降低道岔断相保护器失效的措施与建议

降低道岔断相保护器失效的措施与建议

桑世松

中国铁路上海局集团有限公司合肥电务段

摘要：本文通过两起故障案例，阐述断相保护器在应用过程中存在的问题，并结合实际给出相应的措施和建议，给现场维修提供参考。

关键字：道岔；断相保护器；故障分析；措施；建议

在三相交流道岔控制电路中，普遍应用断相保护器对三相电源实时监控，使用时串联在被保护的供电回路中，当动作回路出现断相或者电源中断，直流输出自动切断，起到保护道岔的作用。断相保护器简称DBQ，目前应用主要有电压型和电流型，但在应用过程中发现，从铁道行业标准层面DBQ功能对现场的特殊场景考虑有所欠缺，在信号系统的应用中可能导致设备故障。本文通对两起故障案例进行分析，为设备运用维护和故障处理提供参考。

1.案例分析

案例1：某站34/36#道岔反位无表示。

1.1故障现象：监测调阅双动道岔34/36#道岔功率曲线发现34#J3和X1从定位到反位动作4.5s，道岔转换到位后，“小尾巴”时间延时长达30s后再到底，36#道岔未动作。来回操纵道岔观察继电器状态，发现34#J3和X1存在动作到位后，BHJ一直保持吸起状态30s后落下。测试BHJ 1-4线圈电压一直保持在直流17V，说明DBQ一直有电压输出。

1.2原因分析：经调查34#道岔距离信号楼有5078米，电缆长度超过5公里，道岔启动电路电缆3芯并用，室内DBQ为DCBHQ-S。初步判断为道岔电缆分布电容引起断相保护器在转辙机到位后仍有直流17V输出，使BHJ持续吸起。

1.2.1远距离道岔电缆分布电容产生电流情况。在电缆控制的交流回路中，由于电缆的物理特性，存在相应的分布电容，当电缆过长，分布电容势必更大，回路中有该电容的放电电流存在。在交流电路中电容的电流I=U/Xc（Xc为容抗，等于1/2πfC）,则I=2πfCU。由于电缆芯线间存在分布电容，《维规》规定普通信号电缆四线组工作电容不大于50nf/km，对线组工作电容不大于70nf/km，每根绝缘芯线对连接到地的其它绝缘芯间电容不大于100nf/km，对5km远距离3芯并用的道岔启动电路电缆约有0.376A电流（2*3.14*50Hz*70nf/km*5km*380V*3³），产生分布电容的示意图如图1所示。一组道岔动作到位后，启动电路中仍存在0.376A电流，造成DBQ断相检测回路时认为室外道岔未动作到位，继续输出24V直流电源。

图1 分布电容示意图

1.2.2 DCBHQ-S原理说明。DCBHQ-S的原理图如下图2所示，当1DQJ吸起时，道岔开始转换，A、B、C三相电流通过断相检测部分，感应出电压Vs，经过整流滤波后得到直流电压Vd，据此可判断是否有断相故障发生。与此同时MCU开始计时，当有断相情况发生，或转辙机运行时间超过规定时间后，MCU关闭“电源变换”部分的输出，BHJ落下，切断转辙机。

图2 DCBHQ-S的原理图

DCBHQ-S的“断相检测”的感应电流为0.1A，只要能够检测到0.1A电流即认定道岔未到位，DBQ持续输出直流电。综上分析，34#远距离道岔因分布电容导致输出端有电流，DBQ特性不良，感应到电流，逻辑判断道岔未转换到位而持续输出电，BHJ处于励磁状态。

处理情况：根据该道岔和DBQ特性，预防性将原DCBHQ-S更换为DCBHQ-SZ2型（更换34J1、J3、X1、X2、36J1、J2共6台），DCBHQ-SZ2“断相检测”的感应电流为0.5A。

