铁路信号继电器接点问题分析

宋靓靓,冯靖然,冯怡

中国铁路呼和浩特局集团有限公司包头电务段 内蒙古自治区包头市 014040

【摘要】继电器常用于接通和断开电路，是自动控制系统中常见的电器之一。铁路信号继电器主要通过控制电信号在导体中的传递来实现对设备的控制，进而达到远程控制或自动控制的目的。电信号的接通和分段通常由继电器接点完成，因此继电器接点的性能是影响铁路信号继电器的主要因素。基于此，本文针对铁路信号继电器接点问题展开分析,以期提升铁路运输的安全性。

【关键词】信号继电器；接点；材料；研究

1. 信号继电器接点使用现状

继电器前接点的材料选取应符合国际铁路联盟非熔接性地动合接点要求，一般情况下都是非熔接性材料。初代的AX型继电器前接点材料采用的是银碳，后续优化为银铬合金即银氧化铬，银氧化铬中的基本物质是银，银氧化铬接点材料分解温度低，具有较高的导热性和导电性且接触电阻稳定，银氧化铬材料面对中等程度的电流时，熔焊倾向和电侵蚀程度相对较小，普遍适用于接触应用领域。因此，该材料在接通和断开电信号时具备良好且稳定的电性能，铁路继电器接点材料选用银氧化铬触头比较合适。至今为止，银氧化铬材料在触头领域 的应用依然十分广泛[1]。

2. 信号继电器接点使用中存在的问题及原因

目前铁路信号继电器接点使用的材料普遍为银氧化铬，铁路信号继电器的稳定运行状态是铁路自动控制系统和远程控制系中信号设备正常运转的必要条件。在实际使用过程中发现继电器接点会出现发黑、接点粘连、接点电阻大等问题。

2.1 继电器接点发黑

（1）继电器放置时间过长，作为继电器接点材料的银氧化铬中的银元素与空气中的硫化燃气发生化学反应产生黑色的硫化银，因此接点处会出现发黑现象。

（2）由于接通或断开开关时电弧的放电现象，使空气中有机燃气生成了碳素、碳化银及接点的飞散粉末，出现发黑现象。

2.2 继电器接点接触电阻增大

继电器接点接触电阻主要有导体电阻、集中电阻、边界电阻构成，接点接触电阻大小与电路的接通和断开密切相关。引起继电器接触点电阻值增大的因素与集中电阻及边界电阻有关。集中电阻是由于电流集中在微小的接点接触部位置，电流束被扭曲而产生的电阻；边界电阻则是接点表面产生化学反应形成新的物质而产生电阻。继电器接点触头位置吸附的附着物也是影响铁路信号继电器接触不良的原因之一。触头处的堆积物常见为氧化物、硫化物、尘土等导电性能差的无机化合物，这些无机化合物积累到一定程度时，会影响继电器接触电阻使电阻偏大或接触失效。接点触头接触部位的污染可以通过以下几种措施加以改善：

（1）厂家在生产继电器的过程中，需增强对接点零件，的清洗力度，减少零件表面的外界污染物数量。同时，厂家还应提高组装继电器操作间的整洁水平，可以将无尘化车间标准作为参考，或者直接设立这个无尘操作间，有效降低组装继电器过程中环境中的灰尘或小颗粒异物附着在继电器内部的程度，避免污染物对继电器接点产生污染。（2）加大对周边污染严重的铁路车站、维修站的检修力度，减小检修周期，特别是南方和沿海区域。相关工作人员在发现接触电阻工作不稳定的继电器时，应及时采取措施降低继电器潜在的风险，对继电器进行维修或更换，避免接触电阻失效问题的出现。（3）针对未来继电器产品的研究，相关人员可以尝试设计一款带有密封结构的继电器设备，从根本上解决周边环境对接点触头接触部位的不良影响[2]。

2.3 继电器接点粘连

继电器接点粘连主要指在触点的分离过程或闭合过程中发生动熔焊现象，影响材料熔焊的因素一方面与电弧有关，另一方面则与电流、环境介质、周围电磁场等材料自身性质密切相关。动熔焊指继电器处于正常工作状态时两个接点突然出现问题无法断开，接点出现短暂的反跳，在接点闭合过程中接点的跳跃行为形成一系列放电，过程中产生的热量使接点材料焊接在一起，接点出现熔接现象。这种现象的发生会瞬间导致开关器件失效，无法正常工作。当接点电源处有平滑电容时，银氧化铬接点粘连情况通常出现在控制电容负载时，但当控制的负载为阻性负载的情况下，在符合规定的额定电流范围内则不会产生粘连现象[3]。

