高鐵區間軌道電路電容不良分析及對策

顧 亮，孟 琳

（中國鐵路上海局集團有限公司徐州電務段，江蘇徐州 221000）

高鐵、客專軌道電路普遍采用客專ZPW-2000A軌道電路，室外調諧匹配單元內的4 700 μF電解電容在較長時間運用后易發生容值下降問題，且在容值下降、逐漸劣化時無明顯特征進行判別，經常出現軌道電路曲線異常波動甚至閃紅光帶問題，給鐵路安全運行帶來安全隱患。徐州電務段曾發生區間改方時軌道電路閃紅和非列車占用紅光帶現象，通過深入調查和分析，找出問題發生的原因，針對性地采取防范措施，總結檢修維護經驗，確保設備良好運用。

1 故障舉例

1.1 案例一

2018年12月10日，京滬高鐵XX站天窗點內進行改方試驗時，管內7802AG主軌、小軌電壓在23:01-23:36計35 min內一起呈拋物線式下降，主軌接收電壓由386 mV降至147 mV；小軌接收電壓由155 mV降至58 mV左右，并出現紅光帶，但方向轉換正常。改回正方向后，主軌、小軌電壓升高，紅光帶消失。通過測試分析，判斷原因在7802AG室外發送端。進一步分析出現故障時電壓曲線出現緩慢下降現象，判斷為軌道電路元器件中非線性原件存在異常。在檢查該區段室外發送端調諧匹配單元時，發現4 700 μF 電容很燙，隨即更換發送端調諧匹配單元。處理后反向試驗良好，主軌、小軌電壓恢復正常。

1.2 案例二

2018年12月24日09：55，京滬高鐵線蚌埠南-宿州東站間上行線7726BG出現紅光帶。通過集中監測回放發現46號中繼站7726BG發送功出電壓、電流不變，發送電纜側電壓不變；接收電纜側電壓由14.1 V下降至0 V；7726BG主軌電壓由380 mV下降至0 mV；7726BG小軌電壓由137 mV下降至0 mV，初步分析為7726BG接收端設備故障。室外應急人員測試7726BG接收端軌面電壓為1.786 V，調諧匹配單元V1、V2電壓為1.763 V，調諧匹配單元E1、E2間電壓為11 mV,SF-4電纜盒1號、2號端子測試電壓為11 mV。于是甩下E1、E2端子上的電纜，對調諧匹配單元E1、E2再次進行測試，電壓仍為11 mV，確定判斷為7726BG接收端調諧匹配單元不良。10：44更換7726BG接收端調諧匹配單元，更換完畢紅光帶消失。

2 原因分析

針對連續發生的器材不良故障，本著“三不放過”原則，杜絕類似故障再次發生。技術科主管人員聯合廠家技術人員對故障器材進一步檢測分析，是否存在共性的故障點。

2.1 電路原理

調諧匹配單元內的2個 4 700 μF電解電容 C1、C2按反極性串聯，起隔離直流連通交流的作用，如圖1所示。

圖1 調諧匹配單元外觀Fig.1 External view of tuning matching unit

電路原理示意如圖2所示。

圖2 調諧匹配單元電路原理Fig.2 Circuit diagram of tuning matching unit

2.2 測試分析

1）ZPW.PT-2600型調諧匹配單元由調諧、電感、匹配3部分組成。

ZPW.PT-2600型調諧匹配單元的組成如圖3所示。

圖3 ZPW.PT-2600型調諧匹配單元原理Fig.3 Schematic diagram of ZPW.PT-2600 tuning matching unit

2）設備狀態：調諧匹配單元型號為ZPW.PT-2600，盒體外觀良好無破損，內部各連接點及焊點良好。

3）測試匹配部分及絕緣耐壓、絕緣電阻存在異常。

匹配部分電壓、絕緣耐壓及絕緣電阻測試如表1所示。

表1 匹配部分電壓、絕緣耐壓及絕緣電阻測試Tab.1 Test of voltage,insulation withstand voltage and insulation resistance of matching part