多次操纵后故障未再次出现。

案例2：某站8#道岔检修时发现正常操纵道岔后，道岔中途突然停转，所有的牵引点均无表示，后来回操纵道岔转换表示均正常。

2.1原因分析：通过微机监测回放发现，8#道岔操纵后无表示的瞬间，外电网I路停电，电源屏瞬间转换到II路，I/II路切换的瞬间正好是8#道岔操纵时间。为了确认是否是电源I/II路切换导致的道岔操纵后停转无表示，再次组织试验，试验方法是操纵道岔时，进行电源屏I/II路电源切换，室内观察继电器状态，室外观察道岔状态，发现室外道岔未动作到位，室内每个牵引点BHJ同时落下后1DQJ落下，然后BHJ再吸起，此时判定该故障与电源屏切换有一定关系。

2.2对电源屏切换时间进行测试。通过示波器采集三相交流转辙机电源屏输出电压，测试电源屏切换时间，发现电源屏I/II的切换时间为134ms、140ms，说明电源屏切换时间满足技术规范小于0.15s的要求。

2.3 DBQ特性测试。采用示波器对DBQ的输出端电压波形进行测试，发现输出中断的时间与电源屏切换时间几乎一致，分别是130ms/144ms。

该站DBQ使用的是DBQ-SRY型，通过测试发现电源屏切换时间满足要求，为验证是否是DBQ不良，将8#X1/X2的DBQ更换为QDB-530，再次进行试验，发现在电源屏切换时8#道岔X1/X2能转换到位，而8#J1、J2、J3道岔处于四开位置，道岔停转。说明发生该故障现象与DBQ的特性有直接关系。

2.4断相保护器，使用时串联在被保护的三相电动、电液转辙机供电回路中。当工作电流在1-5A，交流转辙机供电回路工作正常时，直流输出DC20~27V，延时30S后，直流输出自动切断；当动作回路出现断相或者电源中断，直流输出自动切断。按照铁标：TB/T 3327-2015行业技术标准（断相响应时间＜0.25s），在转辙机正常操纵期间，如果三相供电回路出现断电、断相等情况，断相保护器在0~0.25秒内的任意时间点停止24V直流电压输出，是满足铁标相关技术规定和要求。

2.5通过原因查找，发现该问题主要是在操纵道岔时进行I、II路电源切换，因DBQ的特性问题会切断启动电路，道岔转换不到底，造成道岔无表示。铁路信号用电源屏受雷击或者外部干扰，I/II正常切换，并且满足切换时间≤0.15s，但如果这时正在排列进路，存在转辙机在正常操岔期间电源会有0-0.15s的电源瞬间中断，导致道岔不能到位，进路不能排列等故障发生。

3.新旧断相保护器原理及优缺点对比

3.1老型号断相保护器。输入端基本都是由变压互感器构成输入回路，工作也较稳定，其输出端是由阻容器件进行隔离输出，如图5所示。

图3 老型号断相保护器原理简图

优点：因电路设计中普遍采用了电容进行隔离输出，所以在电源突然缺相或者断电情况下，断相保护器输出断电时间较长，一般在0.35s-0.55s之间，由于其断电时间一般会大于0.15s,从而能保证电源屏双机切换时不会导致道岔转换断电。

缺点：①在转辙机距离信号楼距离大于2公里时，常常因为电缆存在的分布电容产生分布电压反馈到断相保护器输出端,从而使断相保护器继续有24v电压输出，使得BHJ结点不能正常落下影响道岔使用；②断相响应时间不满足铁标要求（<0.25s）。

3.2新型号延时断相保护器。输入端基本选用的都是电流互感器回路，30秒延时断相输出启动时间和落下时间的控制，普遍采用MCU芯片，通过程序设计进行管理和控制，如下图6所示。

图4 新型号断相保护器原理简图

优点：①因为采用电流互感器，在程序设计中其门槛电流预设为≥0.5A，一般长距离传输中的干扰电流在0.25A左右，可以克服长距离传输中电缆分布电容产生的电压导致BHJ无法落下问题；②由于普遍采用数字电路，所以断电落下时间快，可以达到<0.25秒，满足铁标要求。

