ZPW-2000A接收器安全与门驱动电路软故障问题研究

1 概述

ZPW-2000A 接收器采用两台接收器双机并联冗余设计方式，第一台接收器出现安全与门驱动电路软故障后，其安全与门驱动电路带载能力下降，但仍有一定电压输出，因未低至检测门限，第一台接收器无法输出报警，此时互为冗余的第二台接收器仍能正常输出电压驱动轨道继电器，第一台接收器的故障被掩盖，直至第二台接收器后续也出现故障，轨道继电器失去驱动电压导致红轨，第一台接收器的故障才会暴露出来。

2 接收器故障未报警原因分析

本章节将从接收器安全与门驱动电路的工作原理、检测报警门限、带载能力、双机并联输出电压这几个方面进行分析。

2.1 安全与门驱动电路工作原理分析

安全与门驱动电路原理示意如图1 所示，接收器自检正常具备工作条件，并检测到主轨道和小轨道条件后，接收器才会启动安全与门驱动电路。

第一级驱动电路和第二级驱动电路工作原理：CPU1 动态方波驱动安全与门第一级电路，CPU2动态方波驱动安全与门第二级电路，第一级电路作为第二级电路的前级驱动源，两级驱动电路均采用共发射级放大电路。

回检电路工作原理：在安全与门驱动电路输出端口，其输出电压控制光耦启动，CPU 通过光耦通断采集直流输出状态，对其输出电压进行回检。

图1 安全与门驱动电路原理示意图

经测试分析，安全与门驱动电路软故障的主要故障点如下：一是电解电容故障，故障原因为电容容值下降，损耗角正切值加大；二是整流桥故障,故障原因为整流桥内部二极管反向漏流增大。

2.2 安全与门驱动电路检测报警门限分析

对单台接收器进行测试，模拟接收器安全与门驱动电路软故障状态，在安全与门驱动电路输出电压降至约5.7 V 时，接收器回检发现异常，输出报警。

2.3 安全与门驱动电路带载能力分析

安全与门驱动电路采用共发射级放大电路，在负载变化时，输出电压会产生变化，为了进一步了解输出电压的变化特征，如图2 所示，通过在C1 电容串联不同阻值的电阻R2，模拟电容各种损耗情况，对单套设备进行了带载1 700 Ω 和空载两种条件下，安全与门驱动电路输出电压的对比测试。

如表1 所示，在相同软故障条件下，安全与门驱动电路带1 700 Ω 负载比空载输出电压降低3 ～3.6 倍。

表1 安全与门驱动电路带载能力测试数据表

2.4 接收器双机并联安全与门驱动电路输出电压分析

ZPW-2000A 轨道电路两个双机并联冗余接收器的安全与门驱动电路输出在衰耗器内部通过二极管隔离后并联，共同驱动轨道继电器，如图3 所示。

图2 安全与门驱动电路带载能力测试图

图3 两个双机并联冗余接收器安全与门驱动电路输出电路示意图

为了进一步了解当主机接收器安全与门驱动电路发生软故障时，并机接收器安全与门驱动电路输出电压对主机接收器安全与门驱动电路输出电压的影响，通过在主机接收器C1 电容串联不同阻值的电阻，模拟电容各种损耗情况，在并机接收器安全与门驱动电路有输出和无输出两种条件下，对主机接收器安全与门驱动电路输出电压进行测试。

如表2 所示，针对主机接收器安全与门驱动电路输出电压，在并机接收器安全与门驱动电路无输出时比有输出时会降低约2.8 ～3.6 倍。该结果与单套设备空载和带载的对比情况基本一致。

