軌道電路分路不良改造和維護

董 旭 上海鐵路局上海電務(wù)段

軌道電路分路不良長期以來是全路亟待解決的重大安全技術(shù)問題。軌道電路分路不良對鐵路行車安全的危害是極其嚴重的。直接反映就是“信號聯(lián)鎖失效”，極有可能造成信號錯誤開放、道岔中途轉(zhuǎn)換，由此造成列車沖突、脫軌或擠壞道岔等行車事故，給鐵路運營帶來了安全隱患，嚴重影響了鐵路運輸效率。

1 分路不良原因及對策

軌道電路分路不良多為污染嚴重、車輛很少走行區(qū)段、鋼軌生銹表面氧化所致。鋼軌與車輪之間的接觸大致可分為半導(dǎo)體薄膜接觸、氧化薄膜接觸和電阻接觸三種，一般常說的分路不良多為軌間半導(dǎo)體薄膜接觸。能夠使半導(dǎo)體薄膜導(dǎo)通的電壓約為（0.6～0.7）V,即擊穿雙軌面的電壓應(yīng)在（1.2～1.4）V以上，而97型25 Hz相敏軌道電路在∞Ω·km的道碴電阻條件下（,200～1000）m長度軌道電路的受端軌面電壓僅（0.4～0.8）V,達不到半導(dǎo)體薄膜導(dǎo)通的電壓,在軌面生銹的情況下,很難實現(xiàn)2軸車的分路檢查。因此提高軌面電壓（2～3）V,即采用3 V化25 Hz相敏軌道電路后，可以解決絕大多數(shù)分路不良的區(qū)段。

2 改進重點

（1）在增加調(diào)諧器，提高25 Hz相敏軌道電路抗干擾能力的基礎(chǔ)上，保留并改進調(diào)諧器的設(shè)計,增加它的功率。扼流變壓器增加第三線圈,利用三元件的兩端對稱網(wǎng)絡(luò)原理，諧振極點置于25 Hz另點置于50 Hz，使抗不平衡電化干擾達到100 A以上，利用諧振增大勵磁阻抗，改進分路特性。

（2）保留97型25 Hz相敏軌道電路工作的穩(wěn)定性。保留全部雙軌條的扼流配置，送、受電端均采用諧振型扼流變壓器，用增加最少的軌道功率，最大限度地增高軌面電壓，擊穿氧化膜層，達到受電軌面3 V左右及以上的電壓，迫使軌面殘留1 V時對應(yīng)軌道繼電器電壓不大于可靠落下值。

（3）增加送、受電端軌道電阻，提高分路靈敏度。

（4）優(yōu)選軌道電路的終端阻抗，利用電抗器使之穩(wěn)定在一定范圍。

（5）利用受電端電抗變壓器的飽和特性，在調(diào)諧器故障時不平衡干擾電流大于40 A時，自復(fù)式熔斷器斷開，保護終端設(shè)備。

（6）嚴格實行極性交叉防護，做到電化區(qū)段新、老制式絕緣單破、雙破均有檢查；非電化均有防護。

（7）采用嚴格LC參數(shù)的HF2-25防護盒，新的設(shè)計采用調(diào)相器來調(diào)相，用來糾正由于二線制電碼化必須介入過多的隔離設(shè)備，造成相位偏移。而采用HF3-25、HF4-25的防護盒又無法做到現(xiàn)場一致性互換，克服產(chǎn)生的弊端。

（8）采取電化、非電化通用形式的3 V化軌道電路，實施電化只要把變壓器更換為扼流變壓器即可。變壓器也有形如扼流的第3線圈，采用調(diào)諧的辦法，提高終端阻抗。各種電碼化隔離設(shè)備及軌道電路調(diào)整表都可以通用。

（9）電抗變壓器的使用，考慮軌道電路長度較長時（≥1000 m），適應(yīng)的道碴電阻從0.6 Ω·km變化到∞Ω·km。會造成軌道繼電器電壓超過60 V，現(xiàn)限于（50-52）V（97 型 50 V），還要考慮故障安全和承諾的分路靈敏度不改變。

