客專(zhuān)軌道電路扼流變壓器常見(jiàn)故障分析與維護(hù)建議

孟 琳，魏 濤

（中國(guó)鐵路上海局集團(tuán)有限公司徐州電務(wù)段,江蘇徐州 221000）

目前，高速鐵路線(xiàn)路廣泛采用扼流變壓器用于導(dǎo)通牽引電流，或安裝于區(qū)間上、下行軌道電路中平衡牽引電流，使之不影響軌道電路的正常工作。在扼流變壓器內(nèi)增設(shè)適配器對(duì)于減少不平衡電流的影響、抑制牽引回流干擾效果比較明顯。尤其是鉛芯保安管、防雷軌道變壓器和高容量扼流變壓器的出現(xiàn)以及適配器的不斷改進(jìn)，大大提升抗電氣化脈沖電流干擾能力。但扼流變壓器因其較低的故障率和牽引回流的復(fù)雜性，往往造成故障延時(shí)更長(zhǎng)。本文就客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)普遍采用的BES(K)-1000/ZPW 扼流變壓器幾起常見(jiàn)故障進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。

1 主要原理

客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)站內(nèi)ZPW-2000 系列軌道電路普遍采用BES(K)-1000/ZPW 型扼流適配變壓器，同時(shí)搭配QSP6（K）型適配器使用。作為帶適配器(ESP)的大氣隙鐵心變壓器，BES(K)-1000/ZPW 型扼流適配變壓器對(duì)于ZPW-2000 系列移頻軌道電路具有良好的信號(hào)傳輸特效，可以有效減少不平衡牽引回流干擾，增強(qiáng)其抗磁化能力。

1.1 BES(K)-1000/ZPW型扼流適配變壓器原理

根據(jù)站內(nèi)一體化軌道電路的載頻區(qū)分，BES(K)-1000/ZPW 扼流適配變壓器有2 種型號(hào)：1 700/2 000 Hz、2 300/2 600 Hz。其原理如圖1所示。

圖1 BES(K)-1000/ZPW型扼流適配變壓器原理圖Fig.1 Schematic diagram of BES(K)-1000/ZPW choke transformer

近年來(lái)，通過(guò)加大扼流變壓器鐵芯氣隙，有效降低了牽引線(xiàn)圈的激磁電感,進(jìn)而增加鐵心的飽和電流幅值,使其在產(chǎn)生較大不平衡電氣化脈沖牽引電流時(shí)，一般不會(huì)出現(xiàn)降低50 Hz 阻抗阻擾效果，鐵芯進(jìn)入磁飽和狀態(tài)。同時(shí)，在次級(jí)線(xiàn)圈并接適配器(等效于高Q 值50 Hz 串聯(lián)諧振電路,折算到牽引線(xiàn)圈的50 Hz 阻抗約0.01 Ω,相當(dāng)于短路),從而使不平衡電流絕大部分消耗在電路內(nèi)，實(shí)現(xiàn)有效改善信號(hào)傳輸?shù)钠ヅ涔δ?提高信干比的目的。

1.2 QSP6(K)適配器原理

當(dāng)斷路器閉合時(shí)，不平衡牽引電流在II 次側(cè)通過(guò)L1/C1處，50 Hz 牽引電流通過(guò)時(shí)呈現(xiàn)零阻抗，相當(dāng)兩鋼軌間接1 根50 Hz 短路線(xiàn)，50 Hz 脈沖干擾電流無(wú)法傳送到發(fā)送、接收設(shè)備中；C2處通道為移頻信號(hào)通道，相對(duì)于移頻信號(hào)呈現(xiàn)高阻抗，改善對(duì)移頻信號(hào)的干擾。對(duì)于移頻軌道電路,還可根據(jù)發(fā)送移頻的頻率配裝相應(yīng)電壓提升器（TSQ），提高信號(hào)阻抗，形成對(duì)相應(yīng)頻率的并聯(lián)諧振，在不同的電碼化區(qū)段，保證機(jī)車(chē)信號(hào)的可靠接收。