表2 接收器双机并联安全与门驱动电路输出电压测试数据表

两个双机并联冗余接收器，主机接收器软故障，并机接收器正常时，安全与门驱动电路输出电路的等效原理如图4 所示。

图4 主机接收器软故障，并机接收器正常时，安全与门驱动电路输出电路的等效原理图

如图4 所示，当并机接收器安全与门驱动电路正常输出条件下，能够在负载电阻上形成24 V电势，此时存在软故障的源输出电压为x V，若x＜24 V，那么在左侧的二极管1 上形成的是反向电压，左侧回路中不会出现电流流动，此时存在软故障的源并没有实质的形成对负载的能量输出，即此时其与空载情况是完全等效的，所以，在并机正常的情况下，故障接收器能够检测到的电压是其空载电压，形成了一个“假空载”状态，以至于高于回检门限，无法输出报警。

主机接收器出现安全与门驱动电路发生软故障时，若并机接收器安全与门驱动电路输出正常，由于“假空载”状态的存在，导致主机接收器安全与门驱动电路输出电压表象为高于回检门限,无法检查报警；并机接收器故障造成其安全与门驱动电路无输出后，主机接收器安全与门驱动电路软故障问题暴露出来，其带载输出电压低于继电器工作电压，区段红轨。

3 探索解决方法

3.1 遵循的原则

目前的现状如图5 所示：两个接收器双机并联使用时，安全与门驱动电路正常输出电压：24～28 V，轨道继电器吸起门限电压：16.8 V，接收器当前报警门限：5.7 V。

图5 接收器报警门限与示意图

经过综合考虑，为了检查安全与门驱动电路软故障，需要遵循以下原则：

1) 安全与门故障，在失去独立带载能力之前得到检查；

2) 正常情况下不报警；

3) 当前安全与门驱动电路是经过现场长期运用考验的,所以安全与门驱动电路结构不能变。

在上述原则下，需要实现：接收器安全与门驱动电路输出电压的检测门限设定为16.8 V，保证备机停机后主机仍具备能够独立驱动的能力。

3.2 解决方法

3.2.1 提高回检报警门限

如图6 所示，把反馈光耦的限流电阻Rf 改为限流电阻与稳压管串联，通过稳压管精确控制反馈光耦的通断，以实现提高回检报警门限的目的。此方式可实现当接收器发生安全与门驱动电路软故障时，在故障接收器单机独立带载工作时，故障接收器回检异常会报警，但是，两个接收器双机并联共同带载工作时，故障接收器安全与门驱动电路呈现假空载状态，故障接收器回检正常仍无法报警。

图6 接收器提高报警门限原理示意图

3.2.2 双线圈输出

当前不能发现单机故障的主要原因是受并机接收器输出影响导致主机接收器输出呈现“假空载”状态，如果能够将主机接收器和并机接收器安全与门驱动电路设计成分别独立的两路输出，就能解决这个问题，修改方案是：主机接收器和并机接收器分别单独驱动继电器的半个线圈，由于驱动负载降低一半，需要修改接收器安全与门驱动电路元件参数及工程配线。该方式在8 信息中曾经采用，具备一定的使用条件，原理如图7 所示。

图7 双线圈方案电路示意图

3.2.3 维护检查方式

目前，接收器安全与门驱动电路单机输出时，输出电压处于20 ～24 V 间，双机并联输出时，电压处于24 ～28 V 间。

在日常维护检查，可以通过分别单独关闭接收器，并测试GJ 电压塞孔，以便检查是否存在驱动能力下降的故障。

4 总结

对于当前在用接收器，目前可通过维护检查方式进行定期测试，接收器单机测试可有效排查出安全与门驱动电路软故障问题。

后续接收器改进可考虑：一是接收器安全与门驱动电路的回检部分采用增加稳压管的方式提高回检报警门限，但此方式不能彻底解决接收器发生安全与门驱动电路软故障后无法报警的问题，仅在故障接收器单机独立带载工作时，故障接收器回检异常才会报警，但两个接收器双机并联共同带载工作时, 故障接收器回检正常无法报警，实现此方式需要更改接收器原理；二是采用双线圈方式将双机并联使用的两个接收器安全与门驱动电路输出分开，消除双机并联输出对安全与门驱动电路输出电压的影响，可以彻底解决接收器安全与门驱动电路软故障后无法报警的问题，实现此方式需要更改接收器原理和工程配线。