ZYJ7电液转辙机小台阶电流曲线产生原理及其故障排查应用

张国侯， 倪永亮， 刘井晨

（1.南京铁道职业技术学院，江苏南京210031；

2.浙江众合科技股份有限公司，浙江杭州310051；3.新誉庞巴迪信号系统有限公司，江苏 常州213166）

目前我国铁路控制领域科技水平不断提高，对提速道岔相关信号设备的安全要求也越来越高，其中ZYJ7电液转辙机被广泛应用，但由于维修人员对设备不熟悉及环境因素变化导致的不稳定性等原因，导致设备在运用过程中存在一些问题，直接影响铁路安全高效运行。结合中国铁路上海局集团有限公司所属电务段、车间和工区的故障处理实际情况，运用Lab-VIEW软件仿真出ZYJ7电液转辙机的三相交流电流曲线，进行深入分析判断，可及时了解其运行状态，实现故障排查。

1 ZYJ7液压道岔控制电路监测曲线解析

ZYJ7液压道岔转换正常动作电流曲线见图1，ZYJ7三相交流电机动作电流曲线以时间将采集点进行连接，分段采集周期以0.04 s为基准，能够及时发现各种异常情况。电务部门通过获取相关状态信息来反映道岔设备或其零部件的运行状态，可发现ZYJ7电液转辙机的机械和电气故障，并作出及时处理，同时也可提高转辙机的使用寿命和可靠性［1］。

图1 ZYJ7液压道岔转换正常动作电流曲线

用绿、蓝、红3种颜色分别表示道岔动作电流曲线中A、B、C三相电源。ZYJ7液压道岔转换的正常动作流程可分为道岔解锁、道岔转换、道岔锁闭3个步骤，而道岔的动作电流曲线则分为：解锁区→动作区→锁闭区→缓放区［2］。

（1）T1表示解锁区：电流曲线从无到有开始记录，能记录到其中两相通道有0.5 A左右的电流，该现象会在之后利用LabVIEW绘制其道岔动作电流曲线中得以体现。然后，道岔的启动电流变大，动作曲线会出现一个非常大的峰值，说明第一步道岔解锁开始。转辙机此时的机械动作同步进行，整个过程即为道岔解锁。

（2）T2表示动作区：在此过程中可以看出，其电流曲线相对直流电机的动作曲线较为平直、光滑，因为三相电流值比较平衡。在集中监测曲线中，这段曲线相对比较平滑，该过程道岔处于转换状态。

（3）T3表示锁闭区：此时道岔动作完毕，切断启动电路，因此监测曲线T3的尾部曲线明显下降，即电流值降低。整个过程结束，转辙机进入锁闭状态。

（4）T4表示缓放区：此时有两相电流曲线数值保持在0.45 A左右，另一相电流曲线降为0。该时间段为1启动继电器（1DQJ）的缓放过程。在1DQJ的缓放时间里，三相动作电流通过1DQJ、1启动复示继电器（1DQJF）的前接点以及自动开闭器的接点，串入室外的整流电路，形成两相电流回路，小台阶曲线由此形成［3］。

2 道岔动作电流曲线“小台阶”原理解析

2.1 产生原理

道岔启动电流曲线见图2，当道岔动作快结束时，即1DQJ缓放的过程中，三相电中的两相形成回路，另一相由于室外自动开闭器接点断开而断电。并出现1个明显的小台阶电流曲线，数值大约为0.45 A。在大约1 s之后，电流变为0，并且非常有规律，在道岔定反位相互转换的过程中，此电流曲线的高度和时间基本不变，即为小台阶曲线［4］。

图2 道岔启动电流曲线

分析ZYJ7转辙机动作电路得知，该现象是道岔控制电路、继电器动作时序和道岔动作电流3方面相互作用共同引起的。转辙机定位向反位扳动，当车站值班人员操纵道岔后，1DQJ↑，微机监测动作电流曲线开始记录，当出现较大峰值时，2启动继电器（2DQJ）转极，室外的三相交流电送出，断相保护器（DBQ）工作，保护继电器（BHJ）↑，三相电源为电动机提供能量，电机开始运转，道岔开始转换。道岔动作到位后，自动开闭器接点由第1组打到第2组，此时道岔启动电路断开，电动机停止工作，道岔动作电流曲线显著下降，DBQ断电，BHJ↓切断了1DQJ的自闭电路，但因为1DQJ为缓放继电器，1.2 s后才落下。因此，在1DQJ的缓放时间里，三相动作电流通过1DQJ、1DQJF的前接点和自动开闭器的相关接点，与室外的整流电路串联，因为其中一相电流断开，所以形成两相电流回路，即形成约0.45 A左右的小台阶电流［5］。

