無(wú)絕緣軌道電路調(diào)諧匹配單元絕緣不良分析處理

唐濟(jì)東

（中國(guó)鐵路南寧局集團(tuán)有限公司 柳州電務(wù)段，工程師，廣西 柳州 545007）

ZPW—2000A型無(wú)絕緣軌道電路作為高鐵、客運(yùn)專線鐵路信號(hào)系統(tǒng)中的重要組成部分,采用電氣分割相鄰軌道電路信號(hào)，利用調(diào)諧單元對(duì)不同頻率信號(hào)的不同阻抗值，實(shí)現(xiàn)相鄰區(qū)段信號(hào)的隔離，劃定軌道電路的控制范圍，在保障鐵路列車安全、高速運(yùn)行方面發(fā)揮著極為重要的作用。調(diào)諧匹配單元是ZPW-2000A型無(wú)絕緣軌道電路系統(tǒng)的關(guān)鍵室外設(shè)備，如果調(diào)諧匹配單元絕緣性能下降,將嚴(yán)重影響軌道電路正常功能的發(fā)揮，危及高鐵動(dòng)車行車安全，需要分析故障成因,研定防范對(duì)策,確保設(shè)備安全可靠。

1 調(diào)諧匹配單元作用

由于目前國(guó)內(nèi)高鐵、客運(yùn)專線鐵路線路多為長(zhǎng)軌，且多為電氣化牽引，為了減少鋸軌，其使用的ZPW-2000A型無(wú)絕緣軌道電路采用電氣分割相鄰軌道電路信號(hào)，利用調(diào)諧單元對(duì)不同頻率信號(hào)的不同阻抗值，實(shí)現(xiàn)相鄰區(qū)段信號(hào)的隔離，劃定軌道電路的控制范圍。其系統(tǒng)構(gòu)成原理如圖1所示。

圖1 ZPW-2000A無(wú)絕緣軌道電路原理圖

調(diào)諧匹配單元用于軌道電路的電氣絕緣節(jié)和機(jī)械絕緣節(jié)處，調(diào)諧部分形成相鄰區(qū)段載頻的短路，且與調(diào)諧區(qū)內(nèi)鋼軌電感（或機(jī)械絕緣節(jié)處的機(jī)械絕緣節(jié)扼流空心線圈）形成并聯(lián)諧振，實(shí)現(xiàn)相鄰區(qū)段信號(hào)的隔離和本區(qū)段信號(hào)的穩(wěn)定輸出。匹配部分主要作用是通過(guò)鋼軌阻抗和電纜阻抗的連接，以實(shí)現(xiàn)軌道電路信號(hào)的有效傳輸。調(diào)諧匹配單元可以看作是原ZPW-2000A軌道電路中調(diào)諧單元（BA）和匹配變壓器（TAD）的二合一設(shè)備，此種設(shè)備共分為四種型號(hào)（1700、2000、2300、2600 Hz），用戶可根據(jù)本區(qū)段的載頻頻率選用。其設(shè)備原理如圖2所示。

圖2 調(diào)諧匹配單元原理圖

安裝使用時(shí)V1-V3連接，U1、U2通過(guò)鋼包銅電纜連接到線路鋼軌側(cè)，E1、E2通過(guò)數(shù)字信號(hào)電纜連接到室內(nèi)。各部分作用如下：

1）調(diào)諧單元部分與中間的空心線圈以及調(diào)諧區(qū)內(nèi)鋼軌共同組成LC并聯(lián)諧振電路，利用LC并聯(lián)諧振電路的極阻抗特性，有效降低移頻信號(hào)在主軌道的衰耗，實(shí)現(xiàn)主軌信號(hào)的保真?zhèn)鬏?。同時(shí)，調(diào)諧單元利用其自身LC串聯(lián)諧振表現(xiàn)出的零阻抗特性實(shí)現(xiàn)相鄰軌道電路信號(hào)間的電氣隔離，即完成“電氣絕緣節(jié)”功能。

2）匹配變壓器（AFT）部分主要作用是實(shí)現(xiàn)軌道電路鋼軌阻抗和數(shù)字信號(hào)電纜阻抗的匹配、鋼軌與室內(nèi)設(shè)備間的電氣隔離；電解電容C1、C2發(fā)揮隔直通交的作用，使匹配變壓器適用于直流電力牽引的區(qū)段；電感（PTL）作為對(duì)容性數(shù)字信號(hào)電纜的補(bǔ)償，并在列車分路時(shí)與匹配變壓器相對(duì)應(yīng)處軌道電路構(gòu)成限流阻抗。