1.3 BES(K)-1000/ZPW扼流適配變壓器技術(shù)指標(biāo)

BES（K）-1000/ZPW 型扼流適配變壓器中點(diǎn)設(shè)計(jì)容許通過(guò)額定電流為1 000 A，電壓變比為1：3（對(duì)應(yīng)牽引線(xiàn)圈1-3：信號(hào)線(xiàn)圈4-5），適配器固定連接，變壓比1:24（對(duì)應(yīng)牽引線(xiàn)圈1-3：II 次側(cè)4-12）。變壓器的不平衡系數(shù)應(yīng)小于0.5%。扼流適配變壓器經(jīng)50 Hz 電流磁化時(shí)，其阻抗應(yīng)滿(mǎn)足維規(guī)要求大于17 Ω。

2 故障案例一

2.1 案例描述

20XX 年X 月X 日，京滬高鐵某站7DG 軌道電路電壓波動(dòng)，連續(xù)多日在動(dòng)車(chē)組列車(chē)通過(guò)后出現(xiàn)主軌出電壓在372～392 mV 間變化，正常時(shí)電壓398 mV，且該現(xiàn)象無(wú)規(guī)律隨機(jī)發(fā)生。利用夜間天窗修對(duì)室外設(shè)備進(jìn)行檢查，同時(shí)進(jìn)行相關(guān)電氣特性測(cè)試，7DG 軌道電路現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)如表1，2 所示。

表1 7DG軌道電路現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)Tab.1 Field test data of 7DG track circuits

表2 7DG受電端扼流變壓器測(cè)試數(shù)據(jù)Tab.2 Test data on choke transformer at 7DG receiving end

對(duì)7DG ⊕受電端的帶適配器的扼流變壓器（BES-1000/ZPW）測(cè)試數(shù)據(jù)分析比對(duì)發(fā)現(xiàn)：其在線(xiàn)阻抗降低到9.9 Ω 左右，正常時(shí)在線(xiàn)阻抗應(yīng)大于17 Ω，遂判斷扼流變壓器不良。當(dāng)即更換扼流變壓器中的適配器，設(shè)備電氣特性恢復(fù)正常，隱患消除。

2.2 原因分析

為確保帶適配器的扼流變壓器對(duì)牽引電流50 Hz 信號(hào)呈現(xiàn)較低的阻抗，保證在最大的不平衡牽引電流條件下，在扼流變壓器上產(chǎn)生的50 Hz 電壓不大于2.4 V，規(guī)定其在線(xiàn)阻抗應(yīng)不小于17 Ω。在此案例中，適配器阻值下降，導(dǎo)致在牽引電流不平衡時(shí)，移頻信號(hào)的傳輸特性發(fā)生變化，出現(xiàn)不規(guī)則的電壓波動(dòng)。同時(shí)連接扼流適配變壓器的4 根等阻線(xiàn)電流也對(duì)應(yīng)增大。

2.3 日常維護(hù)建議

日常在做好一體化軌道電路和區(qū)間移頻軌道區(qū)段電氣特性測(cè)試的同時(shí)，也應(yīng)增加繪制各區(qū)段軌道電路通道電壓測(cè)試曲線(xiàn)圖，便于隱患查找和故障處理時(shí)比對(duì)。

在隱患查找和故障處理時(shí)，要同時(shí)關(guān)注功出電流的變化，做好與日常測(cè)試數(shù)據(jù)比較。

移頻軌道電路隱患查找和故障處理過(guò)程中，必須使用專(zhuān)用96-3S（3Z）移頻測(cè)試儀或ZPW-2000/25 Hz/50 Hz 多頻短路測(cè)試儀。

具備條件的情況下，應(yīng)定期對(duì)扼流變壓器Ⅰ、Ⅱ次線(xiàn)間絕緣進(jìn)行測(cè)試，保證其絕緣性能達(dá)標(biāo)。

對(duì)部分高壓不對(duì)稱(chēng)區(qū)段安裝使用的扼流變壓器，應(yīng)采取在兩線(xiàn)圈間隔處放置絕緣介質(zhì)的辦法，再次進(jìn)行絕緣隔離，可以有效減少線(xiàn)圈間絕緣不良及短路故障的發(fā)生。