（10）調(diào)相器調(diào)整相移，在提高軌間電壓的同時，更進一步節(jié)約電能，并符合故障安全原則。

（11）3 V化25 Hz軌道電路克服了97型25 Hz軌道電路分路不良的缺點，可在大修、更新改造時作為新制式投入運營以取得更好的效能。

（12）采用改進型自復(fù)式保險開關(guān)做軌道電路的熔斷器。

3 系統(tǒng)原理及改進器材簡介

3.1 系統(tǒng)原理

3 V化25 Hz相敏軌道電路基本保持了97型25 Hz相敏軌道電路構(gòu)成原理。在全站25 Hz相敏軌道電路室內(nèi)設(shè)備不變的基礎(chǔ)上，更換室外器材提高軌面電壓，在室外的受電端增加調(diào)相器，改進了室外扼流變壓器和受端中繼變壓器以提高軌面電壓，把軌道繼電器調(diào)整到軌道殘壓為1 V時，就能使它可靠落下，達到提高軌道電路分路靈敏度的目的。以電氣化區(qū)段四線制3 V化25 Hz相敏軌道電路疊加ZPW-2000（UM71）電碼化一送一受區(qū)段（如圖1）為例。

圖1 電氣化區(qū)段四線制3 V化25 Hz相敏軌道電路疊加ZPW-2000（UM71）電碼化簡圖

3.2 改進器材簡介

由圖1可見，3 V化25 Hz相敏軌道電路改進的器材有：

3.2.1 諧振扼流變壓器

BE1-F型扼流變壓器適用于3 V化25 Hz相敏軌道電路，其作用是提高軌道電路終端阻抗，改善軌道電路的分路靈敏度，提高軌道電路抗牽引電流干擾的能力，改善由于脈沖干擾造成軌道電路"紅光帶"問題。該扼流變壓器的設(shè)計原理是通過提高扼流變壓器牽引側(cè)25 Hz阻抗，來提高軌面電壓。但目前現(xiàn)場使用的扼流變壓器牽引側(cè)的25 Hz阻抗均小于1 Ω。為了將25 Hz阻抗提高，繞制了除牽引圈和信號圈外的第三線圈，使第三線圈在扼流變壓器正常工作時與調(diào)諧器產(chǎn)生25 Hz的電流諧振。該電流諧振將產(chǎn)生很大的25 Hz阻抗，其映射到牽引線圈的25 Hz阻抗也將大大提高（約5 Ω）。如圖2所示為該新型扼流變壓器的設(shè)計原理圖。對于調(diào)諧器本身來說，L1與C1構(gòu)成50 Hz的串聯(lián)電壓諧振。該電壓諧振回路會產(chǎn)生很低的50 Hz阻抗，而且該阻抗對于軌道回路、電纜電阻以及室內(nèi)設(shè)備所產(chǎn)生的50 Hz阻抗來說非常小，相當于“短路”，所以不平衡電流在牽引線圈上產(chǎn)生的電壓映射到第三線圈后將被"短路"而消耗，這樣就能大大減少不平衡電流的干擾。

