襄渝線山區(qū)鐵路信號(hào)系統(tǒng)特殊問題解決方案

喻礦強(qiáng)

(中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，西安 710043)

1 工程概況

襄渝線是滬漢蓉大能力通道北路的重要組成部分，也是川渝地區(qū)東出通道之一。線路橫跨鄂西北及陜南山區(qū)，橋隧占線路長(zhǎng)度比例約74%，屬于典型的山區(qū)鐵路。沿線大多數(shù)隧道內(nèi)為有砟道床，遇到雨天再加上山體內(nèi)自身的水源，極易出現(xiàn)翻漿冒泥、滲水現(xiàn)象，使得隧道內(nèi)軌道電路區(qū)段道床漏泄過大，電阻太低。同時(shí)，沿線途徑大多為巖石地段，土壤電阻率較高，貫通電纜與土壤的接地電阻過大。較低的道床電阻、較高的土壤電阻將直接影響信號(hào)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性及安全性，為了提高運(yùn)輸效率，保證行車安全，解決低道床、高土壤電阻對(duì)信號(hào)系統(tǒng)的影響勢(shì)在必行。

2 解決低道床方案

襄渝線隧道內(nèi)道床漏泄過大，電阻太低(道床電阻＜1Ω· km)，軌道電路信號(hào)傳輸衰耗增大，使得軌道電路接收端的接收信號(hào)減弱，軌道繼電器GJ不能可靠勵(lì)磁，造成軌道電路“紅光帶”故障;同時(shí)，將引起機(jī)車信號(hào)減弱，造成車載設(shè)備不能可靠接收機(jī)車信號(hào)。解決這一問題的可行方案，是對(duì)軌道電路進(jìn)行分割的同時(shí)增加不受道床條件影響的計(jì)軸設(shè)備，并在軌道電路自動(dòng)閉塞系統(tǒng)中加入計(jì)軸設(shè)備檢查條件[1]。

2.1 軌道電路分割與計(jì)軸綜合設(shè)計(jì)方案分析

對(duì)于較差道床地段，通過分割軌道電路縮短其長(zhǎng)度，可以有效地減少軌道電路信號(hào)傳輸?shù)乃ズ?，保證軌道電路可靠工作和機(jī)車信號(hào)的可靠傳輸;但當(dāng)?shù)来矖l件進(jìn)一步惡化時(shí)，分割軌道電路的方式只能保證機(jī)車信號(hào)的可靠傳輸，不能保證軌道電路的可靠工作。襄渝線增建第二線工程利用不受道床條件影響的計(jì)軸設(shè)備替代軌道電路完成區(qū)段占用、空閑檢查[2]。工程中根據(jù)既有線和新建線不同的道床條件，采取不同的軌道電路分割與計(jì)軸設(shè)備結(jié)合設(shè)置方式(表1)，在解決問題的同時(shí)，更好的控制投資。

表1 不同線路條件解決低道床措施

具體原則如下:

(1)既有線閉塞分區(qū)內(nèi)的連續(xù)隧道長(zhǎng)度大于500 m小于1 000 m時(shí)，該區(qū)段軌道電路采用分隔一次處理方式，并預(yù)留計(jì)軸設(shè)備電纜;

(2)既有線閉塞分區(qū)內(nèi)的連續(xù)隧道長(zhǎng)度大于1 000 m時(shí)，該區(qū)段軌道電路采用分隔一次處理方式，并增加計(jì)軸設(shè)備和計(jì)軸設(shè)備電纜;

(3)新建線閉塞分區(qū)內(nèi)的連續(xù)隧道長(zhǎng)度大于500 m小于1 000 m時(shí)，該區(qū)段軌道電路采用預(yù)留分隔軌道電路一次所需電纜;

(4)新建線閉塞分區(qū)內(nèi)的連續(xù)隧道長(zhǎng)度大于1 000 m時(shí)，該區(qū)段軌道電路采用分隔一次處理方式，并預(yù)留計(jì)軸設(shè)備電纜。

襄渝線閉塞分區(qū)長(zhǎng)度均在1 500 m以內(nèi)，通過對(duì)軌道電路進(jìn)行一次分割并增加計(jì)軸設(shè)備，軌道電路長(zhǎng)度均小于750 m，在道床電阻≥0.3 Ω·km時(shí)，能夠保證機(jī)車信號(hào)發(fā)送和軌道電路的可靠工作[3-4]。

2.2 計(jì)軸設(shè)備與軌道電路結(jié)合設(shè)計(jì)

襄渝線低道床電阻軌道區(qū)段(如圖1中的003BG、003AG)，當(dāng)?shù)来搽娮琛?.6 Ω·km時(shí)，軌道電路單獨(dú)使用，計(jì)軸設(shè)備保持正常工作狀態(tài)，但其輸出條件不納入信號(hào)控制。當(dāng)?shù)来搽娮瑁?.6 Ω·km時(shí)，分割后的軌道電路單獨(dú)工作已不能保證無絕緣軌道電路設(shè)備穩(wěn)定可靠的工作，此時(shí)，利用計(jì)軸設(shè)備實(shí)現(xiàn)區(qū)間軌道區(qū)段空閑、占用檢查，軌道電路只完成機(jī)車信號(hào)傳輸功能，從而保證自動(dòng)閉塞系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的工作。