缺点：由于断相响应时间在0-0.25s之间，可能出现在0-0.15s之间就已停止输出，从而导致电源屏切换期间的操岔停止转动，出现道岔不能操作到位，进路无法排列等问题。

4.存在问题分析及措施建议

4.1 行业标准不够完善

4.1.1不同设备的行业标准衔接需统筹考虑。从标准层面看，无论是断相保护器还是电源设备都符合自身行业标准，但缺乏铁路大系统的考虑，导致部分特殊场景考虑有遗漏。

从两个在用行业标准来看，断相保护器标准只考虑了出现断相断电问题时器材本身的特性，未从现场实际应用大环境出发，未考虑电源屏切换时0-0.15s断电时间带来的影响；从目前设备应用来看，三相交流转辙机动作时电流冲击是很大的，UPS性能是否具备接入的技术条件还有待完善。

4.1.2缺少断相检测指标。从铁标文件《铁路信号用断相保护器》（TB/T3327-2015）来看，里面没有“断相检测”电流/电压的最低标准，导致各厂家说明书未对该指标进行说明。查阅了不同厂家的技术说明书，都未明确说明自身设备感应电流是多大，不利于现场远距离道岔使用选型，我段在处理此类问题时，通过询问厂家，其中国铁路阳DCBHQ-S的“断相检测”的感应电流为0.1A，DCBHQ-SZ2为0.5A、济南三鼎的DBQ感应电流为0.6A，说明厂家在设计电路时根据自身设备特点来定，无统一的标准。

4.2 整改措施及建议

4.2.1建议修改断相保护器的标准。断相保护器现在的结构主要是采用电子电路与单片机结构来完成其功能，其精确度及设备性能提高的空间相对较大，建议将断相响应时间标准设置在0.15s-0.25s之间，确保信号设备满足大系统应用场景。在标准未修改或未找到更好解决办法时，建议电务部门与车务部门做好沟通，如果车务正常排列进路时，遇到自然灾害打雷等其他原因电源屏正常切换，而导致道岔未动作，进路未排出等问题，允许在该情况下进行二次排进路，而非按故障查找处理，提高运输效率。

4.2.2规范远距离道岔器材选用

（1）规范电缆的使用。从审图开始，建议设计改变目前电缆使用惯例，为了有效降低电缆分布电容的物理特性，现场条件准许的情况下，有以下3种建议：①X1、X2、X3、X4、X5分别使用独立电缆；②X1使用一束电缆，X2、X3、X4、X5使用一束电缆，但各芯之间必须对绞使用；③X1使用一束电缆，X2、X3用一束电缆、X4、X5用一束电缆，确保道岔启动电路和表示电路电缆分开；同时规范现场施工配合，现场配合人做好电缆的监督，确保并芯使用正确。

（2）合理选择断相保护器。避免使用电压型断相保护器，当道岔控制电路和控制对象距离比较远时，如果采用电压型保护器，当发生断线等故障时，保护电路不能检测到电机工作状态，致使保护电路失效。选择电流型断相保护器，并且“断相检测”的感应电流应为0.3A以上，确保分布电容对断相保护器不造成影响。

（3）BHJ继电器线圈串联使用。因为并联使用时，与串联使用时相差约一倍，可能发生较小的感应电压都能使BHJ保持吸起的问题。

5 结束语

目前断相保护器生产厂家多，不同型号在特性上存在细微差异，在不同场景应用下导致的问题频发，在应用过程中反映出标准层面存在的问题，望有关部门能充分考虑及时修订，同时作为设备维护单位，应尽量完善自身管理，加强问题分析，在施工配合、器材管理等方面做好验收，为确保道岔转换设备运用稳定提供保障。

参考文献

[1]中国铁路总公司.铁总运[2015]238号.普速铁路信号维护规则[S].北京:中国铁道出版社,2015.

[2]国家铁路局.TB/T3327-2015.铁路信号用断相保护器[S].北京: 中国铁道出版社,2015.

[3] 中国铁路总公司.TJ/DW211-2018.铁路信号电源系统设备暂行技术规范[S].北京: 中国铁道出版社,2018.