3.2.2 受端中繼電抗變壓器

如圖1所示，3 V化25 Hz相敏軌道電路室外受端使用的是BGK-130/25型電抗軌道變壓器，該變壓器作用是與扼流變壓器、調(diào)諧器配合，提高軌道電路分路靈敏度，穩(wěn)定軌道電路終端阻抗，提高了分路和斷軌檢查，有效限制軌道繼電器電壓和分路干擾電流等。該電抗器的設(shè)計原理是：由于軌道回路25 Hz阻抗和軌面電壓的提高，導(dǎo)致軌道電路終端電壓提高，在道床電阻從（0.6～∞）Ω·km和股道長度由（100～1500）m變化的過程中，軌道電路的終端電壓會出現(xiàn)較大的變化，使繼電器端電壓過高。這種現(xiàn)象的出現(xiàn)不利于軌道電路器材的工作。因此，需要如圖3所示曲線變化的變壓器。隨著受端變壓器Ⅱ次側(cè)電壓的提高，受端變壓器Ⅰ次側(cè)電壓的變化速度逐漸變緩，利用電抗變壓器的原理便能夠?qū)崿F(xiàn)此目的。由于電抗器的作用，調(diào)整了相鄰軌面電壓的角度，增強極性交叉，提高絕緣破損防護的可靠性。此外，利用電抗變壓器調(diào)節(jié)軌道電路終端映射在受端扼流變壓器上的阻抗，大約2 Ω左右，可確保扼流變壓器同側(cè)雙斷線的安全。電抗變壓器Ⅰ次與Ⅱ次共設(shè) 1.1、1.6、2.2、3.3、4.4等變比，以滿足不同軌道電路長度和不同軌面電壓的要求。

圖2 諧振扼流變壓器

圖3 變壓器變化曲線

3.2.3 QT-25調(diào)相器

QT-25調(diào)相器用于電化/非電化非電碼化區(qū)段受端，二線制疊加UM-71、ZPW-2000電碼化區(qū)段受端，二線制疊加國產(chǎn)移頻受端不發(fā)碼區(qū)段的受端，四線制疊加UM-71、ZPW-2000電碼化區(qū)段單端發(fā)碼區(qū)段的不發(fā)碼端，一送多受的分受端。其作用是使軌道繼電器軌道線圈電壓和局部線圈電壓有較好的相位差。對于25 Hz相敏軌道電路，二元二位繼電器的軌道和局部電源相差越接近90°，在相同的軌道電壓下二元二位繼電器越能可靠吸起。QT-25調(diào)相器的原理如圖4所示，調(diào)相器串接在軌道電路的受端。元件的參數(shù)為：電感2 H，電容為2 uF、2 uF、4 uF、8 uF，即電容的變化范圍為（0-16）uF，電感和電容串接，電容可相互并接改變?nèi)萘恳哉{(diào)整相位。

圖4 調(diào)相器

3.2.4 HPT-ZD調(diào)相匹配盒

對于四線制疊加ZPW-2000（UM71）區(qū)段,送端隔離設(shè)備可以利舊,隔離部分固定使用電感部分；受端隔離設(shè)備應(yīng)更換為HPT-ZD調(diào)相匹配盒,該調(diào)相匹配盒同時具備隔離、調(diào)相功能。其調(diào)相部分的作業(yè)是使軌道繼電器軌道線圈和局部線圈電壓有較好的相位差，匹配部分通過對軌道電路與發(fā)送端信號電纜的匹配連接，保證機車信號穩(wěn)定、可靠地工作。其原理如圖5所示。

圖5 調(diào)相匹配盒

3.2.5 抑制器

QY-T型抑制器用于3 V化25 Hz相敏軌道電路和高壓脈沖軌道電路疊加電碼化區(qū)段。其作用是，通過25 Hz信號、50 Hz信號和高壓脈沖信號抑制電碼化信號，從而達到3 V化25 Hz相敏軌道電路和高壓脈沖軌道電路與電碼化的正常疊加。

4 結(jié)束語

3 V化25 Hz相敏軌道電路已經(jīng)在上海鐵路局多處上道試用,證明能夠解決現(xiàn)場大部分生銹區(qū)段的分路不良問題,是目前解決軌道電路分路不良問題集安全、可靠、經(jīng)濟、實用為一體的有效方案。但在日常維護中還需注意：①由于3 V化改造后，軌面電壓達到3 V或者超過3 V，對軌道區(qū)段各種絕緣性能要求相應(yīng)提高，所以要求日常加強對各種絕緣（軌距桿、安裝裝置、軌端絕緣）檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時處理。②3 V化改造原則上能消除分路不良，但易隨車流變化而變化，因此信號工區(qū)應(yīng)加強監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)不良及時處理。