S700K 道岔動作功率曲線分析應用

李強強 中國鐵路上海局集團有限公司上海高鐵維修段

我國高鐵的快速發(fā)展，極大地提升了鐵路的運輸效率。S700K 提速道岔是高鐵重要的信號設備，是高速列車運行的基本保障。一旦出現(xiàn)故障，將造成列車晚點，影響行車效率。信號集中監(jiān)測系統(tǒng)記錄的道岔功率曲線反映了道岔尖軌推拉力，也是處理道岔故障的重要手段。在道岔發(fā)生故障時，通過對功率曲線的分析，能夠輔助判斷故障點，指導現(xiàn)場有針對性地進行故障處理。在道岔日常巡檢修中，通過對功率曲線的周期性調(diào)看分析，同時與參考曲線比對，反映出道岔在轉(zhuǎn)換過程中受力情況和機械性能。并設置超時超限報警功能，及時發(fā)現(xiàn)道岔隱患，避免故障。而對于監(jiān)測自身，道岔功率曲線記錄不良或監(jiān)測不準確時也應記錄并及時處理?；诖?，針對功率曲線在實際應用中存在的弊端，提出了合理化建議。

1 交流轉(zhuǎn)轍機動作功率曲線采樣原理

交流三相轉(zhuǎn)轍機動作功率監(jiān)測采用電流功率傳感器，分別采集電機動作時的電壓值和電流值，通過公式P=UIcosθ計算出實時功率值（θ 是電壓與電流的夾角）。三相電壓是在斷相保護器（DBQ）端子 11、31、51 上采集，三相電流是在DBQ 輸出與 1DQJ（1DQJF）接點之間采集。當1DQJ 吸起時，1DQJ 開關量的變化啟動互感器采集電機動作時的電壓值和電流值，互感器內(nèi)部對其隔離轉(zhuǎn)換，每40 ms 計算并記錄一個有功功率的采集點，直到動作完成采集結束，經(jīng)過采集單元對數(shù)據(jù)的處理，利用485 總線將數(shù)據(jù)傳輸給站機。如圖1 所示。

圖1 交流轉(zhuǎn)轍機動作功率曲線采樣原理圖

在運用功率曲線分析道岔故障之前，要對S700K 提速道岔動作過程進行分段處理。當1DQJ 吸起時，道岔功率曲線開始記錄。2DQJ 轉(zhuǎn)極，道岔功率曲線將出現(xiàn)一個較大峰值，道岔開始動作。動作過程分為解鎖、轉(zhuǎn)換、鎖閉，此時功率曲線較為穩(wěn)定。動作完成，1DQJ 緩放直至落下，停止記錄功率曲線。

2 功率曲線的“機械特性”

在實際應用中發(fā)現(xiàn)，功率曲線的變化反映了道岔機械性能的變化。不論是在道岔的日常巡檢修中，還是在處理道岔故障時，功率曲線的分析是判斷道岔狀態(tài)的重要依據(jù)。下面用實際案例來談談功率曲線“機械特性”的應用。

2.1 道岔卡阻隱患

監(jiān)測瀏覽發(fā)現(xiàn)某站24#道岔超時超限，24# 尖 1 定到反動作時間 6.28 s，功率由 373 W 上升至 574 W；24# 尖 2 定到反動作時間7.4 s，功率由385 W 上升至563 W；24#尖3 定到反動作時間5.8 s，功率由529 W 上升至702 W。功率曲線如圖2 所示。

圖2 24#道岔尖2 功率曲線

分析功率曲線可知尖2 在轉(zhuǎn)換過程中受阻，但在尖1 和尖3 的帶動下被強行拉到鎖閉位置，懷疑尖2 道岔機械部分卡阻、缺油或滑床板有雜物。工區(qū)值班人員上道發(fā)現(xiàn)第九塊滑床板有異物，對其清掃、涂油處理，設備恢復良好。

2.2 不解鎖故障

某站20#道岔定到反無表示，調(diào)閱功率曲線發(fā)現(xiàn)，故障時20#芯1、芯2 定到反動作 30 s，芯 1 回扳 0.44 s，芯 2 回扳2.2 s,單操一次，定、反位表示均恢復正常，如圖 3、4 所示。