3）補(bǔ)償電感部分（PTL2）在機(jī)械絕緣節(jié)處替代一根鋼包銅的電纜線（斷開(kāi)A、B間連接片），其阻抗等同于一根鋼包銅的電纜線阻抗，作用是減少外部連接線；安裝在電氣絕緣節(jié)處，須保留A、B間連接片。

如果調(diào)諧匹配單元絕緣性能下降，輕則影響本區(qū)段及相鄰區(qū)段軌道電路信號(hào)有效傳輸，引起電氣特性變化，影響軌道電路調(diào)整導(dǎo)致軌道電路不能可靠工作；嚴(yán)重情況下，如匹配變壓器兩端絕緣不良，致使鋼軌與室內(nèi)設(shè)備間的電氣隔離失效，鋼軌側(cè)牽引強(qiáng)電直接作用于室內(nèi)設(shè)備，極易造成設(shè)備損壞，危及高鐵動(dòng)車行車安全。

2 存在主要問(wèn)題

2.1使用環(huán)境超出技術(shù)條件規(guī)定范圍當(dāng)前國(guó)內(nèi)高鐵、客運(yùn)專線使用的調(diào)諧匹配單元雖然生產(chǎn)廠家不盡相同，但都是依據(jù)“關(guān)于印發(fā)《ZPW-2000A無(wú)絕緣軌道電路設(shè)備》等14項(xiàng)鐵路客運(yùn)專線信號(hào)產(chǎn)品暫行技術(shù)條件的通知”（鐵科運(yùn)[2008]36號(hào)）規(guī)定，將調(diào)諧單元和匹配單元整合為一個(gè)調(diào)諧匹配單元，對(duì)主要電氣元件采用不飽和聚酯材料灌封，減少了系統(tǒng)在現(xiàn)場(chǎng)安裝的設(shè)備數(shù)量，提高了系統(tǒng)的可靠性。

根據(jù)鐵科運(yùn)[2008]36號(hào)文規(guī)定,調(diào)諧匹配單元技術(shù)要求：設(shè)備環(huán)境適應(yīng)性要求在周圍空氣相對(duì)濕度室外不大于95%（溫度為30℃）能可靠工作；絕緣電阻≧200MΩ（用直流500V電壓測(cè)試V1-V2端子與E1-E2端子間阻值）。但是在我國(guó)南方地區(qū)，每年3月至10月經(jīng)常出現(xiàn)空氣相對(duì)濕度大于95%的天氣，特別是長(zhǎng)大隧道，調(diào)諧匹配單元更是長(zhǎng)期處于潮濕的環(huán)境之中。因此，安裝在這些地段的調(diào)諧匹配單元，更加容易出現(xiàn)絕緣不良的問(wèn)題。如2013年12月開(kāi)通運(yùn)行的衡柳、柳南客專線區(qū)間都是采用ZPW-2000A無(wú)絕緣軌道電路，其中南寧局集團(tuán)公司柳州電務(wù)段管內(nèi)在線運(yùn)用共3 884臺(tái)，僅2017年至2018年就發(fā)現(xiàn)調(diào)諧匹配單元絕緣不良56臺(tái)，其中90%都是箱盒內(nèi)潮濕，電路板有水漬導(dǎo)致絕緣下降。

2.2產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在缺陷

1）調(diào)諧匹配單元將調(diào)諧單元和匹配單元整合為一個(gè)調(diào)諧匹配單元，對(duì)主要電氣元件采用不飽和聚酯材料灌封，但各部件則都是通過(guò)共用電路板進(jìn)行連接，接點(diǎn)暴露在外，遇到潮氣電路板產(chǎn)生水漬，導(dǎo)致絕緣性能下降；匹配變壓器Ⅰ次側(cè)（AFT-1、AFT-2）、Ⅱ次側(cè)（AFT-3、AFT-4）、電感PTL-3、PTL2-1、PTL2-2、電容C1(-)接點(diǎn)密集緊湊，暴露在外，遇到潮氣，必然會(huì)造成絕緣性能下降。調(diào)諧匹配單元實(shí)物布局見(jiàn)圖3。

