探讨提高信号继电器技术性能的方法与途径

刘 炜

(沈阳铁路信号工厂，沈阳 110025)

1 信号继电器的历史与现状

铁路信号与铁路几乎同时诞生，并伴随铁路的发展而发展。1825年在英国诞生世界第一条铁路，1830年在英国利物浦—曼彻斯特铁路上使用第一架有记载的信号机，1856年第一套简单的机械式车站联锁控制设备诞生。伴随铁路运输的发展，铁路信号技术不断提高和完善，铁路信号继电器也从无到有，体积由大到小逐步发展起来。在与信号机、转辙机及车站联锁配合中，继电器的品种、规格不断增加。至本世纪初，随着计算机技术在铁路信号领域大量应用，信号继电器的品种和数量将逐步减少。

目前，国内AX继电器按照国标GB/T 7417-2001要求进行产品制造和检验。从现场多年运用的实践来看，银氧化镉材料基本能满足铁路信号继电器的安全要求，多年来没有收集到信号继电器在现场使用过程中，由于接点材料问题产生接点熔接造成安全事故的案例。

从现场收集到的继电器故障问题主要集中在线圈断线、加强接点片由于疲劳等原因折断和接点电阻不稳定造成电路不正常工作等问题。与世界一流的信号产品比较，在产品质量上还存在差距，在产品安全性、可靠性方面也存在标准和理念的不一致。

2 AX继电器使用存在的主要问题

AX系列继电器是国内广泛使用的铁路信号继电器，产品制造处于国内先进水平，初步估算目前使用的AX系列继电器约在1 000万台以上。由于继电器寿命管理期限为15年，实际还有超期使用的继电器，因此，每年均能收集到继电器使用出现故障或问题的报告，分析和总结故障案例，有助于提高产品质量。

AX系列继电器在使用中存在的主要问题如下。

（1）JYJXC-135/220型继电器线圈断线、接点片疲劳断裂。

（2）JWXC-1700型继电器线圈断线、接点接触不良造成电路功能失效。

（3）JZXC-480、JZXC-H18型继电器整流二极管击穿损坏。

（4）JBSXC-850/870型时间继电器在使用过程中受干扰后可能造成控制电路功能失效，继电器应吸起时不吸起。

对上述问题进行分析，其原因如下。

（1）从收集的现场继电器故障数据分析，继电器线圈断线，与继电器型号无直接关系。产品从出厂时间来看，2000年以前生产的继电器所占比例较大，有些继电器是1995年前后的产品，处于继电器规定的寿命管理期限附近；但从继电器功能及制造质量来讲，继电器即使超过使用寿命，继电器线圈也不应出现断线的故障。这与生产过程的质量控制和装备的技术水平有关。

（2）有极加强接点继电器动接点在使用过程中存在断裂现象，主要原因为有极加强接点继电器衔铁闭合与释放时，受到的冲击力较大，动接点运动行程大（产品要求大于7 mm），造成动接点片疲劳断裂。另一方面原因是在产品制造过程中存在动接点片表面划伤现象。随着铁路运行密度和车速的提高，每天继电器动作次数明显提高，个别继电器使用年限或使用次数超出产品规定的期限，这也是继电器动接点片断裂的另一原因。

（3）整流继电器二极管损坏的原因可分为2种情况，有部分继电器投入使用时间较短，有的是在开通过程中整流二极管损坏。其原因是继电器开通阶段，现场可能存在电流混电问题，造成二极管过流（或过压）损坏。另一种原因是整流二极管本身存在“潜在”的质量隐患，在使用过程中或当外在的电气或机械应力提高，环境温度或湿度的变化等造成“潜在”隐患变成实际电子元件的故障。近年，工厂在继电器的生产过程中，将二极管逐件进行老化筛选，整流继电器的电子元件早期失效问题得到很好的解决。

（4）时间继电器由于抗电磁干扰能力不强，造成JBSXC-850/870型继电器使用过程中功能失效。时间继电器是因为现场配线施工不规范或没有考虑到电磁干扰，没有将屏蔽线的地线有效“接地”，因此造成继电器电源线感应到高频电压信号，继电器不能正常工作。解决问题的主要办法是提高时间继电器的抗干扰能力，在继电器电源线上增加“磁环”，降低耦合干扰产生的电信号，采取措施后，实际效果良好。

3 国际标准与国家标准对照存在的主要差异

国标GB/T7417-2001《AX系列继电器》与国际铁路联盟UIC736R《信号继电器》标准对照，由于对信号系统及器件的安全理解存在一些差异，造成标准之间存在不同，其主要差异如表1所示。

通过表1可知，UIC736R标准与国标GB/T7417-2001的主要差异在于产品设计的安全性与可靠性，主要体现在3个方面：（1）UIC标准更加强调继电器（N型）结构设计必须采用强制引导的接点结构；（2）接点必须采用无熔焊危险的材料；（3）继电器的使用过程中，抗振动性能应达到较高的水平。

