CBG型无绝缘轨道电路补偿电容器失效原因的分析

摘 要：为了延长轨道电路的传输距离，保证信号传输安全，都要求安装补偿电容，以保证发送和接收设备的可靠工作。由于补偿电容易受环境，天气、浪涌电压等因素影响，经常发生故障。文章介绍了铁路轨道补偿电容器的用途、结构、性能特点、技术指标、安装环境条件等，就补偿电容的失效原因进行分析探讨，提出相应的防护措施，为保证信号传输安全提供了参考依据。

关键词：轨道电路；补偿电容；失效；分析；防护

1 概述

随着社会不断的发展，铁路运输速度要求不断的提高，无绝缘轨道电路在我国铁路上得到十分广泛的使用，同时需要尽可能的提高铁路信号的传输距离，同时我们还需要在无绝缘轨道电路上安装补偿电容，但是很多时候都会收到环境的影响，受到天气和人为因素的影响，补偿电容也就会产生很多的不良的反应，这种情况下很多都会导致补偿电容老化或者失效，最终直接影响到轨道电路的传输质量，对于传输过程中，列车的控制系统需要正常的运行，也就要有效的提高补偿电容的质量，对补偿电容进行有效的检查。

2 补偿电容的作用

ZPW-2000无绝缘移频自动闭塞系统是我国铁路信号传输中先进的信号模式，主要就是采用的钢轨来进行传输，其中相应的传输范围在1700-2600Hz范围内的移动频率，由于对于钢轨中存在的有感电阻，对钢轨的较高的频率需要进行有效的调节，对于这种值远远的大于轨道电阻的时候，对轨道的电路信号的传输也就会产生很大的影响。对于这种形式用于国产60kg/m钢轨、1435mm轨距的线路上时，每米线路呈现都会在1.4的电感的存在，当钢轨相当于一个时间的差值，轨道也就会随着时间的变化不断的发生变化，这也就是感性负载，就会出现较高的感抗，导致信号在传输的过程中不断的减弱，严重的影响到传输的长度。

当弥补电容不足的时候，抵抗钢轨的感性导致钢轨阻抗可能出现负载，为了有效的保证传输距离和机车信号系统的可靠性，目前也就要采取更好的补偿电容装置，称为补偿电容，其等效电路如图1所示。

为了更好的实现信号的远距离的传输，也就需要对其进行有效的改装，将入口A、B取得一个电阻性负载，而在出口端C、D获得一个较高的输出电平。这可认为每补偿段对频率信号发生了串联谐振。

3 补偿电容的安装

为了有效的保证传输的实际效果，补偿电容的安装也就要按照相应的要求进行，经过计算，轨道电路线路必须经过100米就并接一个33μF的补偿电容。在对无绝缘的地方，为了能不影响电气绝缘的使用特性，其中在对电容线圈SVA的距离不得小于48米，同时在链接的时候也不能大于96米，具体的安装图如图2所示。

4 补偿电容失效的危害

对于补偿电容一旦使用的过程中失去作用，这也就表示对于设备的正常工作就会产生很大的影响，同时根据现场的实际情况可以得知，当轨道电容出现问题的时候，轨道电路的长度达到1000米，电阻的大小较大，Rd=1.5Ω・Km时，对于轨道电路接受传输也就会导致电压严重的降低，其中断2处的时候，输入的电压也就降低到210mV，对于一些不满足轨道电路调整状态的技术标准为（≥240mV）；断3处以上，就造成轨道继电器落下。这还是对轨道电阻较高的人时候，天气晴朗的情况下进行测量的时候，当进行测量的过程中电阻的要求不能达到，当下雨天气的时候，补偿电容断一处的情况也就会导致通过信号显示的红灯影响到正常的工作。

5 补偿电容失效的原因

5.1 浪涌电压引起击穿失效

在对很多交流电力进行分析的时候，电网电压的波动很多是不可避免的，同时还存在很多的问题，这些都会影响到机动车的运行，在电压不稳定的时候，对于机动车进行电网接触的时候，主要就是对网络的链接，运行的时候对电压的影响较大，其中对于这种电压也就是浪涌电压。对于机动车引电流的轨道进行回归，对于很多的不平衡电阻，以及存在的参数没有对称，这些都会造成轨道电流的不平衡，对于这种情况一大出现，也就会导致补偿电容发生击穿失效。