圖1 區(qū)間信號(hào)設(shè)備布置示意

2.2.1 計(jì)軸設(shè)備與軌道電路切換

當(dāng)確認(rèn)ZPW-2000軌道電路不能可靠工作時(shí)，ZPW-2000軌道電路出現(xiàn)“紅光帶”(即ZPW-2000軌道繼電器GGJ落下)，并且軌道區(qū)段沒有列車占用時(shí)，由運(yùn)輸人員分別按下非自復(fù)式按鈕QHA，QHJ吸起，由計(jì)軸軌道繼電器JGJ來判斷軌道區(qū)段空閑、占用情況;當(dāng)ZPW-2000軌道電路恢復(fù)正常時(shí)，由JGJ與GGJ并聯(lián)使用來判斷軌道區(qū)段空閑占用情況，直至由運(yùn)輸人員拔出QHA，QHJ落下，由GGJ來判斷軌道區(qū)段空閑占用情況[3]。具體電路見圖2。

圖2 切換電路

2.2.2 計(jì)軸設(shè)備加軌道電路監(jiān)督報(bào)警

軌道電路繼電器和計(jì)軸軌道繼電器有輸出狀態(tài)不一致的情況，增加報(bào)警裝置通知值班人員，便于異常情況下(如軌道電路設(shè)備故障、道床電阻降低、斷軌、計(jì)軸設(shè)備故障、外界干擾計(jì)軸磁頭等)的及時(shí)分析和處理，排除安全隱患[3]。具體電路見圖3。

圖3 報(bào)警電路

2.2.3 ZPW-2000軌道電路自動(dòng)閉塞修改設(shè)計(jì)

將ZPW-2000軌道電路自動(dòng)閉塞系統(tǒng)中的信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈電路、紅燈轉(zhuǎn)移電路、方向電路、自閉結(jié)合電路中的003BGJ、003AGJ軌道繼電器全部更換為由GGJ和JGJ并聯(lián)勵(lì)磁的ZGJ。為減少軌道電路在傳輸過程中的衰耗，將ZPW-2000軌道電路匹配變壓器變比改為18∶1，1 700、2 000、2 300、2 600 Hz的軌道電路的補(bǔ)償電容分別改為 90、80、70、60 μF[3，5]。

3 解決高土壤電阻方案

為保證區(qū)間信號(hào)設(shè)備穩(wěn)定可靠工作，沿線敷設(shè)信號(hào)貫通電纜，將沿線信號(hào)設(shè)備接入貫通電纜，實(shí)現(xiàn)接地和等電位連接。由于襄渝線沿線多為巖石地段，土壤電阻率較高，貫通電纜與土壤的接地電阻遠(yuǎn)大于1 Ω，當(dāng)牽引回流和機(jī)車牽引產(chǎn)生的感應(yīng)電流過大時(shí)，貫通電纜因?yàn)楦綆щ娏鬟^大向鄰近金屬物件放電[6-7]，嚴(yán)重時(shí)會(huì)燒毀沿線的信號(hào)、通信光電纜，造成信號(hào)設(shè)備不能正常工作。增加接地降阻裝置，可以降低貫通電纜與土壤的接地電阻。

3.1 接地降阻裝置的選擇

降阻裝置目前主要有銅制、鋼制、熱鍍鋅、鋅包鋼、銅包鋼、石墨、離子接地極等，各接地極的主要材質(zhì)特點(diǎn)見表2。

襄渝線信號(hào)工程從接地效果、工程難度、使用壽命、維護(hù)難度、工程投資等方面綜合考慮，選用石墨接地極和銅包鋼接地極作為降阻接地裝置。在土壤、沙石等松軟土質(zhì)地段，多采用石墨接地極;在巖石地段，多采用銅包鋼接地極。

表2 接地極材質(zhì)特點(diǎn)

3.2 接地降阻阻值的選擇

貫通電纜上某點(diǎn)的接地電阻為該點(diǎn)至接地極與貫通電纜連接處的電阻值和接地體接地電阻值之和[8]。

襄渝線貫通電纜采用35 mm2裸銅線[9]，貫通電纜長(zhǎng)度與電阻值對(duì)應(yīng)關(guān)系見表3。

表3 貫通電纜長(zhǎng)度與電阻值對(duì)應(yīng)關(guān)系

人工接地體的接地電阻與接地極的數(shù)量有關(guān)，接地極的數(shù)量越多，接地體的接地電阻越低，但接地電阻與接地極的數(shù)量并非成線性關(guān)系。襄渝線沿線主要有黏土、黃土、河流砂、粗?；◢弾r等高土壤電阻土質(zhì)。不同的接地極數(shù)量在不同地質(zhì)條件下達(dá)到的接地電阻見表4。

