ZPW-2000A 型无绝缘轨道电路调谐区故障分析研究

申 腾

（中国铁路兰州局集团有限公司嘉峪关电务段，甘肃嘉峪关 735100）

0 引言

随着ZPW-2000A 型无绝缘轨道电路的广泛应用，铁路运输效率得到有效提升，但也出现许多困扰现场的设备隐患和故障，特别是室外调谐区故障，其特点是工作电压突降、突升，同时影响两个相邻区段[1]。现场时常发生电务人员赶到现场时故障已恢复，或在查找过程瞬间恢复，无法准确判断故障点，耽误故障处置时间。调谐区设备在室外，受外部环境等不确定因素影响，对设备元器件特性、物理连接有更高的要求。

总结分析调谐区设备元器件特性不良、线缆物理连接失效两种典型的调谐区故障案列，通过模拟试验，分类论证调谐区设备元器件特性、物理连接对轨道电路电压的影响。

1 工作原理

ZPW-2000A 型轨道电路室外部分主要由匹配变压器和调谐单元组成。匹配变压器的V1、V2 端用两根7.4 mm2的铜线与调谐单元的外连接片连接，E1、E2 端子接信号电缆，其中电感、电容元件用于滤波和抗干扰作用[2]。调谐单元两端采用钢包铜引接线与钢轨连接。本区段调谐单元、钢轨、空心线圈和相邻区段调谐单元构成调谐区，调谐区一般按照29 m 设计，用来实现两相邻轨道电路的电气隔离。调谐单元由LC 元件构成，其元件的性能直接影响轨道电路电气特性，是整个调谐区电路的核心。调谐区电路原理如图1 所示。

图1 调谐区电路原理

FS：发送端，为区段提供轨道电路信号。

JS：接收端，接收来自本区段的主轨信号和运行后方区段发送的小轨信号，同时解析出小轨道条件（XGJ、XGJH）后传送至后方区段接收器，当缺少小轨道条件时，接收器不能驱动轨道继电器[3]。

对于较低频率（1700 Hz、2000 Hz）端，设置L1、C1 两元件F1 型调谐单元；对于较高频率（2300 Hz、2600 Hz）端，设置L2、C2、C3 三元件F2 型调谐单元。

F1（F2）端调谐单元对F2（F1）端的频率为串联谐振，呈现较低阻抗，称“零阻抗”，相当于短路，阻止了相邻区段信号进入本区段[4]。对F1 呈现容性，等效电容为C3。

F1（F2）端调谐单元对本区段的频率呈现容性并与调谐区的钢轨、空心线圈的综合电感构成并联谐振，呈现高阻抗，成为“极阻抗”，相当于开路，减少了对本区段信号的衰耗。对F2 呈现感性，等效电感为L3。

2 电路模拟试验

由于ZPW-2000A 轨道电路中的信号为高频信号，且整个调谐区电路为“R-L-C 谐振电路”，为更好地了解其轨道电路调谐区的电特性参数规律，采取“控制单一变量”的方式进行故障模拟试验。

2.1 线缆物理连接失效分析

分别对受端调谐区处调谐单元与钢轨，调谐单元BA 与匹配变压器TAD 间接触不良对区段电压的影响进行模拟试验。

线缆断线分析：

（1）将AG 接收端电缆E1、E2 处断开，现象为该区段室内接收端电压同时下降至0 V。

（2）将BG 发送端调谐匹配单元单根引接线V1、V2 处断开，现象为该区段主轨电压小幅下降，功出电流小幅下降。

（3）将BG 发送端调谐匹配单元单侧引接线V1、V2 处断开，现象为该区段主轨出电压下降至0 V，功出电流大幅上升。

（4）将BG 发送端调谐匹配单元E1、E2 处电缆断开，伴随的现象为AG 主轨出电压无变化，BG 主轨出电压、AG 小轨出电压随电缆开路降为0 V。

2.2 调谐单元BA 与匹配变压器TAD 间接触不良分析

对AG 接收端调谐单元BA 与匹配变压器TAD 间串接不同大小电阻进行接触不良试验，模拟试验结果如图2 所示。试验证明，随着BA 与TAD 间接触电阻的增大，本区段小轨出电压随着降低，本区段主轨出电压降低，后方区段主轨出电压不受影响。

图2 调谐单元BA 与匹配变压器TAD 间接触不良试验统计

2.3 设备元器件特性分析

对AG 接收端调谐区调谐单元的电容、电感进行故障模拟，计算相邻两区段对主轨出电压的影响，根据电感“隔交、通直”和电容“隔直、通交”的工作特性，为有效模拟电感、电容特性不良对调谐区电路的影响，本次试验采取在电感、电容两端并联电阻的方式进行模拟L2、C2 特性不良试验，分别计算对该调谐区相邻两区段工作电压的影响。调谐单元电感特性不良分析结果如图3 所示，为调谐单元电容特性不良分析结果如图4 所示。

图3 调谐单元电感特性不良分析

图4 调谐单元电容特性不良分析

通过模拟L2，C2 特性参数的变化时可知，AG 接收端调谐单元内部电感、电容元件特性发生变化时，会同时影响本区段小轨出、本区段主轨出和前方区段主轨出电压，此时可判断该调谐区调谐单元不良。

3 案列分析

3.1 物理连接失效故障

客专线BG 发生红光带，AG 电压下降。列车运行方向上压入区段的顺序依次为BG、AG。故障期间，BG 轨出1 电压460 mV未发生变化，列车运行前方AG 轨出1 电压由478 mV 下降至216 mV，轨出2 电压出现无规律上升、下降现象，AG 小轨状态保持落下，导致BG 红光带。故障发生时，BG 轨出1 电压无变化、AG 轨出1 电压突降至216 mV，且后续AG 轨出1 稳定在216 mV 不变，可判断为AG 接收端故障。

根据图2 的线缆接触不良试验结果，当接触电阻达8 Ω时，AG 轨出1 和轨出2 受到影响电压下降，相邻的后方区段轨出1 电压保持不变。AG 轨出1 电压由470 mV 下降至212 mV，模拟数据与现场故障数据基本一致。

3.2 设备元器件特性故障

客专线AG、BG 过车后发生故障，AG 主轨出电压由350 mV下降至190 mV，列车通过后红光带不恢复，BG 主轨出电压由350 mV 下降至260 mV。

故障分析：AG、BG 为一前一后两个相邻区段，列车通过后，AG 主轨出电压未能恢复至接收器吸起门限以上，出现红光带遗留；BG 主轨出电压恢复至260 mV，未出现红光带情况。两个区段主轨出电压出现同时变化、同时恢复的现象，符合两区段间调谐区故障后的现象特征。

轨道电路工作电压无规律变化，可结合案例一判断此故障与线缆接触不良无关，可推断BG 发送端调谐区电路可能因外界因素被破坏，从而引起故障发生。

4 结束语

处理ZPW-2000A 型无绝缘轨道电路调谐区设备故障时，要对调谐部分、匹配部分、空心线圈、钢轨引接线、调谐单元与匹配变压器连接线进行综合考虑。只有掌握调谐区单元的原理和工作特性，才能有效协助处理设备故障，日常维护时应着重检查、测试调谐区设备是否存在“松、虚、断、破”问题，其次做好调谐区设备的电特性参数分析，及时发现问题并处置。