直接接地等情況導(dǎo)致軌出電壓異常波動。

2）現(xiàn)場試驗

在現(xiàn)場進(jìn)行單軌條接地的試驗，當(dāng)單軌條出現(xiàn)接地時，軌出電壓波動曲線如圖5所示。

圖5 軌出電壓波動曲線Fig.5 Fluctuation curve of rail outgoing voltage

3）接地范圍查找

通過斷開送受端扼流變壓器后，在軌面進(jìn)行軌條電流的測試，觀察其電流變化趨勢來確定接地點(diǎn)位置。原理如圖6所示，在單側(cè)軌條上進(jìn)行電流測試，當(dāng)兩點(diǎn)間的I1、I2值出現(xiàn)明顯降低時，即認(rèn)為該點(diǎn)（范圍）出現(xiàn)接地電阻低情況。

圖6 電流測試方法示意Fig.6 Schematic diagram of current test method

拆除接地軌條上所有道岔跳線后進(jìn)行軌條電流測試，情況如圖7、表1所示。

表1 電流異常分析位置Tab.1 Current abnormal and position analysis

圖7 拆除跳線后軌條電流分析Fig.7 Current analysis diagram of rail after removal of jumpers

2.1.5 結(jié)論

一些企業(yè)在結(jié)算環(huán)節(jié)中未能細(xì)致的開展管理工作，經(jīng)常會出現(xiàn)成本浪費(fèi)的現(xiàn)象，在資金漏洞的影響之下不利于開展造價管理工作[2]。

1）216DG電壓異常下降與絕緣破損無關(guān)；

2）216DG電壓異常為單側(cè)軌條接地造成；

3）非道岔設(shè)備造成單側(cè)軌條接地；

4）通過鋼軌電流測試可排除非岔區(qū)的直向進(jìn)路范圍，岔尖至送端的31 m范圍電流異常，為接地范圍，分析原因為扣件導(dǎo)通出現(xiàn)分流現(xiàn)象。

建議工務(wù)部門對岔尖至送端的31 m范圍單側(cè)軌條進(jìn)行扣件系統(tǒng)接地檢查整治。

2.1.6 整治后故障消除判斷及驗證

判斷方法：斷開送受端扼流變壓器后，在岔尖處進(jìn)行接地側(cè)鋼軌對地電壓測試，故障恢復(fù)后，該測試點(diǎn)對地電壓出現(xiàn)明顯上升，電壓可上升至該點(diǎn)軌面電壓約二分之一。

驗證：經(jīng)過正常列車運(yùn)行的多次驗證，故障已經(jīng)消除，216DG主軌電壓能夠恢復(fù)正常值，不再波動。

2.2 主軌電壓波動處理方法建議

2.2.1 不良或失效電容檢查處理方法

軌道電壓波動，首先考慮該軌道區(qū)段補(bǔ)償電容失效。天窗點(diǎn)內(nèi)對該區(qū)段進(jìn)行逐個電容測試，若發(fā)現(xiàn)電容數(shù)值不在設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)范圍，應(yīng)更換電容，觀察更換之后故障現(xiàn)象是否消除。若更換之后仍未有變化，需根據(jù)動檢車檢測結(jié)果判斷是否有電容損壞來進(jìn)行判斷。

特殊情況下考慮天窗點(diǎn)內(nèi)主軌電壓波動區(qū)段電容檢查測試良好，但是運(yùn)營時段由于鋼軌不平衡電流產(chǎn)生壓差引起電容容量變化，造成主軌電壓波動現(xiàn)象，一般不考慮此因素。

2.2.2 設(shè)備連接線檢查處理方法

檢查設(shè)備線塞釘與鋼軌連接是否牢固或連接部位有無銹蝕。如果存在以上情況，用砂紙打磨塞釘和鋼軌孔，將塞釘重新固定到鋼軌上，并及時進(jìn)行防腐處理。

由于等阻線出廠有細(xì)微差別，在設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)下用鉗流表對等阻線分別進(jìn)行單根電流測試。當(dāng)兩根等阻線電流相差較大時，電流較小的等阻線可能接觸不良或線纜本身電氣參數(shù)有問題，需要更換。

2.2.3 電氣化干擾的查找處理方法

電氣化干擾常見原因是由機(jī)車牽引電流回流不暢引起，導(dǎo)致軌道電路電壓傳輸不穩(wěn)定，嚴(yán)重時燒壞送受電端設(shè)備，產(chǎn)生紅光帶。

1）檢查扼流變壓器連接線連接牢固程度和銹蝕情況。

2）對扼流變壓器（或空扼流）內(nèi)部進(jìn)行阻抗特性測試。在天窗點(diǎn)對其進(jìn)行移頻阻抗測試，其中軌道圈端子1與3之間、2與3之間的阻抗應(yīng)基本相等，將測試數(shù)值與標(biāo)準(zhǔn)對照，不符合標(biāo)準(zhǔn)時更換設(shè)備。

2.2.4 鋼軌對地絕緣不良查找處理方法

斷開軌道電路兩端所有設(shè)備連接線（包括扼流變壓器），分別測試兩鋼軌條對地電阻，當(dāng)有一側(cè)電阻值較小，且兩側(cè)試值相差較多時，說明有一側(cè)鋼軌對地絕緣不良。或者通過上述現(xiàn)場測試分析的方法比較兩鋼軌條同一位置處對地電壓，判斷鋼軌對地絕緣是否良好。

2.2.5 道床漏泄

在有砟區(qū)段，雨天導(dǎo)致道床漏泄增大是一種正常現(xiàn)象，軌道電路接收端電壓會出現(xiàn)一定程度的降低，晴天后，主軌電壓又恢復(fù)正常值。當(dāng)發(fā)現(xiàn)主軌電壓下降較多又不能恢復(fù)到原來的值時，就要進(jìn)行現(xiàn)場逐段檢查鋼軌對地絕緣性能。

3 總結(jié)

客專ZPW-2000A軌道電路主軌電壓波動，應(yīng)盡快查找原因，及時處理。當(dāng)波動范圍較大，且不能恢復(fù)至標(biāo)準(zhǔn)值時，嚴(yán)重的可能形成紅光帶，影響列車運(yùn)行和運(yùn)輸效率。本文通過對主軌電壓波動現(xiàn)場處理過程的分析總結(jié)，對解決常見的電壓波動問題有一定借鑒意義。