表4 不同的接地極數(shù)量在不同地質(zhì)條件下達(dá)到的接地電阻

根據(jù)表3和表4可知，貫通電纜接地電阻值越低，需要的接地極數(shù)量越多。襄渝線接地極的設(shè)置受制于山區(qū)地形狹小的地域特點(diǎn)，大量設(shè)置接地極的實(shí)施難度太大。因此貫通電纜敷設(shè)在橋隧相連巖石地段，貫通電纜單點(diǎn)接地電阻降至4 Ω左右;貫通電纜敷設(shè)在砂土地段，貫通電纜單點(diǎn)接地電阻降至2 Ω左右，最終所有單處接地體與貫通電纜連接后形成并聯(lián)整體的接地系統(tǒng)，使貫通電纜接地電阻降至接近1 Ω。

3.3 接地降阻裝置的設(shè)置

橋遂相連的巖石地段，可在長(zhǎng)大橋兩端增加接地體，中橋一端增加接地體，接地體布設(shè)在巖石較少，空間較大的橋梁下河床里，接地體由4～5根鋼包銅和1～2根石墨接地極組成;砂土地段，每隔500 m布設(shè)1組接地體，接地體由1～2根鋼包銅和4～5根石墨接地極組成。利用石墨接地極和銅包鋼接地極作為垂直接地體，接地極間的間距保持在20 m以上[8]，鍍鋅扁鋼作為水平接地體，組成復(fù)合式接地網(wǎng)[10]。貫通地線至人工接地網(wǎng)之間的連接線采用鍍鋅扁鋼和軟銅電纜，其中鍍鋅扁鋼敷設(shè)至橋頭電纜槽下，再用軟銅電纜完成貫通地線與鍍鋅扁鋼之間的連接。設(shè)置單獨(dú)接地體后所有單處接地體與貫通電纜連接后形成并聯(lián)整體的接地系統(tǒng)，從而將貫通地纜的接地電阻降低。

4 結(jié)語

西部大開發(fā)，鐵路要先行。在國家實(shí)施西部鐵路大發(fā)展中，必將遇到更多的山區(qū)鐵路建設(shè)。在山區(qū)鐵路工程的實(shí)施過程中會(huì)遇到很多新的技術(shù)問題，提出的計(jì)軸加軌道電路自動(dòng)閉塞制式解決低道床對(duì)軌道電路影響，設(shè)置接地降阻系統(tǒng)解決高土壤電阻對(duì)設(shè)備接地影響的設(shè)計(jì)方案具有一定的可靠性、適用性、經(jīng)濟(jì)性，并已在襄渝線成功應(yīng)用，全線自開通以來現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)用效果良好，希望對(duì)今后的山區(qū)鐵路信號(hào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)能起到拋磚引玉的作用。

[1]中華人民共和國鐵道部.TB10007—2006 鐵路信號(hào)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:中國鐵道出版社，2006.

[2]中華人民共和國鐵道部.運(yùn)基信號(hào)2006[168]號(hào) 關(guān)于發(fā)布《ZPW-2000A軌道電路整治基本技術(shù)原則》的通知[S].北京:2006.

[3]中華人民共和國鐵道部.運(yùn)基信號(hào)2006[446]號(hào) 關(guān)于印發(fā)《計(jì)軸加軌道電路解決自動(dòng)閉塞解決自動(dòng)閉塞“紅光帶”方案的指導(dǎo)意見》的通知[S].北京:2006.

[4]鐵道部通信信號(hào)總公司研究設(shè)計(jì)院.TB/T1567—1990 鐵路自動(dòng)閉塞技術(shù)條件[S].北京:中華人民共和國鐵道部，1990.

[5]張朝波.計(jì)軸加ZPW-2000A軌道電路模式運(yùn)用初探[J].鐵路通信信號(hào)工程技術(shù)，2009(6).

[6]中華人民共和國鐵道部.鐵運(yùn)2008[142]號(hào) 鐵路信號(hào)維護(hù)規(guī)則[S].北京:中國鐵道出版社，2008.

[7]馬智芳.電氣化牽引電流對(duì)信號(hào)軌道電路的干擾及防護(hù)措施[J].鐵路通信信號(hào)工程技術(shù)，2004(3).

[8]鐵道部工程設(shè)計(jì)鑒定中心.鐵路綜合接地和信號(hào)設(shè)備防雷系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)指南[M].北京:中國鐵道出版社，2009.

[9]北京全路通信信號(hào)研究設(shè)計(jì)院.ZPW-2000系列無絕緣軌道電路標(biāo)準(zhǔn)匯總[S].北京:北京全路通信信號(hào)研究設(shè)計(jì)院，2004.

[10]中華人民共和國鐵道部.鐵建設(shè)2007[39]號(hào) 關(guān)于發(fā)布《鐵路防雷、電磁兼容及接地工程技術(shù)暫行規(guī)定》的通知[S].北京:2007.