3 故障案例二

3.1 案例描述

20XX 年X 月X 日，京滬高鐵某站動(dòng)車(chē)組在出站后發(fā)車(chē)進(jìn)路遺留紅光帶，調(diào)閱集中監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)：45DG 在動(dòng)車(chē)組出清后，45DG、45DG1 同時(shí)遺留紅光帶，10 min 后電壓自動(dòng)恢復(fù)至正常值，且電壓平穩(wěn)，故障現(xiàn)象自動(dòng)消失。夜間利用天窗修，組織技術(shù)人員對(duì)室外45DG、45DG1 軌道電路所有絕緣、45#道岔安裝裝置絕緣和相關(guān)電纜芯線(xiàn)進(jìn)行檢查，均測(cè)試良好；對(duì)45DG 軌道電路和扼流變壓器進(jìn)行檢查測(cè)試也沒(méi)有發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。通過(guò)排查模擬試驗(yàn)，結(jié)合動(dòng)車(chē)組反向發(fā)車(chē)和站內(nèi)牽引回流改造情況，斷定為由于牽引電流諧波加大，造成不平衡牽引電流增大，在列車(chē)通過(guò)軌道電路區(qū)段時(shí)，存在回流不暢，扼流變壓器在受到較大的不平衡沖擊電流作用下鐵芯飽和，軌道電路信號(hào)被阻斷，列車(chē)出清時(shí)鐵芯仍處于飽和狀態(tài)，軌道電路不能正?；謴?fù)。當(dāng)列車(chē)逐漸遠(yuǎn)離該軌道電路區(qū)段后，隨著牽引電流的減弱和自身能量的消耗，飽和的鐵芯逐漸恢復(fù)正常，軌道電路電壓自動(dòng)恢復(fù)。

3.2 原因分析

在電氣化區(qū)段,尤其是涉及站改和動(dòng)車(chē)組反向運(yùn)行的車(chē)站，牽引回流路徑較為復(fù)雜，在兩軌條向大地漏泄不一致、兩軌條綜合阻抗值不相等或者外界因素干擾的情況下,均會(huì)在兩軌條間產(chǎn)生牽引電流的不平衡。在理想的平衡狀態(tài)下,流入和流出牽引線(xiàn)圈方向相反的牽引電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)在線(xiàn)圈中會(huì)相互抵消。但是這種理想的平衡狀態(tài)在實(shí)際設(shè)備中很難達(dá)到。因此,在牽引電流不平衡的情況下,會(huì)將牽引線(xiàn)圈兩電流差值的干擾電壓傳送到信號(hào)線(xiàn)圈上,同時(shí)施加到軌道電路的送、受電端設(shè)備上,形成干擾電壓。又因軌道扼流變壓器具有鐵芯無(wú)空隙的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),當(dāng)扼流變壓器牽引線(xiàn)圈上從兩軌條流入的不平衡電流增長(zhǎng)到使磁路中磁勢(shì)達(dá)到一定值時(shí)便形成磁飽和狀態(tài)。牽引電流不平衡值越大,干擾電壓也就越大。

3.3 扼流變壓器發(fā)生磁飽和的主要外部原因

電氣化區(qū)段接觸網(wǎng)供電設(shè)備屬?gòu)?qiáng)電系統(tǒng)，萬(wàn)伏級(jí)電壓、百安培級(jí)牽引電流，而信號(hào)設(shè)備均是小電流、低電壓，不平衡電流會(huì)對(duì)信號(hào)設(shè)備造成極大干擾。電氣化區(qū)段接觸網(wǎng)供電設(shè)備對(duì)信號(hào)設(shè)備的干擾主要有以下幾個(gè)方面。

受鋼軌中不平衡牽引回流影響，軌道電路和機(jī)車(chē)信號(hào)受到傳導(dǎo)性干擾。

部分新線(xiàn)引入的樞紐車(chē)站，在牽引回流的設(shè)計(jì)和施工中存在不規(guī)范，尤其在一送多受區(qū)段空扼流的設(shè)計(jì)和安裝上容易存在隱患。

