解 靜

濟(jì)南鐵路局青島電務(wù)段

深入探究利用機(jī)車信號(hào)運(yùn)行數(shù)據(jù)對(duì)補(bǔ)償電容的狀態(tài)分析

解 靜

濟(jì)南鐵路局青島電務(wù)段

ZPW-2000A無絕緣移頻軌道電路是目前最常用的區(qū)間設(shè)備，補(bǔ)償電容必不可少，補(bǔ)償電容檢測的技術(shù)難題也隨之出現(xiàn)。通過理論分析和實(shí)踐驗(yàn)證，利用機(jī)車信號(hào)車載系統(tǒng)記錄數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)償電容工作狀態(tài)的分析判斷方法，具有很強(qiáng)的便捷性和時(shí)效性，能夠很好判斷補(bǔ)償電容的狀態(tài)，確保軌道電路設(shè)備的安全運(yùn)行。

機(jī)車信號(hào)數(shù)據(jù)；ZPW-2000A；補(bǔ)償電容

ZPW-2000A移頻軌道電路因其安全性高、傳輸性能好已被廣泛使用。該軌道電路加裝了補(bǔ)償電容，有效增加軌道電路的傳輸長度。補(bǔ)償電容的工作狀態(tài)，直接影響軌道電路的工作狀態(tài)，影響移頻信號(hào)的傳輸質(zhì)量，嚴(yán)重時(shí)可危及行車安全。

一、補(bǔ)償電容檢測現(xiàn)狀分析

目前檢測方法一般有兩種：

（1）人工定期測試。補(bǔ)償電容在鋼軌上是均勻設(shè)置，若安排職工定期對(duì)補(bǔ)償電容進(jìn)行在線人工測試，耗費(fèi)大量人力資源和天窗檢修時(shí)間。

（2）總公司動(dòng)檢車和鐵路局試驗(yàn)車檢測。該項(xiàng)檢測發(fā)法對(duì)不良電容定位準(zhǔn)確，但存在線路覆蓋不全和檢測周期過長的問題。

以上方法都不能很好的解決電容檢測的問題，所以我提出利用機(jī)車信號(hào)車載系統(tǒng)記錄數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)償電容分析。從資源配置和周期時(shí)效兩個(gè)方面解決補(bǔ)償電容隱患不易發(fā)現(xiàn)問題。

二、分析原理

移頻信號(hào)在鋼軌上傳輸時(shí)，會(huì)在鋼軌周圍形成電磁場，機(jī)車信號(hào)系統(tǒng)的感應(yīng)線圈接收電磁信號(hào)，在線圈兩端產(chǎn)生相應(yīng)的感應(yīng)電壓信號(hào)。在對(duì)此信號(hào)進(jìn)行分析處理的同時(shí)，也把信息記錄在機(jī)車信號(hào)記錄器中。由于感應(yīng)線圈中的移頻信號(hào)感應(yīng)電壓與鋼軌上傳輸電流之間在幅值上屬于線性變化，因此軌道電路短路電流幅值受補(bǔ)償電容變化影響，最終體現(xiàn)在感應(yīng)電壓幅值上。因此機(jī)車信號(hào)運(yùn)行數(shù)據(jù)為補(bǔ)償電容的狀態(tài)分析提供了依據(jù)。

由于ZPW-2000A軌道電路在鋼軌上均勻地安裝著容量相同的補(bǔ)償電容，這些補(bǔ)償電容將鋼軌等間距地分割為多個(gè)相同的補(bǔ)償單元，相同的補(bǔ)償單元以級(jí)聯(lián)的形式連接在一起。下面是利用均勻傳輸線理論對(duì)軌道電路信號(hào)傳輸過程的分析研究。

圖1 無絕緣軌道電路分路狀態(tài)示意圖

上圖中Δ（電容間距）=軌道電路總長∕補(bǔ)償電容總數(shù)，通常100M補(bǔ)償一次，每個(gè)區(qū)段補(bǔ)償電容的總數(shù)可通過軌道電路調(diào)整表進(jìn)行確定。

列車進(jìn)入移頻軌道電路后，可以把第一輪對(duì)看作是一個(gè)分路電阻，這個(gè)電阻就會(huì)把兩個(gè)鋼軌之間的軌道電路短路，隨著列車的運(yùn)行由接收端向發(fā)送端推進(jìn)。

當(dāng)?shù)谝惠唽?duì)運(yùn)行到在兩個(gè)補(bǔ)償電容的中間位置時(shí)，從分路點(diǎn)到發(fā)送端調(diào)諧區(qū)之間的感性阻抗和容性阻抗達(dá)到匹配，此時(shí)傳輸阻抗達(dá)到最小值，感應(yīng)電壓獲得最大值；當(dāng)機(jī)車持續(xù)向前運(yùn)行，第一輪對(duì)到下一個(gè)電容的距離逐漸縮短，電路感性阻抗逐漸降低，整個(gè)電路逐漸呈現(xiàn)出容性阻抗，下一個(gè)電容的補(bǔ)償效果也由較好的匹配狀態(tài)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)檫^補(bǔ)狀態(tài)，電路的傳輸阻抗逐漸增大，第一輪對(duì)上的短路電流減小，感應(yīng)電壓下降。當(dāng)機(jī)車第一輪對(duì)正好在補(bǔ)償電容位置時(shí)，分路點(diǎn)與電容間感性阻抗消失，電容的過補(bǔ)現(xiàn)象最明顯，感應(yīng)電壓最低。