5.2 雷电电压造成击穿失效

目前，我国地域十分辽阔，这也就导致铁路的线路相对比较复杂，虽然没有对轨道的单元进行防雷的设置，但是针对一些设备还是存在一定的作用，在对补偿电容轨道之间，数量的分析相对较大，其中名具有防护作用更为突出，如果没有较好的进行有效的防护，也就存在很大的问题，导致电容击穿，影响到轨道电路的正常工作。

5.3 原材料及质量工艺造成的失效

5.3.1卷绕电容器芯子

在对线圈进行处理的时候，很多都会导致卷绕时对金属膜放置的时候起皱、跑偏，当蕊子出现十分严重的折皱的时候，就会让电容器的电压下降5%到10%，其中局部放电电压下降到电容的膨胀和击穿，从而降低产品的使用寿命。

5.3.2 喷金

喷金料的氧化及喷金颗粒粗造成喷金层与极板的接触电阻增大，使电容器不能承受大电流的冲击，易发生边缘飞弧或击穿，造成电容量下降、损耗增大。

5.3.3 焊接

虚焊及假焊乃至焊点脱落，造成电容量下降、损耗增大。塞钉处焊接不牢影响拉力，造成拉力试验不合格。

6 防护措施探讨

（1）对于浪涌电压以及雷电电压引起的补偿电容失效，其本质都是由于瞬时电压波动高于补偿电压耐压要求，造成的电容击穿。在实际的检验过程中，依据《科技技[2007]205号无绝缘轨道电路补偿电容器技术条件》，对于补偿电容的耐压仅仅要求极间耐压不小于320V，而未对其浪涌试验做任何要求，若能给电容增设一个能吸收浪涌电压的防护设备，一旦补偿电容受到高压侵袭，过高的电压被保护电路吸收，就可有效地保护补偿电容。

（2）对于原材料的选择，目前市面上的电容，依据其介质不同主要有以下几种，其主要参数特点如下：

聚酯（涤纶）电容（CL）：电容量40pf～4μf，额定电压63～630V；小体积，大容量，耐热耐湿，稳定性差，主要应用于对稳定性和损耗要求不高的低频电路。

电解电容器：其容量范围较大，一般为1～1000μF，额定工作电压范围为6.3～450V。其缺点是介质损耗、容量误差较大，耐高温性较差，电解电容存放时间长容易失效。

瓷介电容：高频瓷介电容（CC）电容量1～6800pf，额定电压63～500v，高频损耗小，稳定性好，但是机械强度低。

补偿电容采用金属化聚丙烯膜介质，其具有低介电损耗、高绝缘阻抗、低介电吸收和高绝缘强度特性，长期稳定性也很好。然而在实际生产过程中，还需提高生产工艺，避免人为失误造成对补偿电容的影响。

（3）在依据现行标准《科技技[2007]205号无绝缘轨道电路补偿电容器技术条件》对补偿电容的进行试验过程中，在经过120小时浸水试验后，其极间绝缘电阻的指标虽然合格，但是由初始前的几万兆欧减小到两三千甚至一千多兆欧，只有试验前的10%～40%，然而在现场使用过程中，补偿电容安装于两条钢轨之间，经常会处在泡水的过程中，会对补偿电容造成很大的伤害，鉴于这种情况，就需要提高改进制造工艺，加强补偿电容的密封性能，在以往的试验过程中，有些厂家将补偿电容与防护罩做成一体，通过试验证明，其浸水后的绝缘电阻值能达到90%，也有些补偿电容两端引接线长短不同，其在现场使用中并不是安装在两轨之间，而是在轨旁进行安装，可以避免长时间泡水等情况。

7 结束语

补偿电容失效的原因是现场很常见的实际问题，目前已经有针对高海拔高湿度地区研发生产的CBG-M型气密型无绝缘轨道电路补偿电容器投入使用，可以满足我国高温、高湿、高寒、高海拔等气候条件的铁路建设的需要。

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