4）將電容器C1、C2從設備取下，對其參數進行測試。

對電容器C1、C2參數進行測試如表2所示。

表2 電容C1和C2測試值Tab.2 Test values of capacitors C1 and C2

通過查看調諧匹配單元原理圖，發現匹配部分由兩個型號為TL.CDC03 16 V 4 700 μF 鋁電解電容器和變壓器線圈構成。將兩個型號為TL.CDC03 16 V 4 700 μF 鋁電解電容器送相關廠家進行檢測分析，通過檢測發現兩個電容出現電解液干涸導致電容量下降，電容性能不合格。

5） 更換設備中兩個4 700 μF電容器后，再對匹配部分進行測試。更換電容后匹配部分測試值如表3所示。

表3 更換電容后匹配部分測試值Tab.3 Test value of matching part after replacing capacitor

2.3 故障原因

經過共同測試分析，宿州東46號中繼7726BG接收端調諧匹配單元中的4 700 μF 鋁電解電容器長期正方向使用導致損耗較大，電阻升高，致使設備的匹配部分指標出現問題，引起7726BG紅光帶。

京滬高鐵中繼47號管內7802AG發送端調諧匹配單元中的4 700 μF 鋁電解電容器長期正方向使用導致損耗較大，容值下降。當進行正方向倒反方向改方實驗時，電容器承受反向電壓時的負載加重，原發送端電容作為接收端電容工作進行放電，但由于“自身容值下降”以及“反向電壓時的負載加重”雙因素的疊加導致正方向倒反方向時調諧匹配單元的匹配部分不能正常工作，造成7802AG出現紅光帶，當倒回正方向時發送端電容使用正向電壓，處于充電狀態，負載較小，所以未出現紅光帶。

2.4 分析結論

調諧匹配單元中的電容工作于交流電路中，會承受較大的交流電，長期使用電容器的損耗會逐漸增大。發送端中的電容承受的交流明顯大于接收端，所以送電端更容易出現電容損耗嚴重情況。調諧匹配單元的相關測試不能只測試阻抗，還需加強對內部4 700 μF 鋁電解電容器的測試，提前發現不良電容。

由于正向時，發送端電壓電流大，促使電容中電解液受溫高，處于充電狀態，負載呈現相對較小（但容值低于一定門限，也直接會成開路狀態）。反向時，發送端變為接收端，電壓電流降低，促使電容中電解液受溫下降，處于放電狀態，負載加重，加上容值下降，匹配部分不能正常工作。軌道電路反方向時，電容器承受反向電壓時的負載會更重。

京滬高鐵自2011年開通運營已有10年之久，部分設備器材出現疲勞、性能下降等問題。其中調諧匹配單元內的4 700 μF電容器長期在高溫環境下工作，造成電容器損耗，容值下降，電容器損耗角增大，直流電阻上升，容易造成軌道區段電壓波動，甚至出現紅光帶。

3 防范措施

進行專項整治。研究制定了高鐵區間軌道電路專項整治方案，組織對管內京滬高鐵區間軌道電路964個4 700 μF 鋁電解電容限期更換。更換后設備運用狀態良好,未發生不良反應。

加強改方試驗。對于改方試驗如涉及各中繼站時，車間必須在每個中繼站安排勝任人員進行配合；加強與鄰站、鄰工區及相關單位的協調溝通。改方后試驗時，段調度監控中心及車間檢查工區及時通過集中監測進行盯控分析，發現不良及時通知現場進行進一步檢查確認。發現緩慢下降現象后要及時匯報并立即組織對整組室外調諧匹配單元或室外調諧匹配單元內部的兩個4 700 μF 電容進行更換，確保設備穩定。