圖3 20#道岔芯1 功率曲線

圖4 20#道岔芯2 功率曲線

從圖3、4 可以看出，大致原因應該是20#芯1 不解鎖，因回扳時間0.44 s，說明室外道岔桿件還沒有動作，進一步確定為轉(zhuǎn)轍機內(nèi)部不解鎖導致道岔操縱無表示。現(xiàn)場上道檢查發(fā)現(xiàn)20#芯1 的TS-1 接點滾輪碎裂，造成鎖舌被卡住，無法彈出，導致道岔解鎖困難，現(xiàn)場更換了TS-1 接點，現(xiàn)設備恢復正常。

2.3 不鎖閉故障

某站10#定到反無表示，調(diào)閱功率曲線發(fā)現(xiàn)，故障時某站10#芯1 定到反無表示，動作時間30 s，操縱兩個來回后恢復,曲線仍然異常，回扳曲線與正常曲線一致。如圖5 所示。

圖5 10#道岔芯1 功率曲線

從圖5 可以看出，回扳時間跟正常曲線時間一樣，說明道岔已動作到位，大致原因應該是卡缺口或機內(nèi)卡阻，查看故障時的缺口監(jiān)測，缺口逐漸跑偏，可以大致確定轍機卡缺口導致道岔操縱無表示?，F(xiàn)場上道處理發(fā)現(xiàn)密貼較松，缺口較偏，導致道岔不鎖閉。

3 功率曲線的“小臺階”特性

功率曲線的尾部俗稱“小臺階”，實現(xiàn)了對道岔表示電路各接點的檢查。利用“小臺階”這一特性能夠幫助現(xiàn)場迅速判斷出故障現(xiàn)象。

3.1 道岔動作功率曲線“小臺階”的形成原理

道岔正常轉(zhuǎn)換到位后，自動開閉器接點切斷道岔啟動電路，此時BHJ 落下，使得1DQJ 自閉電路斷開。在1DQJ緩放的過程中，由于道岔轉(zhuǎn)換到位后，三相交流電通過室內(nèi)的1DQJ、1DQJF 前接點和室外自動開閉器接點構通回路，產(chǎn)生兩相小電流即功率曲線的“小臺階”。“小臺階”持續(xù)的時間就是1DQJ 的緩放時間（《維規(guī)》中規(guī)定：24 V 條件下，JWJXC-125/80 型繼電器在失磁時緩放時間不小于0.5 s）。因此，道岔功率曲線中的“小臺階”能反映出表示通道的狀態(tài)。

每次扳動時道岔“小臺階”的數(shù)值應保持穩(wěn)定，為200 W 左右，“小臺階”的功率值發(fā)生變化通常說明室外二極管及電阻的阻抗發(fā)生了變化。“小臺階”的變化在日常維修及故障處理中能夠提供極其重要的信息，下面就以實際案例來說明其重要性。

3.2 無表示室內(nèi)故障

某站3#道岔反到定無表示，故障時3#尖1 反位操縱定位無表示，動作時間與正常時間一樣，功率曲線無“小臺階”，缺口正常，單操多次，定位表示仍未良好。如圖6 所示。

圖6 3#道岔尖1 功率曲線

從圖6 可以看出，故障時動作時間跟正常曲線時間一樣，說明道岔已動作到位，道表交直流電壓110 V/0 V，說明是室外開路故障，功率曲線無“小臺階”，1DQJ 緩放時未形成回路，綜合判斷大致原因應該是轉(zhuǎn)轍機內(nèi)部接點、密檢器的缺口。經(jīng)現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)3#J1-A1 密檢器機蓋盤根槽側(cè)邊與動接點支架拉簧接頭存在磨卡痕跡，分析判斷故障因動接點支架拉簧接頭與密檢器機蓋盤根槽側(cè)邊磨卡造成動接點未能轉(zhuǎn)換到位，因而造成定位無表示。

3.3 無表示室外故障

某站13#道岔芯2 定位操縱反位后無表示，回操定位表示正常，13#芯1 動作正常。通過調(diào)閱功率曲線發(fā)現(xiàn)，13#道岔芯2 定到反動作時長7.84 s，來回動作4 次，故障現(xiàn)象一致。功率曲線如圖7 所示。

