李昊
北京西电务段
摘要：本文先从高速铁路轨道电路调谐匹配单元故障进行入手分析，研究高速铁路轨道电路调谐匹配单元组成和高速铁路轨道电路调谐匹配单元故障的具体情况和造成单元故障的具体原因，针对故障进行准确的预判，提出确切的解决方法，总结相关的注意事项，从而为铁路现场调谐匹配单元的维护工作提供更加充足的理论基础，仅供参考。
关键词：轨道电路；调谐匹配单元；故障；分析；方法；
前言：在调谐匹配单元中，两个4700uF电解电容是按反极性进行串联的，从而达到隔离直流连通交流的作用。一般情况下，传送端的电流往往比较大，这样以来就会导致电解电容温度比较高且电解液快速减少，最终导致等效串联阻抗、电容器电容量等性能出现变化，严重的情况下，会直接引发电容故障，最终对行车安全造成影响。为了能够避免这种情况的发生，应该充分的利用轨道电路具有的改方特性，而后对送受端进行转换，从而降低发送端的电流和温度，而且也能够使等效串联阻抗值发生变化，更加准确的判断故障电容。
一、调谐匹配单元的基本构成
对于调谐匹配单元来说，其是轨道电路信号传输的主要构成部分之一，组成部分主要包括电感、电容和变压器，具体见图1。
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上图中，C1和C2分别是调谐匹配单元内的两个4700uF电解电容，主要发挥隔离直流连通交流的作用。
电路工作原理见图2所示。
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二、调谐匹配单元故障的具体情况分析
本次研究的故障为某现场实际所发生的故障，具体情况如下：某高铁站天窗点下达前，对上行线进行改方，供电作业车根据信号指示进入到区间内，后车出清后，红光带依然存在，后调阅曲线发现这一区段内主轨出电压在200mV左右，当列车被占用后，无法正常被吸起，对这一区段内的下降时机进行观察，结果表明这一区段内从正反向改变成为该方向后，主轨出电压逐渐降低，而且接收端的模拟电缆电压也明显下降，在现场经过一系列的测试与排查后，发现4700uF电容下降，对电容进行短路后，红光带消失，更换电容后，试验结果和电压测试结果均正常[1]。
对于调谐匹配单元故障来说，故障电解电容匹配部分指标超标，导致电容的容量值降低，损耗加大，经过解剖分析后，失效电容的电解液已经出现局部粘稠的情况，严重的情况下甚至完全干涸。
三、调谐匹配单元故障原因的分析
在电解纸上吸附电解液，将其作为电容的实际阴极，这也是发生损耗和影响容值的主要因素。电解电容在交流电路中工作，而后反向电压在阴极铝箔中形成氧化膜，通过化学反应升高电容内部的温度、消耗电解液，形成气体后进行释放，最终导致电解液降低[2]。
4700uF电解电容的性能会因为温度的变化而出现变化，分析其原因，主要就是因为铝电解电容器的实际阴极是液体电解质，液体电解质的电阻率会随着温度的上升而下降，最终使电容器电容量、等效串联阻抗等性能出现变化。
（一）铝电解电容器具有的温度特性分析
（1）对于电容器的电容量来说，其会随着温度的增加而不断增大，同时也会随着温度的降低而减小，具体见图3.
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（二）铝电解电容器的自身发热
当发生叠加纹波电流时，因为存在ESR，所以会出现发热的情况，最终影响了电容器的使用寿命，热量的计算公式如下：
P=I2R (1)
其中：I表示：纹波电流，单位为：Arms；R表示：等效串联电阻，单位：Ω。
计算由发热所引起的温度升高值时，应按照如下公式进行计算：
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上述公式中，△T表示：电容器中心升高的温度，单位：℃；I表示：纹波电流，单位：Arms；R表示：ESR，单位：Ω；A表示：电容器表面积，单位：cm；H表示：散热系数，1.5～2.0*10W/cm，单位：℃。
在上述两个公式中，分别表示电容器上升的温度和纹波电流的平方以及ESR成正比，和电容器的表面积成反比，与此同时，纹波电流的大小会直接影响到热量的大小，而且也会影响到电容器的使用年限[3]。
由此可见，引发故障的主要原因就是因为发送端的电流比较大，电解电容的温度比较高，这样一来就会导致电解液快速减少，因此，发送端故障的发生率远高于接收端。对于接收端来说，接收端的温度比较低、电流比较小，在这种情况下，可以采用轨道电路具有的改方特性对传送端进行持续性的转化，使正方向室外发送端的电流和温度均现将。除此之外，如果出现电解液下降的情况，ESR也会升高。
四、电解电容的更换
在实际的工作中，应采取有效的方法对故障进行排查，如果排查结果表明某区段的发送端和接收端确实存在4700uF电解电容劣化的情况，需要结合实际情况，组织工作人员及时对该调谐匹配单元中的两个4700uF电解电容进行更话，具体做法如下：
（1）利用排查方法，明确待更换区段，对区段的名称进行核算，而后将调谐匹配单元盒的盒盖和室外设备防护盒进行打开；对备品的型号和实际应用的设备型号进行核对，测量V1V2和E1E2等的相关电气特性电压值，并详细记录；与室内进行联系后，关闭本区段内的接收器和发送器的断路器。
（2）使用十字螺丝刀将固定电容盒盖的螺丝拧开，而后拆除电容上部的接线端子，将电容盒盖和电容取下，使用电容表明确电容值的下降程度，确保其下降程度低于4700uF。
（3）在电容盒内安装新电容，而后盖好电容盒盖，在这一过程中需重点关注电容的极性。
（4）使用十字螺丝刀将电容盒盖的螺丝拧紧、固定；检查好连线和印刷板接头是否完好、调整接线的位置，调整螺丝刀的力矩，安装好电容螺丝，将接线端子分别与电容进行连接。
（5）电容更换完成后，应用手轻轻拨动连接线，确保电容和连接线之间的牢固性；与室内进行联系，将本区段内接受器和发送器的断路器进行合闸，恢复轨道电路的红光带，对主轨电压进行监测，确保其正常，最后，应对电容回收和轨道电路电器的特性进行测试。
结束语：综上所述，利用天窗对某一特定的区段区间进行定期改方试验，使反方向的状态可以持续保持在30～40min左右，而后对其他相关的区段进行主轨出电压调阅，如果发生主轨电压下降的情况，且小轨出也同步降低，则说明这一区段的正方向发送端电容不良。在实际的工作中，必须要尽早发现隐患，而后及时解决问题，从而确保高铁信号设备的安全性，使高铁可以安全、稳定的运行。
参考文献：
[1]田粉霞,杨世武,崔勇,武沛.基于改进卷积神经网络的无绝缘轨道电路调谐区故障诊断[J].铁路计算机应用,2020,29(06):58-63+74.
[2]马飞,高梓棋,古凯歌,王宝宝.专家故障诊断系统在97型25Hz相敏轨道电路故障诊断中的应用[J].铁道通信信号,2020,56(02):40-44.
[3]李文涛,杨轶轩,叶洪友.高速铁路轨道电路调谐匹配单元故障分析与处理方法[J].铁路通信信号工程技术,2019,16(12):74-78.