CBG型無絕緣軌道電路補償電容器失效原因的分析

劉瑞東

摘 要：為了延長軌道電路的傳輸距離，保證信號傳輸安全，都要求安裝補償電容，以保證發(fā)送和接收設備的可靠工作。由于補償電容易受環(huán)境，天氣、浪涌電壓等因素影響，經(jīng)常發(fā)生故障。文章介紹了鐵路軌道補償電容器的用途、結構、性能特點、技術指標、安裝環(huán)境條件等，就補償電容的失效原因進行分析探討，提出相應的防護措施，為保證信號傳輸安全提供了參考依據(jù)。

關鍵詞：軌道電路；補償電容；失效；分析；防護

1 概述

隨著社會不斷的發(fā)展，鐵路運輸速度要求不斷的提高，無絕緣軌道電路在我國鐵路上得到十分廣泛的使用，同時需要盡可能的提高鐵路信號的傳輸距離，同時我們還需要在無絕緣軌道電路上安裝補償電容，但是很多時候都會收到環(huán)境的影響，受到天氣和人為因素的影響，補償電容也就會產(chǎn)生很多的不良的反應，這種情況下很多都會導致補償電容老化或者失效，最終直接影響到軌道電路的傳輸質(zhì)量，對于傳輸過程中，列車的控制系統(tǒng)需要正常的運行，也就要有效的提高補償電容的質(zhì)量，對補償電容進行有效的檢查。

2 補償電容的作用

ZPW-2000無絕緣移頻自動閉塞系統(tǒng)是我國鐵路信號傳輸中先進的信號模式，主要就是采用的鋼軌來進行傳輸，其中相應的傳輸范圍在1700-2600Hz范圍內(nèi)的移動頻率，由于對于鋼軌中存在的有感電阻，對鋼軌的較高的頻率需要進行有效的調(diào)節(jié)，對于這種值遠遠的大于軌道電阻的時候，對軌道的電路信號的傳輸也就會產(chǎn)生很大的影響。對于這種形式用于國產(chǎn)60kg/m鋼軌、1435mm軌距的線路上時，每米線路呈現(xiàn)都會在1.4的電感的存在，當鋼軌相當于一個時間的差值，軌道也就會隨著時間的變化不斷的發(fā)生變化，這也就是感性負載，就會出現(xiàn)較高的感抗，導致信號在傳輸?shù)倪^程中不斷的減弱，嚴重的影響到傳輸?shù)拈L度。

當彌補電容不足的時候，抵抗鋼軌的感性導致鋼軌阻抗可能出現(xiàn)負載，為了有效的保證傳輸距離和機車信號系統(tǒng)的可靠性，目前也就要采取更好的補償電容裝置，稱為補償電容，其等效電路如圖1所示。

為了更好的實現(xiàn)信號的遠距離的傳輸，也就需要對其進行有效的改裝，將入口A、B取得一個電阻性負載，而在出口端C、D獲得一個較高的輸出電平。這可認為每補償段對頻率信號發(fā)生了串聯(lián)諧振。

3 補償電容的安裝

為了有效的保證傳輸?shù)膶嶋H效果，補償電容的安裝也就要按照相應的要求進行，經(jīng)過計算，軌道電路線路必須經(jīng)過100米就并接一個33μF的補償電容。在對無絕緣的地方，為了能不影響電氣絕緣的使用特性，其中在對電容線圈SVA的距離不得小于48米，同時在鏈接的時候也不能大于96米，具體的安裝圖如圖2所示。

4 補償電容失效的危害

對于補償電容一旦使用的過程中失去作用，這也就表示對于設備的正常工作就會產(chǎn)生很大的影響，同時根據(jù)現(xiàn)場的實際情況可以得知，當軌道電容出現(xiàn)問題的時候，軌道電路的長度達到1000米，電阻的大小較大，Rd=1.5Ω·Km時，對于軌道電路接受傳輸也就會導致電壓嚴重的降低，其中斷2處的時候，輸入的電壓也就降低到210mV，對于一些不滿足軌道電路調(diào)整狀態(tài)的技術標準為（≥240mV）；斷3處以上，就造成軌道繼電器落下。這還是對軌道電阻較高的人時候，天氣晴朗的情況下進行測量的時候，當進行測量的過程中電阻的要求不能達到，當下雨天氣的時候，補償電容斷一處的情況也就會導致通過信號顯示的紅燈影響到正常的工作。

5 補償電容失效的原因

5.1 浪涌電壓引起擊穿失效

在對很多交流電力進行分析的時候，電網(wǎng)電壓的波動很多是不可避免的，同時還存在很多的問題，這些都會影響到機動車的運行，在電壓不穩(wěn)定的時候，對于機動車進行電網(wǎng)接觸的時候，主要就是對網(wǎng)絡的鏈接，運行的時候對電壓的影響較大，其中對于這種電壓也就是浪涌電壓。對于機動車引電流的軌道進行回歸，對于很多的不平衡電阻，以及存在的參數(shù)沒有對稱，這些都會造成軌道電流的不平衡，對于這種情況一大出現(xiàn)，也就會導致補償電容發(fā)生擊穿失效。