圖7 13#道岔X2 功率曲線

分析功率曲線可知，道岔動作結束，鎖閉之后沒有形成“小臺階”，說明在X1、X3 之間回路不通。反位無表示時，交流電壓4.6 V，直流電壓0 V，可判斷為室內(nèi)表示電源未送出，為室內(nèi)開路故障。道岔回操定位動作正常，表示正常，可判斷X1 良好。故重點懷疑X3 室內(nèi)部分2DQJ的121-123 接點接觸不良。S700K 轉(zhuǎn)轍機使用的是三相交流380 V 的電，在道岔動作過程中，由于三相不平衡電流，芯2 轉(zhuǎn)轍機拉力不足，導致芯2 是由芯1帶著走（3 s-4 s 功率曲線升高）?，F(xiàn)場檢查13#芯2 的2DQJ，發(fā)現(xiàn)繼電器121-123 接點有異物，更換后道岔操縱良好，設備恢復正常。

通過上述兩個案例說明，在利用道岔功率曲線“小臺階”缺失這一特性判斷故障現(xiàn)象時，我們還需要結合道表電壓值才能準確分析出故障原因。

當?shù)啦韯幼髡＃β是€的“小臺階”數(shù)值正常但時間過長，說明室外經(jīng)由二極管的表示通道已構通，道岔到位后1DQJ 自閉電路未斷開，BHJ 未落下，可分析判斷得知原因為DBQ 特性不良。

通過對自己在工作中遇到的實際案例分析，功率曲線的重要性已經(jīng)不言而喻了。而在實際應用中，監(jiān)測自身采集問題所導致的虛假信息會誤導監(jiān)測人員對現(xiàn)場道岔狀態(tài)（或故障現(xiàn)象）的錯誤判斷。所以要加強對監(jiān)測設備自身的維護，使其能夠穩(wěn)定地提供準確信息，比如監(jiān)測采集模塊以及相關采集配線。

4 優(yōu)化報警功能

在實際應用中，為了使功率曲線更準確真實地反映道岔工作狀態(tài)，我們對監(jiān)測軟件程序做了部分優(yōu)化，修改了功率曲線精度系數(shù)，減少了采集誤差。在針對功率曲線的實時性方面，分別設置了超時和超限報警。（1）對道岔的各個牽引點的標準動作時長加0.3 s，做為功率曲線的超時報警值。若有道岔超時，則會彈窗加聲音報警。（2）根據(jù)道岔每個牽引點的標準功率曲線，增加100 W 做為超上限報警。若有功率超限，則會彈窗加聲音報警（輝煌版本的超限設置可以做進一步優(yōu)化，在道岔功率曲線采集的每一個點跟標準的曲線做對比，增加100 W 為超上限報警值）。通過超時超限報警，監(jiān)測人員能夠及時發(fā)現(xiàn)道岔異常，消除安全隱患。

5 合理化建議

目前采用人工方式分析由微機監(jiān)測系統(tǒng)提供的S700K 轉(zhuǎn)轍機動作功率曲線來判斷轉(zhuǎn)轍機的工作狀態(tài)，這種方式完全依賴維修人員的專業(yè)知識和工作經(jīng)驗，而且存在著誤判，漏判以及分析時間長，故障分析效率低下的問題。針對上述問題，現(xiàn)提出一些個人建議：應用智能技術可以實現(xiàn)S700K 轉(zhuǎn)轍機的故障分析和定位。對從現(xiàn)場采集的轉(zhuǎn)轍機動作功率曲線數(shù)據(jù)進行分析，提取其數(shù)據(jù)的特征向量，利用遺傳算法優(yōu)化參數(shù)，通過神經(jīng)網(wǎng)絡方式可以有效地處理轉(zhuǎn)轍機的運行狀態(tài)和各故障參數(shù)之間的關系，只要樣本充足就可以保證神經(jīng)網(wǎng)絡學習和分析的可靠性，而微機監(jiān)測系統(tǒng)可以為此提供大量的現(xiàn)場數(shù)據(jù)。此方法能夠提高轉(zhuǎn)轍機故障診斷的精度與速度，實現(xiàn)故障的智能分析和定位。

在高鐵快速發(fā)展的背景下，道岔設備質(zhì)量穩(wěn)定可靠相當關鍵。在日常工作中，我們要不斷學習總結，加強對道岔功率曲線的監(jiān)測分析，及時發(fā)現(xiàn)道岔狀態(tài)異常，確保設備安全運行。