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        ZPW2000A 軌道電路移頻器材常見故障分析

        2020-06-19 03:34:30張春濤中國(guó)鐵路上海局集團(tuán)有限公司南京電務(wù)段
        上海鐵道增刊 2020年1期
        關(guān)鍵詞:發(fā)送器移頻三極管

        張春濤 中國(guó)鐵路上海局集團(tuán)有限公司南京電務(wù)段

        1 引言

        我國(guó)鐵路系統(tǒng)復(fù)雜而龐大,至今我國(guó)鐵路總里程數(shù)已超過13 萬公里,完善、高效的鐵路信號(hào)系統(tǒng)是保證運(yùn)輸效率、提質(zhì)增量的重要前提。ZPW2000A 無絕緣軌道電路是鐵路信號(hào)系統(tǒng)的關(guān)鍵部分,其工作的穩(wěn)定性、可靠性與鐵路安全運(yùn)輸有著至關(guān)重要的聯(lián)系。因此應(yīng)對(duì)ZPW2000A 無絕緣軌道電路做傾向性故障分析,歸納總結(jié)常見問題點(diǎn),并掌握日常維護(hù)方法,有效提高器材使用壽命,降低故障率,確保鐵路運(yùn)輸?shù)陌踩⒏咝?、穩(wěn)定。

        2 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與故障分析

        為了實(shí)現(xiàn)ZPW2000A 無絕緣軌道電路移頻器材的準(zhǔn)確分析,本文收集了2019 年1 至12 月不同規(guī)格型號(hào)故障移頻器材相關(guān)數(shù)據(jù),力求通過現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行可靠性分析。

        2019 年1 月至12 月,故障返修器材共計(jì)106 件,其中移頻器材81 件,占比76.4%,故障率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他種類器材。現(xiàn)根據(jù)移頻器材返修情況,在器材種類、型號(hào)、返修件數(shù)、現(xiàn)場(chǎng)反映故障現(xiàn)象、測(cè)試分析原因等方面進(jìn)行匯總分析,并制作2019 年1 月至12 月移頻器材故障分析統(tǒng)計(jì)表,如表1 所示。

        (1)按器材種類統(tǒng)計(jì),主要包括發(fā)送器、接收器、衰耗器、調(diào)諧匹配單元、空心線圈、匹配變壓器。

        (2)按器材故障現(xiàn)象統(tǒng)計(jì),主要包括器材發(fā)熱嚴(yán)重、器材不工作、電流超上限、電壓波動(dòng)、對(duì)地絕緣不良等。

        (3)按不良原因統(tǒng)計(jì),主要包括電容不良、三極管不良、集成電路不良、電源模塊不良、電壓傳感器不良、三防漆脫落、線圈老化等。

        表1 2019 年1 月至12 月移頻器材故障分析統(tǒng)計(jì)表

        3 故障案例分析過程及結(jié)論

        由于移頻器材種類繁多,現(xiàn)場(chǎng)使用環(huán)境條件分為室內(nèi)器材與室外器材,因此針對(duì)性各分析一件典型故障案例,通過分析比較,掌握器材故障點(diǎn),根據(jù)不同故障現(xiàn)象,準(zhǔn)確判斷不良器材并及時(shí)更換,有效減小安全隱患。

        3.1 案例一

        京滬線中繼站3211BG 出現(xiàn)10 s 紅光帶,而后恢復(fù)。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)查看,該區(qū)段主發(fā)送器空開跳閘,并無法再合上,備發(fā)送器正常工作,對(duì)外輸出移頻信號(hào)。

        3.1.1 初步檢查及判斷

        (1)發(fā)送器整機(jī)測(cè)試情況

        發(fā)送器返修后,采用ZPW2000A 移頻測(cè)試臺(tái)對(duì)該器材的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行全部測(cè)試,經(jīng)測(cè)試發(fā)現(xiàn)該器材開機(jī)上電后耗電電流已達(dá)到I=9.85 A,工作燈亮紅燈。上述指標(biāo)具體測(cè)試值詳見表2。