5.2 雷電電壓造成擊穿失效

目前，我國地域十分遼闊，這也就導致鐵路的線路相對比較復雜，雖然沒有對軌道的單元進行防雷的設置，但是針對一些設備還是存在一定的作用，在對補償電容軌道之間，數(shù)量的分析相對較大，其中名具有防護作用更為突出，如果沒有較好的進行有效的防護，也就存在很大的問題，導致電容擊穿，影響到軌道電路的正常工作。

5.3 原材料及質(zhì)量工藝造成的失效

5.3.1卷繞電容器芯子

在對線圈進行處理的時候，很多都會導致卷繞時對金屬膜放置的時候起皺、跑偏，當蕊子出現(xiàn)十分嚴重的折皺的時候，就會讓電容器的電壓下降5%到10%，其中局部放電電壓下降到電容的膨脹和擊穿，從而降低產(chǎn)品的使用壽命。

5.3.2 噴金

噴金料的氧化及噴金顆粒粗造成噴金層與極板的接觸電阻增大，使電容器不能承受大電流的沖擊，易發(fā)生邊緣飛弧或擊穿，造成電容量下降、損耗增大。

5.3.3 焊接

虛焊及假焊乃至焊點脫落，造成電容量下降、損耗增大。塞釘處焊接不牢影響拉力，造成拉力試驗不合格。

6 防護措施探討

（1）對于浪涌電壓以及雷電電壓引起的補償電容失效，其本質(zhì)都是由于瞬時電壓波動高于補償電壓耐壓要求，造成的電容擊穿。在實際的檢驗過程中，依據(jù)《科技技[2007]205號無絕緣軌道電路補償電容器技術條件》，對于補償電容的耐壓僅僅要求極間耐壓不小于320V，而未對其浪涌試驗做任何要求，若能給電容增設一個能吸收浪涌電壓的防護設備，一旦補償電容受到高壓侵襲，過高的電壓被保護電路吸收，就可有效地保護補償電容。

（2）對于原材料的選擇，目前市面上的電容，依據(jù)其介質(zhì)不同主要有以下幾種，其主要參數(shù)特點如下：

聚酯（滌綸）電容（CL）：電容量40pf～4μf，額定電壓63～630V；小體積，大容量，耐熱耐濕，穩(wěn)定性差，主要應用于對穩(wěn)定性和損耗要求不高的低頻電路。

電解電容器：其容量范圍較大，一般為1～1000μF，額定工作電壓范圍為6.3～450V。其缺點是介質(zhì)損耗、容量誤差較大，耐高溫性較差，電解電容存放時間長容易失效。

瓷介電容：高頻瓷介電容（CC）電容量1～6800pf，額定電壓63～500v，高頻損耗小，穩(wěn)定性好，但是機械強度低。

補償電容采用金屬化聚丙烯膜介質(zhì)，其具有低介電損耗、高絕緣阻抗、低介電吸收和高絕緣強度特性，長期穩(wěn)定性也很好。然而在實際生產(chǎn)過程中，還需提高生產(chǎn)工藝，避免人為失誤造成對補償電容的影響。

（3）在依據(jù)現(xiàn)行標準《科技技[2007]205號無絕緣軌道電路補償電容器技術條件》對補償電容的進行試驗過程中，在經(jīng)過120小時浸水試驗后，其極間絕緣電阻的指標雖然合格，但是由初始前的幾萬兆歐減小到兩三千甚至一千多兆歐，只有試驗前的10%～40%，然而在現(xiàn)場使用過程中，補償電容安裝于兩條鋼軌之間，經(jīng)常會處在泡水的過程中，會對補償電容造成很大的傷害，鑒于這種情況，就需要提高改進制造工藝，加強補償電容的密封性能，在以往的試驗過程中，有些廠家將補償電容與防護罩做成一體，通過試驗證明，其浸水后的絕緣電阻值能達到90%，也有些補償電容兩端引接線長短不同，其在現(xiàn)場使用中并不是安裝在兩軌之間，而是在軌旁進行安裝，可以避免長時間泡水等情況。

7 結束語

補償電容失效的原因是現(xiàn)場很常見的實際問題，目前已經(jīng)有針對高海拔高濕度地區(qū)研發(fā)生產(chǎn)的CBG-M型氣密型無絕緣軌道電路補償電容器投入使用，可以滿足我國高溫、高濕、高寒、高海拔等氣候條件的鐵路建設的需要。

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