表1 国标GB/T7417-2001与铁路联盟UIC736R标准比较表

4 信号继电器改进的方法与途径

国内生产企业近年来不断改进产品的设计质量，提高工艺制造水平和生产过程的质量控制能力，结合现场收集的数据分析，企业主要进行了如下改进。

（1）继电器线圈绕制工艺的提高。将继电器线圈架材质由热固性塑料改为热塑性塑料，虽然材料的成本成倍增加，但提高了零件加工精度和生产效率，解决了生产和使用过程零件易损坏等问题；采用数控设备绕制线圈，使线圈的匝数误差控制在±1匝，线圈绕制的一致性大大提高；采用3 m绝缘胶带进行线圈表面绝缘封闭，解决线圈引线端绝缘及断线问题，这样从整体上提高线圈质量和制造水平，也大大减少了继电器故障数量。

（2）减少继电器接点电阻。继电器接点的接触电阻一直是生产过程控制的一个难题。近年来虽未改进生产工艺，但注意生产过程和生产环境对银接点表面的影响，并在触头制造成型后就采取必要保护措施，注意接点保护的持续性和有效性，特别注意生产环境中温度、湿度及有害气体可能对接点表面的影响。通过采取有效措施并注意环境对接点电阻的影响，取得了比较好的控制效果，特别是近一年来，继电器接点电阻控制明显好于从前，不论是产品出厂检验、现场测试及产品寿命试验，继电器接点电阻都能比较稳定地控制在50 mΩ以下。

（3）对加强接点单元进行改进，在动片根部增加辅助片，减少动接点片在工作中应力集中，还能有效地防止生产过程中可能在动接点片上产生的划痕。改进后，加强动接点片在继电器正常使用中断裂问题基本得到了解决。

（4）AX继电器产品标准与UIC标准对照存在的差异，很难通过产品改进得到根本解决，很多问题是由于产品结构设计阶段遵守的标准和产品安全理念不同而产生的结果。如果想得到根本解决，必须重新制定产品开发的技术条件，重新思考产品安全准则，研制新系列的信号继电器，使信号继电器的产品质量和技术性能达到世界先进水平。

（5）过去在6502电路中，继电器主要控制对象是继电器间的逻辑、点灯电路和道岔电路，相对来讲，继电器接点电阻的变化对继电器的功能影响较小。在继电器与计算机配合使用的电路中，继电器接点电阻对完成电路功能影响较大，有时接点电阻变化几十毫欧或几百毫欧，可能直接影响到电路控制或检测功能，造成信号系统某项功能失效，影响行车安全。

为此，提出开发研制适合高速铁路和客运专线要求的新型铁路信号继电器。

5 新型铁路信号继电器的研制

京津客运专线的开通使用，标志着我国高速铁路及铁路信号技术达到了世界先进水平。为了提升国产信号继电器的质量与性能，满足铁路市场对信号继电器安全性、可靠性的质量要求，使国内铁路信号产品的制造达到世界先进水平，拟制定开发研制适合于客运专线及高速铁路使用的新型信号继电器计划，重点从信号继电器的安全性、可靠性和可维护性要求进行改进设计，新型继电器设计应解决好以下问题。

（1）新型继电器在规定的使用寿命期限内，不应存在使用安全隐患。设计中必须做到继电器采用强制引导的接点结构，保证动合接点与动断接点不能同时处于闭合状态；继电器额定电压应能满足24、50 V的要求。

（2）新型继电器接点材料的选择既要保证使用安全、不能产生接点熔焊的问题，又要考虑国内信号系统对接点电阻稳定性的要求，符合国际铁路信号标准对接点材料的要求，满足信号继电器未来可能与列控系统配套出口中存在的技术问题，因此，应考虑实现两种接点材料替换时的可行性和方便性。

（3）应将信号继电器的振动和绝缘耐压能力提高到UIC736R标准要求的水平，即新型继电器的抗振动能力应为5～22 Hz，最大振幅为1 mm，振频为22～50 Hz，加速度为2 g，继电器必须保证使用的可靠性。

（4）新型继电器的绝缘耐压，包括整流和缓放继电器均应能承受交流正弦波50 Hz、2 000 V有效电压值，历时1 min无击穿和闪落现象的要求。

（5）应保证无极、偏极和整流普通接点继电器的质量，使继电器达到使用寿命15年或使用次数2×106次的要求；适当提高有极加强接点继电器和无极加强接点继电器的使用寿命，延长继电器维修周期；逐步建立由生产厂家为主体的信号继电器维修体制，由维修中心进行继电器维修工作，保证继电器在使用周期内的安全性和可靠性。

（6）新型继电器的插接方式应保持与AX系列继电器插座通用。在此基础上，还应设计适合现场非焊接式配线要求的插座，保证与继电器插接方便，接触可靠，安装和固定方式既能在室内使用，又能保证道旁安装使用时的可靠性，从而达到继电器插接的可靠性和安全性。

[1] 《中国铁路信号史》编委会.中国铁路信号史[M].北京：中国铁道出版社，1989.

[2] GB/T7417-2001 AX系列继电器[S].

[3] UIC736R-2004 信号继电器[S].