        表2 維修前整機(jī)測(cè)試記錄表

        (2)故障檢查

        進(jìn)一步對(duì)故障的發(fā)送器進(jìn)行檢測(cè),發(fā)現(xiàn)功放電路元器件三極管 V1 的 B、C 端擊穿,V18E、C 端被擊穿,導(dǎo)致發(fā)送器帶載后不能正常工作,更換新三極管后故障排除。

        (3)更換故障元器件后整機(jī)測(cè)試記錄

        將更換元器件后的發(fā)送器組裝完畢后,放置于測(cè)試臺(tái)上進(jìn)行測(cè)試,各項(xiàng)參數(shù)均正常,測(cè)試記錄詳見表3。

        表3 更換故障元器件后整機(jī)測(cè)試記錄表

        3.1.2 分析過程及結(jié)論

        (1)三極管擊穿導(dǎo)致發(fā)送器故障原因分析

        圖1 發(fā)送器工作原理圖

        從圖1 分析可知:發(fā)送器功放電路為典型乙類推挽放大電路,正負(fù)半周要求完全對(duì)稱;V2 為功放電路中的前級(jí)放大管,V18 為功放電路中的后級(jí)輸出放大管,放大管 V2、V18 不良后,整個(gè)放大電路平衡失效,負(fù)半周信號(hào)的波形失真導(dǎo)致功出電壓降低,當(dāng)?shù)陀谳敵鲭妷夯貦z的門限值時(shí),F(xiàn)BJ 落下。

        (2)分析結(jié)論

        根據(jù)測(cè)試試驗(yàn)及分析,該發(fā)送器不良是因?yàn)楣Ψ虐迩凹?jí)放大三極管V2 的B、C 端被擊穿,后級(jí)輸出三極管V18 的E、C 端被擊穿。在三極管V18 的E、C 端未徹底被擊穿的前期,功放放大電路平衡失效,負(fù)半周信號(hào)的波形失真導(dǎo)致功出電壓降低,發(fā)送器帶載工作能力下降、無法輸出正常的功出電壓,致使冗余系統(tǒng)切換至備發(fā)送器工作,但是因?yàn)橹靼l(fā)送器功放放大三極管為軟故障,空載后又能正常工作,冗余系統(tǒng)又切回到主發(fā)送器工作,主發(fā)送器與備發(fā)送器不斷來回切換,致使軌道電路出現(xiàn)紅光帶的同時(shí),又進(jìn)而加重三級(jí)管E、C 極間的擊穿程度,直到主發(fā)送器不能輸出功出電壓,切換到備發(fā)送器工作后,軌道電路才能恢復(fù)正常。當(dāng)三級(jí)管V18 的E、C 極完全被擊穿,發(fā)送器24 V 電源電壓短路,此時(shí)控制發(fā)送器的斷路器會(huì)跳閘。

        3.2 案例二

        現(xiàn)場(chǎng)工區(qū)人員反饋調(diào)諧匹配單元在實(shí)際應(yīng)用中電纜對(duì)地絕緣性能降低,更換備品后絕緣性能恢復(fù)正常。

        3.2.1 初步檢查及判斷

        調(diào)諧匹配單元返修后,對(duì)該器材絕緣性能進(jìn)行了大量測(cè)試實(shí)驗(yàn)工作,采用絕緣測(cè)試儀輸出直流500 V 電壓,在E1E2與V1V2 之間測(cè)試絕緣電阻值,通過常溫、高溫、低溫、交變濕熱等型式試驗(yàn),測(cè)試結(jié)果均大于200 MΩ,沒有發(fā)現(xiàn)異常問題。

        3.2.2 分析過程及結(jié)論

        上述型式試驗(yàn)沒有發(fā)現(xiàn)異常問題,懷疑現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用環(huán)境較試驗(yàn)環(huán)境更加惡劣,因?yàn)樵囼?yàn)環(huán)境較為干燥,故障點(diǎn)又恢復(fù)正常了,接下來考慮采用非常規(guī)手段做進(jìn)一步的分析測(cè)試。