因此，正常狀態(tài)下，機(jī)車感應(yīng)電壓呈現(xiàn)“波浪”式的振蕩波形。感應(yīng)電壓的大小是從接收端到發(fā)送端振蕩增強(qiáng)的過程。當(dāng)某一個(gè)補(bǔ)償電容性能下降或失效，在這一補(bǔ)償單元中沒有電容容性阻抗的存在，只有鋼軌感性阻抗的漸進(jìn)式變化，就不會(huì)在機(jī)車信號(hào)感應(yīng)電壓記錄曲線上產(chǎn)生一個(gè)小波谷。

分析以上補(bǔ)償電容對(duì)ZPW-2000A軌道電路的影響，可知補(bǔ)償電容對(duì)機(jī)車信號(hào)感應(yīng)電壓幅值的影響具有以下規(guī)律：

（1）補(bǔ)償電容在軌道電路中是按照等間距要求安裝，感應(yīng)電壓幅值以補(bǔ)償電容間距為周期出現(xiàn)“波浪”式振蕩，并且補(bǔ)償電容安裝點(diǎn)與波形的每個(gè)波谷的位置一一對(duì)應(yīng)。

（2）補(bǔ)償電容失效后直接影響其后方接收端方向有限范圍內(nèi)的感應(yīng)電壓幅值變化；而對(duì)前方發(fā)送端方向的感應(yīng)電壓幅值變化影響很小。

三、案例分析

通過對(duì)2016年青島電務(wù)段現(xiàn)場補(bǔ)償電容檢查分析，發(fā)現(xiàn)補(bǔ)償電容的故障情況主要有兩種：因特殊原因造成電容的容值降低和電容本身連接線斷開或與鋼軌連接的塞釘發(fā)生斷裂，使補(bǔ)償電容與鋼軌間處于開路狀態(tài)。這兩種故障之和占2016年故障移頻故障總數(shù)的90%以上。

分析如下：

1、膠濟(jì)客專線945GC2電容特性不良

圖2 945GC2電容特性不良

圖3 945G C2電容更換后曲線

圖4 膠濟(jì)線792GC12塞釘斷裂

圖5 整改后792G機(jī)車信號(hào)曲線

圖2 所示，為2月6日膠濟(jì)客專線945G機(jī)車信號(hào)數(shù)據(jù)截圖，黃線位置處，機(jī)車感應(yīng)電壓上升幅度較大。根據(jù)電容設(shè)置原則，此處應(yīng)為補(bǔ)償電容安裝點(diǎn)，但該處沒有出現(xiàn)波谷點(diǎn)，判斷此處補(bǔ)償電容特性不良。

經(jīng)過現(xiàn)場工區(qū)對(duì)該區(qū)段C2電容進(jìn)行檢查測試，發(fā)現(xiàn)該電容容值下降，更換前容值為6.5UF,更換后容值測試為56.9UF。更換電容后在C2位置出現(xiàn)了明顯的突變波谷，如圖3。

2、膠濟(jì)線792GC12電容塞釘斷裂

如圖4所示，為1月6日膠濟(jì)線792G機(jī)車信號(hào)數(shù)據(jù)，由圖示初步斷定為C12電容特性不良。利用天窗修對(duì)電容檢查測試，發(fā)現(xiàn)與鋼軌連接的塞釘斷裂，導(dǎo)致電容脫落。對(duì)塞釘進(jìn)行了更換，重新將補(bǔ)償電容連接線緊固后，測試電容特性良好，如圖5。

四、試驗(yàn)情況匯報(bào)

經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)、數(shù)據(jù)對(duì)比，利用機(jī)車信號(hào)車載系統(tǒng)記錄器數(shù)據(jù)瀏覽分析判斷補(bǔ)償電容的工作狀態(tài)，與現(xiàn)有的幾種檢測方法相比，擁有顯著的優(yōu)點(diǎn)：一是分析判斷方法簡單，準(zhǔn)確率較高；二是所需要的感應(yīng)電壓數(shù)據(jù)由機(jī)車信號(hào)系統(tǒng)自動(dòng)記錄，不需要其它檢測設(shè)備；三是能直接定位，直觀準(zhǔn)確。通過周期性對(duì)機(jī)車信號(hào)數(shù)據(jù)分析取代現(xiàn)場人工電容檢測切實(shí)可行，有效提高現(xiàn)場工作效率。