動(dòng)車(chē)組列車(chē)合弓涌流和動(dòng)車(chē)組帶載通過(guò)接觸網(wǎng)的站內(nèi)分區(qū)絕緣節(jié)時(shí)的換向沖擊電流以及或運(yùn)行中換弓的沖擊電流等影響。

受牽引供電網(wǎng)系統(tǒng)以及電力機(jī)車(chē)上牽引電機(jī)系統(tǒng)的工作影響，會(huì)對(duì)其下面的軌道電路產(chǎn)生感性干擾或者對(duì)信號(hào)傳輸電纜產(chǎn)生干擾。

受電力機(jī)車(chē)的電、磁放射的影響，動(dòng)車(chē)組車(chē)載設(shè)備在復(fù)雜電磁環(huán)境下會(huì)表現(xiàn)出異常。

由于不平衡電流侵?jǐn)_強(qiáng)度大小不一，很難完全將所有干擾都防護(hù)住。而不平衡電流侵?jǐn)_是導(dǎo)致軌道電路閃紅光帶故障的主要原因，因此為保證軌道電路的正常工作，需要提前對(duì)軌道電路做嚴(yán)密的防護(hù)措施。

3.4 日常維護(hù)建議

對(duì)不平衡電流和各區(qū)段兩側(cè)軌條對(duì)地電壓進(jìn)行定期測(cè)試,認(rèn)真做好記錄分析。

聯(lián)合供電部門(mén)加強(qiáng)對(duì)回流線(xiàn)的檢查和做好電磁防護(hù)。

在新線(xiàn)區(qū)段電壓波動(dòng)較大的區(qū)段，應(yīng)運(yùn)用多種手段及時(shí)查找干擾源，做好信號(hào)設(shè)備尤其是信號(hào)傳輸電纜的電磁綜合防護(hù)。

在進(jìn)站信號(hào)機(jī)外方自動(dòng)閉塞軌道區(qū)段和接觸網(wǎng)的站內(nèi)分區(qū)絕緣下方對(duì)應(yīng)的軌道區(qū)段,應(yīng)安裝空扼流變壓器,使電力機(jī)車(chē)產(chǎn)生的沖擊電流通過(guò)空扼流變壓器牽引線(xiàn)圈中點(diǎn)接地線(xiàn)最大限度入地,以減弱對(duì)信號(hào)設(shè)備的干擾。

4 故障案例三

4.1 故障概況

20XX 年X 月X 日，徐蘭高鐵某站4-6DG 漏解鎖，值守人員通過(guò)調(diào)閱集中監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，4-6DG 出現(xiàn)紅光帶時(shí)主軌出電壓下降至137 mV（該區(qū)段正常調(diào)整電壓382 mV），后自動(dòng)恢復(fù)正常，電壓平穩(wěn)。技術(shù)人員利用夜間天窗對(duì)4-6DG 進(jìn)行檢查測(cè)試，發(fā)現(xiàn)4-6DG 接收端扼流適配器5A 斷路器開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，對(duì)各部絕緣的檢查測(cè)試和相關(guān)電特性測(cè)試均正常，兩側(cè)鋼軌對(duì)地測(cè)試平衡（南股鋼軌對(duì)地電壓0.92 V，北股鋼軌對(duì)地電壓0.91 V），懷疑為因冰雪天氣影響，兩側(cè)線(xiàn)路回流效果變化，動(dòng)車(chē)組運(yùn)行產(chǎn)生的不平衡牽引電流干擾軌道電路正常工作，造成4-6DG 接收端扼流變壓器適配器斷路器開(kāi)關(guān)受大電流沖擊斷開(kāi)，造成軌道電路電壓波動(dòng)，造成該區(qū)段紅光帶。

4.2 原因分析

在軌道電路扼流變壓器適配器斷路器開(kāi)關(guān)在不平衡電流沖擊下斷開(kāi)后，由于II 次側(cè)空載，電力機(jī)車(chē)或動(dòng)車(chē)組駛過(guò)時(shí)流向鋼軌左右軌牽引電流不平衡會(huì)引發(fā)50 Hz 工頻干擾，造成區(qū)段傳輸特性等參數(shù)變化，導(dǎo)致移頻信號(hào)的傳輸特性發(fā)生變化，電壓會(huì)波動(dòng)或者明顯下降，嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)紅光帶，這也是目前因牽引供電導(dǎo)致紅光帶最常見(jiàn)的原因之一。