        圖2 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試電纜絕緣性能示意圖

        現(xiàn)場(chǎng)人員定期按圖2 所示方式測(cè)試電纜對(duì)大地的絕緣電阻,鋼軌對(duì)大地的等效電阻不是無窮大,一般為數(shù)十至數(shù)百歐姆等級(jí),當(dāng)調(diào)諧匹配單元E1E2 電氣網(wǎng)絡(luò)對(duì)V1V2 電氣網(wǎng)絡(luò)絕緣性能降低時(shí),能夠引起現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中電纜對(duì)大地絕緣性能下降的問題。所以此次排查的關(guān)鍵點(diǎn)是找出E1E2 電氣網(wǎng)絡(luò)同V1V2 電氣網(wǎng)絡(luò)之間絕緣降低的位置。

        圖3 調(diào)諧匹配單元實(shí)物圖

        分析過程中發(fā)現(xiàn),E1E2 電氣連接網(wǎng)絡(luò)其中的a 點(diǎn)和V1V2 電氣連接網(wǎng)絡(luò)其中的b 點(diǎn)(如圖3 所示)之間起絕緣作用的三防漆有脫落痕跡,然后人為在a、b 之間涂抹潮濕的水汽后,絕緣電阻由正常的大于200 MΩ 下降至27 MΩ,水汽烘干后又恢復(fù)到正常值。后續(xù)涂抹三防漆后再次測(cè)試,絕緣電阻沒有出現(xiàn)降低的問題。因此,E1E2 對(duì)V1V2 絕緣性能下降是三防漆脫落導(dǎo)致的。

        4 提高器材使用壽命的方法

        按器材元器件特性分類,可以分為易損元器件和非易損元器件。易損件如集成電路、電阻、電容、二極管、三極管等,非易損件如電感、晶振、濾波器等。通過對(duì)2019 年1 至12 月故障移頻器材原因分析統(tǒng)計(jì)和典型故障案例分析發(fā)現(xiàn),易損元器件損壞是導(dǎo)致器材故障的主要原因。要想避開易損元器件的影響,就應(yīng)加強(qiáng)對(duì)器材的日常維護(hù)。具體日常維護(hù)方法如下:

        (1)嚴(yán)格按器材操作規(guī)程通電使用,工作電壓要穩(wěn)定,以免器材受到瞬間高電壓沖擊而損壞。

        (2)移頻器材工作溫度有著明確要求。室內(nèi)移頻器材溫度保持在:-5 ℃~+40 ℃;室外移頻器材溫度保持在:-40 ℃~+70 ℃。

        (3)電子器材要注意防塵,以免器材內(nèi)部易損件在靜電效應(yīng)中而損壞。定期對(duì)器材表面進(jìn)行除塵處理,以免粉塵聚集發(fā)生靜電感應(yīng)而損壞器材。

        (4)器材在工作時(shí),要善于聽、聞、觀、測(cè),發(fā)現(xiàn)下列異?,F(xiàn)象,立即停用并更換器材。

        ①聽:若聽到器材內(nèi)發(fā)出“滋滋滋”等異常聲,這說明器材內(nèi)部電路存在異?,F(xiàn)象。

        ②聞:感覺空氣中彌漫著“燒焦”等異味,這說明器材內(nèi)部電路存在過流、過壓或某元器件已燒毀等異常現(xiàn)象。

        ③觀:器材在運(yùn)行中,若發(fā)現(xiàn)功出電壓波形波動(dòng)或異常報(bào)警,這說明器材內(nèi)部電路工作異常。

        ④測(cè):定期對(duì)移頻器材電氣特性進(jìn)行測(cè)試統(tǒng)計(jì)并對(duì)比分析,發(fā)現(xiàn)異常狀況要及時(shí)反饋,排除隱患。

        5 結(jié)束語

        本文通過列舉ZPW.2000A 無絕緣軌道電路移頻器材常見故障分析案例以及日常維護(hù)方法,為提高器材使用壽命提供針對(duì)性措施,確保鐵路信號(hào)器材安全穩(wěn)定運(yùn)行。

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