2.2 利用“小台阶”判断道岔5条外线

在集中监测软件中通过三相交流转辙机三相电源的相序进行区分，用3种不同颜色的曲线分别表示A、B、C三相交流电。对集中监测曲线进行观察，道岔5条外线判别见图3。如何通过观察道岔启动电流的3根曲线，即三相电源，找到对应五线制道岔控制电路的哪3根外线，成为故障查找的重点。如果可以通过集中监测曲线，在室外道岔启动电路出现问题时，准确判断是哪根外线开路，就能将故障范围缩小，对现场进行及时故障处理有着重要意义。

图3 道岔5条外线判别

当道岔由反位向定位动作时，使用的外线为X1、X2、X5，再结合道岔定位向反位动作时使用的外线为X1、X3、X4的曲线颜色，发现“小台阶”共有的颜色为紫色，即为A相，使用的外线为X1。另一根黑线即为B相，使用的外线为X2，而没有电流数值的另一根红线即为C相，使用的外线为X5。综上，“小台阶”检查了X1和X2的回路。

同理，道岔由定位向反位动作时，相同的紫色线为A相，对应X1。另一根红线即为C相，使用的外线为X3，没有电流数值的另一根红线即为B相，使用的外线为X4。综上，“小台阶”检查了X1和X3的回路。上述分析对于故障精确定位有着重要作用。具体辨别方法参见道岔启动电路使用外线列表（见表1）［6-7］。

3 基于LabVIEW的ZYJ7监测曲线实现

在快速发展的虚拟仪器领域，LabVIEW编程语言被广泛应用，是一种图片化形成语言将文字行制作转换成图片的软件系统，在此采用LabVIEW虚拟软件实现ZYJ7牵引道岔动作监测电流曲线的绘制。

表1 道岔启动电路使用外线列表

ZYJ7三相电流监测曲线仿真程序框图见图4。首先建立1个while循环，在空白循环体中进行程序编写，利用“读取电子表格文件”函数将电流曲线的数据从指定位置读取每一行和列的数据，然后进行转置（因为软件中采集数据时默认为纵向，所以需要转置，即将默认值修改为T，默认转化的数据类型保留小数点后3位），每组输出数据即为1个二维数组，然后将其输入到索引数组模块中。三相电流数据即为3个输入端，然后分别利用索引数组读取第1行、第2行、第3行的数据，利用索引值的变化来选择三相交流的动作电流曲线。最后再输入到波形图表中，实现图形的绘制［8-9］。

图4 ZYJ7三相电流监测曲线仿真程序框图

程序编写完成后，进入前面板，鼠标点击红色“运行”按钮，可以看到程序运行，在选择三相交流电的A、B、C相电流后，ZYJ7三相电流监测曲线模拟仿真平台中即显示正在模拟的标准曲线（见图5）。

4 故障排查案例

图5 ZYJ7三相电流监测曲线模拟仿真平台

用虚拟仪器LabVIEW模拟采集三相动作电流曲线，以实际采集数据为基础，并将各采集点以时间先后顺序进行连接，绘制出较为平滑的道岔动作电流曲线，再将每个时间点对应的动作电流值与标准值进行对比与分析，就可直接在虚拟软件LabVIEW中准确而高效地判断此时ZYJ7液压道岔的运行情况，一旦发现故障情况，即可进行及时处理与维护。道岔动作完毕后“小台阶”数值超标曲线见图6。

图6 道岔动作完毕后“小台阶”数值超标曲线

三相交流曲线在1DQJ缓放之前表示正常，对道岔正常动作曲线分析可知：表示回路电阻影响“小台阶”的电流数值。道岔动作到位后，在1DQJ进行缓放时，三相交流电向室外送出的是其中的两相电，所以“小台阶”的大小通常为0.45 A左右，且电流数值应保持不变。但图6中此电流值远远大于0.45 A，接近1.00 A，说明表示电路中两相电流回路有故障，导致回路中阻值发生变化［10］。其常见原因可能是室外道岔表示回路的整流电路出现故障，电阻开路或者二极管损坏。

5 结束语

随着我国铁路的不断发展，ZYJ7电液转辙机由于其性能优势且易于维护和保养，在现场得到广泛应用。在对道岔动作电流曲线中“小台阶”分析的基础上，利用虚拟软件LabVIEW进行相关故障曲线拟合，可以更好地观察故障曲线。结合故障实际案例进行分析，表明使用铁路信号集中监测系统来指导转辙设备的日常维修至关重要。在后续研究中，还需对道岔动作电流曲线中“小台阶”的形状、数值、时间等内在规律进行深入研究，同时结合虚拟仪器测试技术以及Lab-VIEW软件的数据采集，开展精准故障定位，进一步提高维修效率。