银氧化铬接点粘连情况还与通过接点处的电流极性有一定关联。当银（静接点）作为接点的正极，银氧化铬（动接点）作为负极时，接点闭合时接点处瞬间通过可高达85A大小的电流能量，使接点处发生粘连情况。当节点开始闭合，闭合间隙小于自由电子的行程时，将会发生电离现象从而形成电弧，自由电子在电弧的冲击下，通过闭合间隙到接点阳极处，使阳极正离子向阴极移动，同时由于高温，银氧化铬接点中的氧化铬发生汽化，甚至会从触头间隙中喷溅出来。随着自由电子动作次数的增多，金属转移量增多，银氧化铬接点表面的银逐渐聚集。与此同时，接点间产生大量热量使得环境温度升高，银氧化铬接点处的阳极与阴极受到严重侵蚀，使两接点的接触表面银融化，发生熔焊现象。在直流电路中，可以将银（静接点）接点作为负极，银氧化铬（动接点）接点作为正极，来缓解接点侵蚀现象，进而提高接点的耐熔性。部分研究者尝试建立接点材料的物理性质与接点的抗熔焊性能之间的数学模型，从理论角度找寻影响接点材料抗熔焊能力的因素，从而优化接点材料的成分设计和制备工艺

[4]。

3. 新接点材料的研究与发展前景

当前Ag—Ag/CdO 接点在实际使用中还存在一些问题，研究开发新的接点材料也是一种优化措施。根据国际铁路联盟公认的铁路信号继电器标准，需着重于对继电器接点材料、抗熔焊能力方面的试验及研究，提高继电器接点接触的稳定性及安全性，使其更加满足铁路信号继电器的使用要求，从而推动铁路领域的发展进程[5]。

目前根据大量专家的研究，将银石墨材料作为接点材料对铁路信号继电器而言有很大价值，当银石墨材料中的石墨含量百分比达到一定程度时，可以实现无熔焊现象的目的。当前研制出的银石墨材料碳含量占比仅达到5%，过程中经过分析比较，相关专家选取了AgC4DF、AgC5、AgC55、Ag、Fag 等多种银碳组合进行配对，将其作为试验接点进行抗熔焊试验，但大部分都在一定情况下发生了熔焊情况，不符合试验的预期目标无法满足铁路信号继电器的需求。但大量的试验并非一无所获，研究人员曾使用大电容充放电电路模拟脉冲电流，对银碳接点进行抗熔焊试验，得到了碳元素含量越高接点抗熔焊性能越好的结论[6]。

在生产银碳接点的工艺方面也做了诸多尝试，相关工艺有不烧结压制、烧结压制、烧结挤压等生产工艺。在含碳量及尺寸大小相同的情况下，制作出来的接点电阻率及耐磨性不同，经过烧结挤压工艺生产出来的银碳接点电阻率小，耐磨损度较高，烧结压制则与之相反。目前，某国摩根公司已经生产出含碳占比55%的银碳接点触头，随着各领域相关人员的努力，相信铁路信号继电器接点未来的研究与发展前景会越来越好[7]。

结语

综上所述，目前铁路信号继电器接点受多方面因素发展的限制，在实际使用过程中依旧存在一些问题。集中电阻因素、边界电阻因素以及触头处污染物堆积等都是引起继电器接点接触电阻增大，接触不良或接触失效的原因。接点是继电器的关键部件之一，银碳接点材料已作为新的研究方向被提出，开发并应用银碳新型触头材料是对相关领域中人员的新挑战，对继电器接点进行深入研究提高系统可靠性能更加有效地保证铁路运输安全。

【参考文献】

[1]沈悦.便携式铁路信号继电器检测装置的研究[D].南京理工大学,2021.

[2]马见功.一种铁路信号加强接点继电器的限位结构:,CN216818210U[P].2022.

[3]李中华,李春鹤,张振华,等.一种铁路信号继电器智能测试系统:,CN212321789U[P].2021.

[4]杨军.铁路信号继电器接点问题研究[J].价值工程,2018,37(20):274-275.

[5]马思宁.温度环境下铁路信号继电器的热分析研究[D].河北工业大学,2016.

[6]秦清根.铁道信号基础设备及原理[M].兰州交通大学自动化与电气工程学院.

[7]兰耀庭,张天晴.铁路通信信号器材[M].中国铁道出版社.