王 俊，刘 伟，许鸿飞
（1.中国铁路上海局集团有限公司南京电务段，南京 210011；
2.北京全路通信信号研究设计院集团有限公司，北京 100070）
驼峰控制系统对驼峰调车进路（DXJ）、道岔的锁闭继电器（SJ）、场联的关键继电器采用动态输出驱动的方式进行控制，部分站场选用JSDXC2-1700型动态继电器。
2018年7月26日，中国铁路上海局集团有限公司（简称上海局）芜湖东驼峰场遭遇雷击后，现场使用的JSDXC2-1700型动态继电器在计算机联锁没有驱动的情况下直接吸起，系统报警控表不一致后，切断计算机输出电源，继电器仍无法落下，引起故障报警。
JSDXC2-1700 型动态继电器原理如图1所示。该继电器包含双路功能电路的动态驱动电路板部分和继电器负载部分，双路功能电路分别对应计算机控制系统的A、B机使用，两路原理完全相同，两光可控硅控制的继电器负载工作电源部分共用，动态驱动电路板的输入电源分别为计算机控制系统控制信号、继电器工作电源，其负载为继电器线圈如图1中的J所示。
图1 JSDXC2-1700 型动态继电器原理Fig.1 Schematic diagram of JSDXC2-1700 dynamic relay
以其中一路继电器电路为例，详述继电器工作原理：动态继电器正常工作时需要3个输入信号，分别是DC24 V，DC24 V、1 Hz方波信号和AC24V：DC24V为计算机控制系统开关电源；
计算机控制系统输出的控制电源为DC24 V、1 Hz方波信号，其低电平为0 V，高电平为24 V；
AC 24 V为电源屏提供动态继电器的负载线圈的工作电源。当需要继电器吸起时，计算机控制系统向继电器输入方波信号，继电器吸起；
当3个电源中任一条件不满足时，继电器落下。
图1中，4 和63 端子输入的 AC24 V为动态继电器的负载部分继电器线圈的工作电源，电源的导通受到动态驱动电路中S22MD1V光可控硅输出侧控制。52、61端子输入 DC24 V，51和 61端子输入 DC24 V、1 Hz方波信号，61端子为DC24 V的公共负极。计算机控制系统工作，对动态继电器输入稳定DC24 V、1 Hz方波信号，当方波信号处于低电平时，TLL113光耦处于截止状态，电容C1充电；
当方波信号处于高电平时，TLL113光耦导通，C1通过光耦放电，导通光可控硅S22MD1V，同时给C3充电。当方波信号再次处于低电平，TLL113光耦截止，电容 C1充电时，电容 C3向光可控硅S22MD1V放电维持其导通，如此反复保持S22MD1V光可控硅的导通。S22MD1V光可控硅的输出侧的AC 24V被调整为正半波信号，维持动态继电器的负载部分继电器的吸起。
计算机控制系统切断输出DC24 V、1 Hz方波信号后，TLL113光耦截止，C1不再导通光可控硅S22MD1V工作。当C3放电结束后，S22MD1V光可控硅关断，实现继电器延时落下。
对故障的JSDXC2-1700型动态继电器进行电气特性测试，继电器线圈部分工作值与释放值均符合产品标准规定。测试动态特性时，切断DC24 V时继电器断电不落下，初步判断JSDXC2-1700型动态继电器内的动态驱动电路板上的S22MD1V光可控硅芯片因雷击而损坏。
对发生故障的JSDXC2-1700型继电器进行如下测试。
1）先进行继电器工作交流电源测试，测试时仅对继电器4、63端施加AC24 V信号，继电器吸起。
2）分别取下其中一路S22MD1V光可控硅芯片对继电器进行测试，当第一路光可控硅芯片单独工作时造成继电器不释放，而使用第二路光可控硅芯片单独工作时继电器工作正常。
3）用万用表初步测试故障芯片引脚电阻等参数，并与完好芯片对比，无异常。
4）分别测试两块光可控硅开启电流。根据光可控硅的结构原理，S22MD1V内部结构如图2所示。其开启电流测试方法为：5、4 脚串入电阻接入DC7 V电压，保证在电路导通的情况下发光二极管可以点亮，1、2 脚从0开始加电，直到发光二极管点亮，需要的电流即为开启电流。经现场测试两块芯片开启电流均在0.5 mA左右，无异常，符合技术指标规定。
图2 S22MD1V光可控硅内部结构Fig.2 Internal structure diagram of S22MD1V silicon-controlled rectifier