優化ZPW-2000A軌道電路電特性測試。在以往ZPW-2000A軌道電路電特性測試相關項目的基礎上，段新增了對于室外調諧匹配單元內部4 700 μF 電容每年測試一遍的要求。明確現場車間、工區對調諧匹配單元的相關測試時不能只測試在線阻抗，還需加強對內部4 700 μF 鋁電解電容器的測試，提前發現不良電容，段同時修訂了電特性測試表格，全面指導、監督、驗收現場的電特性測試。

制作典型故障信息案例。將本次故障處置過程結合信號集中監測調閱分析，制作典型分析案例，下發車間、工區進行學習借鑒。

4 日常維護檢修注意事項

1）方向電路改方試驗應在天窗點內進行，試驗完成后應將方向電路改成正方向（或天窗結束后首趟列車運行方向）。

2）由于電容為非線性元件，所以改方后出現紅光帶時，軌道曲線不會突然到0，會出現緩慢下降。所以處理高鐵區段軌道電路改方閃紅光帶時，首先觀察方向電路倒換是否正常，如果方向電路不能正常轉換，應首先處理方向電路。

3）要及時瀏覽主軌道年曲線，若曲線呈緩慢下降的情況，則初步判斷為室外調諧匹配單元4 700 μF電解電容不良；如果曲線呈直線下降，則重點檢查FQJ接點。

4）高速鐵路列控方向電路 FQJ、FJ 長期處于正方向位置，存在繼電器接點接觸不良或簧片氧化等各種問題，應提前核對圖紙，確認相關區段 FQJ、FJ 繼電器位置，準備好 JWXC-1700 繼電器等應急備品，做好各項應急準備工作。（當 JWXC-1700 繼電器備品數量不夠時，可臨時使用集中監測系統的 JWXC-1700 同類型繼電器進行更換。）

5）現場設備更換前，應確保 4 700 μF 電解電容備品型號與現場使用型號一致，對備品的電容值進行測試，一般容值大于4 700 μF方可使用，并做好相關軌道電路電氣特性測試和數據記錄工作。

6）現場設備更換時，應斷開機械室內本區段發送器、接收器斷路器，將設備中兩個4 700 μF電解電容一同更換，拆卸過程中，應避免用力拉扯電容連接線，防止損壞電容接線焊接端子；安裝過程中，應核對電容極性，保證電容極性與印制板標注的極性一致（一般情況下電解電容防爆孔處于外側）。

7）電容更換后，合上室內本區段發送器、接收器斷路器，軌道電路紅光帶恢復，調閱集中監測主軌電壓正常后，及時做好相關軌道電路電氣特性測試及劣化的 4 700 μF 電解電容回收工作。

8）當出現“電容接線焊點脫落”、“更換電容后設備不能正常工作”或“更換電容后設備前后測試數據差距較大”時，應立即查明原因，必要時采用調諧匹配單元備品進行更換處理。

5 總結

通過分析排查更換高鐵管內調諧匹配單元中的4 700 μF鋁電解電容器記錄的測試數據，得出以下結論。

1）對排查的區段進行改方后，等待30 min后，恢復軌道電路正常狀態，通過集中監測查看本區段30 min的數據變化。

若本區段主軌出電壓逐漸下降，則故障位置在本區段正向的發送端。

若本區段主軌出電壓逐漸上升，則故障位置在本區段正向的接收端。

如果本區段主軌出電壓無明顯的變化，則可判斷本區段調諧匹配單元良好。

2）如果出現以上主軌出電壓下降或上升情況，調閱故障位置（發送端或者接收端）所在調諧區的相鄰區段主軌出電壓監測數據，如未發生變化，則可判斷故障為4 700 μF鋁電解電容器故障。如果發生變化，則故障位置應該為調諧匹配單元的調諧部分或者鋼軌引接線。

3）采用移頻表測試調諧匹配單元零阻抗和極阻抗，如果測試零阻抗和極阻抗滿足要求，則調諧匹配單元調諧部分良好。如不滿足則判斷調諧部分故障。