4.3 日常維護(hù)建議

防范軌道電路設(shè)備不平衡電流的日常維護(hù)建議：

1）做好軌道電路的日常檢查測(cè)試，防止因軌道電路絕緣破損或者扼流變壓器線(xiàn)圈阻抗差異較大導(dǎo)致軌道電路工作異常；

2）注意防范軌道電路設(shè)備連接線(xiàn)因兩側(cè)連接方式不同或鋼絲繩屬性差異導(dǎo)致的接觸電阻不同，造成牽引電流不平衡；

3）按照軌道電路年度整治要求，做好兩側(cè)鋼軌對(duì)地電壓的測(cè)試，防止由于兩側(cè)鋼軌線(xiàn)路環(huán)境不同，導(dǎo)致經(jīng)兩側(cè)軌條的回流差距較大；

4）加強(qiáng)綜合接地系統(tǒng)檢查和測(cè)試，各軌道電路設(shè)備地線(xiàn)必須與貫通地線(xiàn)可靠連接，并測(cè)試達(dá)標(biāo)；

5）加強(qiáng)對(duì)各部接續(xù)線(xiàn)、連接線(xiàn)和跳線(xiàn)的日常養(yǎng)護(hù)維修，保證安全完整、固定牢固，防止各類(lèi)引接線(xiàn)塞釘頭因震動(dòng)或者氧化導(dǎo)致接觸電阻變化。

5 故障隱患處理注意事項(xiàng)

在客專(zhuān)一體化軌道電路中，扼流變壓器要同時(shí)與兩側(cè)鋼軌斷開(kāi)，才能徹底甩開(kāi)扼流變。當(dāng)扼流變壓器單側(cè)與鋼軌斷開(kāi)，仍然能通過(guò)中心連接板，與鋼軌上的電容、另一端的扼流變組成軌道諧振回路，對(duì)本區(qū)段軌道電路造成影響。

搶修時(shí)需完全斷開(kāi)扼流變壓器引接線(xiàn)，必須按規(guī)定設(shè)置“兩橫一縱”連接線(xiàn)，斷開(kāi)后不會(huì)造成區(qū)段紅光帶，但影響牽引回流暢通，此時(shí)嚴(yán)禁運(yùn)行電力牽引的車(chē)輛。

判斷為短路故障時(shí)，要甩開(kāi)端子逐一進(jìn)行測(cè)試，應(yīng)以就近為原則，通過(guò)電流變化迅速判斷故障范圍。

更換帶適配器的扼流變時(shí)，應(yīng)注意載頻的選擇。

在移頻軌道電路室外搶修，尤其同時(shí)出現(xiàn)接觸網(wǎng)跳閘等供電設(shè)備故障時(shí)，應(yīng)優(yōu)先檢查室外軌道電路設(shè)備熔斷器，攜帶熔斷器備品上道搶修，及時(shí)更換，縮短故障延時(shí)。

6 結(jié)束語(yǔ)

解決牽引回流對(duì)軌道電路設(shè)備的影響,其根本途徑在于徹底改善牽引電流不平衡狀態(tài)。電化區(qū)段是一個(gè)綜合系統(tǒng),要保證電氣化鐵路的正常運(yùn)營(yíng),需要電務(wù)、工務(wù)、供電部門(mén)共同發(fā)力，以工電供融合發(fā)展為背景，密切配合,發(fā)揮整體合力,保證設(shè)備良好運(yùn)用狀態(tài)。電務(wù)維護(hù)技術(shù)人員也應(yīng)詳細(xì)了解牽引電流不平衡影響因素，進(jìn)一步探討和研究降低牽引電流影響措施，提高軌道電路抗干擾能力，保證信號(hào)設(shè)備穩(wěn)定、行車(chē)安全。