圖3 調(diào)諧匹配單元實(shí)物布局

2）結(jié)構(gòu)布局不合理，選材不當(dāng)，運(yùn)用中造成性能下降。調(diào)諧匹配單元設(shè)備側(cè)(E1、E2）與線路側(cè)（V1、V2、V3）接點(diǎn)集中在同一小塊端子板上，結(jié)構(gòu)緊湊，方便了現(xiàn)場(chǎng)安裝、測(cè)試及維護(hù)，在理想的環(huán)境中也能正常使用。但是由于E2與V1焊點(diǎn)間隔只有3 mm，在實(shí)際運(yùn)用中，潮氣、積灰等在所難免，在電氣化區(qū)段軌道回流不大于1 000 A，不平衡電流不大于100 A工作環(huán)境中（鐵總運(yùn)[2015]322號(hào)《高速鐵路信號(hào)維護(hù)規(guī)則》規(guī)定），遇到雷害、牽引供電等強(qiáng)電干擾，E2與V1易被被擊穿，導(dǎo)致調(diào)諧匹配單元絕緣下降，進(jìn)而影響室內(nèi)分線采集器、防雷模擬網(wǎng)絡(luò)盤受強(qiáng)電干擾損壞。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)返回的調(diào)諧匹配單元解剖發(fā)現(xiàn)，E2與V1之間存在明顯的強(qiáng)電擊穿留下的痕跡，如圖四所示。

圖4 調(diào)諧匹配單元受電擊示意

3 采取措施

3.1做好防潮去濕工作每年3月至10月，南方氣候潮濕，空氣相對(duì)濕度經(jīng)常大于95%，導(dǎo)致調(diào)諧匹配單元絕緣下降。要采取有效防范措施：一是做好防潮去濕，在調(diào)諧匹配單元盒內(nèi)部放置專用干燥劑，每年檢修時(shí)進(jìn)行更換。二是將調(diào)諧匹配單元盒蓋與盒體之間、電纜引入孔及防塵蓋采用玻璃膠封堵，增強(qiáng)調(diào)諧匹配單元的密閉性。三是督促設(shè)備供應(yīng)商，抓緊探索試驗(yàn)，解決在用設(shè)備電路板外露端子的防潮問(wèn)題。

3.2監(jiān)測(cè)電氣特性變化通過(guò)監(jiān)測(cè)調(diào)閱及測(cè)試電氣特性變化提前發(fā)現(xiàn)隱患并進(jìn)行處理。一是日常測(cè)試每天調(diào)閱監(jiān)測(cè)軌道電路電氣特性，發(fā)現(xiàn)主軌電壓變化超過(guò)15 mv，要重點(diǎn)檢查調(diào)諧匹配單元；二是每月測(cè)試軌道電路電纜對(duì)絕緣趨勢(shì)變化情況進(jìn)行分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)調(diào)諧匹配單元絕緣下降的隱患并有效處理。

3.3有效防范強(qiáng)電干擾不良后果一是遇到雷害、列車過(guò)后軌道電路紅光帶不消失的故障，一般情況下都會(huì)導(dǎo)致調(diào)諧匹配單元被擊穿損壞，在更換調(diào)諧匹配單元的同時(shí)，必須要同步檢查室內(nèi)分線采集器、防雷模擬網(wǎng)絡(luò)盤受強(qiáng)電干擾損壞情況，及時(shí)處理問(wèn)題，防止發(fā)生次生故障。二是日常測(cè)試如發(fā)現(xiàn)分線采集器不良（只影響監(jiān)測(cè)，不影響軌道電路正常使用），要同時(shí)檢查測(cè)試調(diào)諧匹配單元絕緣情況，發(fā)現(xiàn)不良務(wù)必及時(shí)更換。

3.4優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)聯(lián)合設(shè)備生產(chǎn)廠家到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)查分析，對(duì)設(shè)備進(jìn)行解剖排查，確認(rèn)問(wèn)題點(diǎn)，提出整改方案并抓緊實(shí)施。一是取消共用電路板，各部件連接節(jié)點(diǎn)全部灌封進(jìn)不飽和聚酯材料內(nèi)，避免接點(diǎn)外露受潮氣影響；二是調(diào)整結(jié)構(gòu)布局，將設(shè)備側(cè)(E1、E2）、線路側(cè)（V1、V2、V3）接點(diǎn)分開(kāi)安裝在不同端子上，避免運(yùn)用中強(qiáng)電干擾造成性能下降。調(diào)諧匹配單元改進(jìn)后實(shí)物布局如圖五所示。

圖5 改進(jìn)后的調(diào)諧匹配單元實(shí)物布局

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)采取以上措施，特別是對(duì)調(diào)諧匹配單元進(jìn)行結(jié)構(gòu)、布局優(yōu)化，取得良好效果，據(jù)南寧局集團(tuán)公司柳州電務(wù)段近兩年現(xiàn)場(chǎng)使用情況統(tǒng)計(jì)，絕緣不良現(xiàn)象基本消除，大幅減少了關(guān)鍵設(shè)備隱患，保證了高鐵安全。