5）对故障光可控硅芯片单独测试。输入端不加电，仅对输出端5、4脚施加直流电，从0开始逐渐升高，当电压达到28 V时，发光二极管点亮。测试电路如图3所示。
图3 S22MD1V型光可控硅漏流测试Fig.3 Leakage current test of S22MD1V silicon-controlled rectifier
6）对完好芯片单独测试。输入端不加电，仅对输出端 5、4 脚施加直流电，从0开始逐渐升高，漏流始终保持 0.2 μA，电压达到55 V时，发光二极管不亮。根据以上测试结果，该继电器故障原因为其中一路S22MD1V光可控硅芯片内部损坏。当输入端电信号切断时，交流信号无法对光可控硅输出端进行切断，造成芯片输出端一直处于导通状态，继电器不能可靠释放。
分析JSDXC2-1700型动态继电器的动态电路板上的S22MD1V光可控硅芯片损坏后，导致当输入端微机输出电信号切断时，无法切断光可控硅输出端继电器工作电源，造成继电器错误励磁。因此必须对继电器的驱动进行改进。
考虑到动态驱动继电器与外部的接口条件，既要保证对既有的计算机联锁软件不做大的修改，同时要减少外部配线的施工工作量，借鉴目前现场选用的DS6-DTH2-TW动态驱动盒+偏极继电器的方式来实现相关继电器的动态驱动输出的驱动电路。在既有工程中实际应用的DS6-DTH2-TW动态驱动盒技术基础上，对JSDXC2-1700型动态继电器的动态驱动电路板进行适配性修改，改进方法如下。
1）采用目前在用的DS6-DTH2-TW驼峰动态驱动盒中动态驱动电路四路输出的其中一路，替代JSDXC2-1700型动态继电器中的动态驱动电路。
2）为直接替代既有在轨运行的JSDXC2-1700型动态继电器，将在用的DS6-DTH2-TW驼峰动态驱动盒的继电器负载工作电源的电源输入DC25 V修改为AC24 V。同时将驼峰控制系统微机输出的频率由5 Hz方波信号（DC24 V）修改为1 Hz方波信号（DC24 V）。改进后的JSDXC2-1700型动态继电器电路原理如图4所示。
图4 JSDXC2-1700型动态继电器改进电路原理Fig.4 Schematic diagram of improved circuit of JSDXC2-1700 dynamic relay
3）改进后的JSDXC2-1700型动态继电器的驱动电路板部分借鉴了DS6-DTH2-TW动态驱动单元盒，两者之间的主要区别技术对比如表1所示。
表1 JSDXC2-1700型动态继电器的改进驱动电路技术对比Tab.1 Improved drive circuit technology comparison of JSDXC2-1700 dynamic relay
改进后的JSDXC2-1700型动态继电器驱动电路功能示意如图5所示。改进后的JSDXC2-1700型动态继电器的动态驱动电路采用推挽电路为核心的电容泵式充电方式，驱动电路的原理更为可靠，不存在器件损坏造成故障升级的可能，克服继电器错误吸起的故障。同时，负载的继电器工作电源处理电路部分设计了针对工作电源的桥式整流和双重滤波电路，继电器工作电源可兼容AC24 V和DC25 V两种制式，适应各类信号电源屏供电。改进后的JSDXC2-1700型动态继电器电路能满足既有站场中的驼峰控制系统的设计和控制要求。
图5 JSDXC2-1700型动态继电器改进电路功能Fig.5 Improved circuit functions of JSDXC2-1700 dynamic relay
JSDXC2-1700型动态继电器改进电路修改完成后，经过技术评审、性能测试满足现场实际需求，安全性和可靠性优于既有的JSDXC2-1700型动态继电器，改进后的驱动电路不存在器件损坏造成故障升级的可能。自2019年8月，在上海局芜湖东驼峰场进行现场更换应用，相关继电器运行稳定。2021年7月，改进后的JSDXC2-1700型动态继电器在上海局南京东驼峰、徐州北上行驼峰等站进行推广使用，现场运用稳定。后续可在类似站场现场维护中推广使用，对类似站场问题也可借鉴。
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