淺談25Hz相敏軌道電路的應(yīng)用及故障分析

吳文艾 劉聰 王紀(jì)元

摘 要：截至2018年年末，中國高鐵總里程突破了3萬公里，鐵路總里程超過13萬公里。為了保障25Hz相敏軌道電路的工作正常運行，鐵路部門也增加了一些現(xiàn)代化的設(shè)備對軌道電路進(jìn)行監(jiān)測，例如微機監(jiān)測系統(tǒng)就有監(jiān)測25Hz相敏軌道電路的動態(tài)電路曲線圖，通過觀測動態(tài)電路曲線圖，發(fā)現(xiàn)電壓不穩(wěn)定以及曲線波動等問題要及時分析故障并查找原因，把系統(tǒng)故障控制在事態(tài)發(fā)展初期，研究25Hz相敏軌道電路應(yīng)用對我國交通事業(yè)有著進(jìn)一步的促進(jìn)意義。

關(guān)鍵詞：電氣化;混線;故障

1 25Hz相敏軌道電路應(yīng)用

1.1 25Hz相敏軌道電路基本應(yīng)用

軌道電路一般應(yīng)用于車站和區(qū)間內(nèi)，通過自動閉塞分區(qū)經(jīng)過信號機分區(qū)可以得知站內(nèi)的軌道電路與自動閉塞功能相同的線路。單拿機車信號來說，信息源就是不同區(qū)段的軌道電路以及軌道電路地面發(fā)送裝置的站內(nèi)電碼化軌道電路。25Hz相敏軌道電路的受電端采用獨特的二元二位軌道繼電器。所以其受電端有著可靠的頻率選擇性和相位選擇性，因此25Hz相敏軌道電路既可以用于交流電氣化區(qū)段，還可以用于非電氣化區(qū)段[2]。

電氣化區(qū)段對軌道電路的基本要求。（1）必須采用非工頻型軌道電路：采用非工頻軌道電路（移頻軌道電路、25Hz相敏軌道電路、不對稱軌道電路等）和50Hz的牽引電流相區(qū)分，軌道電路可以對牽引電流的基波和諧波干擾有一定的扼制作用，使軌道電路設(shè)備工作更加準(zhǔn)確可靠。（2）各軌道電路采用雙扼流雙軌條軌道電路：利用扼流變壓器溝通牽引電流形成雙軌條回流的，稱之為雙軌條電路，這時候軌道電路處在平衡狀態(tài)，促使完成站內(nèi)電碼化更為便捷，雙軌制條電源電路一般工作中于區(qū)間和站內(nèi)正線。（3）交叉渡線（包含復(fù)式交叉道岔）上兩根直股全都通過牽引電流時，應(yīng)當(dāng)在其兩端加設(shè)鋼軌絕緣。如右圖所示，兩個道岔區(qū)段，非電氣化區(qū)段，不用加裝a和b絕緣節(jié)。但是電氣化區(qū)段當(dāng)電力機車行駛在交叉渡線上時，由于鋼軌絕緣位置設(shè)置不嚴(yán)密從而導(dǎo)致不平衡電流加大，容易造成熔絲燒斷，此時繼電器落下。然而，由于1軌條（粗線）通過道岔跳線和4軌條（粗線）直接連接，而2軌條和3軌條通過扼流變壓器的半邊線圈和橫向連接線串流之后形成了并聯(lián)的迂回通路（如右圖中虛線所示），使得上下兩個道岔區(qū)段間，存在分路的時候相互影響和工作不穩(wěn)定的問題。為了保證交叉渡線上機車信號設(shè)備和軌道電路能夠正常工作，當(dāng)交叉渡線上的兩根鋼軌全都經(jīng)過牽引電流時，應(yīng)該在此交叉渡線上增設(shè)絕緣節(jié)（右圖的a，b所示），這樣就可以切斷1軌條和4軌條之間的電氣連接，將上下兩個道岔區(qū)段完全分開。

交叉渡線加設(shè)絕緣節(jié)示意圖

（4）道岔跳線、鋼軌引接線和接續(xù)線截面增大，引接線等阻。利用牽引電流連接線和道岔跳線的截面面積大于42mm的多股鍍鋅鐵絞線來使?fàn)恳娏鬟B接線的兩端焊牢來減小鋼軌阻抗。在穿過鋼軌的時候，距離軌底的防護距離不得小于30mm。（5）相關(guān)地線連接規(guī)定：加設(shè)軌道電路的鋼軌禁止與橋梁等建筑物、接觸網(wǎng)的桿搭地線的地線直接連接，不能通過火花間隙與鋼軌直接相連。（6）吸上線及回流線與鋼軌連接時的技術(shù)要求：①吸上線、回流線（包括開閉所、分區(qū)亭的接地網(wǎng)和鋼軌的連接線）應(yīng)該接在扼流變壓器的中性點上。為了防止迂回電路影響行車安全和保證軌道電路的可靠工作，一般情況下，不另外裝設(shè)扼流變壓器，而是與軌道電路共用。②對于取用自接觸網(wǎng)供電作為車站電源的25kV變壓器的回流線，在就近軌道上無扼流變壓器的情況下，可在軌道電路上增加一臺扼流變壓器，并且把端子接在扼流變壓器中心的端子板上。③在特殊情況下，例如路外通信設(shè)備拆遷工作量巨大，或者對通信干擾嚴(yán)重，吸上線或PW保護線部位與軌道電路的接受、發(fā)送端間距超過500m時，在軌道電路上增設(shè)一臺扼流變電器，吸上線或PW保護線應(yīng)當(dāng)安置于扼流變電器的端子板上。其他的吸上線嚴(yán)禁和軌道電路的兩邊相互連接。④采用ZPW-2000（UM）系列的軌道電路時，應(yīng)將吸上線或PW保護線連接在電感線圈中心點，當(dāng)軌道電路中間必須增加扼流變壓器時，應(yīng)在扼流變壓器的中心端子板上安裝吸上線或者PW保護線。

1.2 25Hz相敏軌道電路優(yōu)勢分析

高壓不對稱脈沖電路也是軌道電路的一種，其原理就是正脈沖和負(fù)脈沖“不對稱”鋼軌表面的正脈沖幅值超過100V時，可以穿透軌道表面中的生銹層以及粉塵污染，可以起到很好的分路作用。高壓不對稱軌道電路適用于現(xiàn)如今所有投入鐵路運輸?shù)臋C車，例如普鐵、高鐵、CRH等動車組。如果要投入新研究的車輛，需檢測髙壓不對稱電路并探討其是不是具備很強的抗機車干擾工作能力。另外，還要挑選尺寸合適的電源屏。一般來說，軌道電路會根據(jù)穩(wěn)壓電源產(chǎn)生多通道輸出，因此電該估算整站軌道電路的總?cè)萘俊Ａ硗?，還要挑選尺寸合適的電源屏。一般來說，軌道電路會根據(jù)穩(wěn)壓電源產(chǎn)生多通道輸出，因此電子計算機的電源總產(chǎn)量不是符合要求的，且各路輸出電源的容積不可超過額定值輸出。

UM71軌道電路屬于諧振式無絕緣軌道電路，它由安裝在室內(nèi)的發(fā)送器、接收器、軌道繼電器以及安裝在室外的調(diào)諧單元、空心線圈、帶模擬電纜的匹配變壓器和若干補償電容組成。其工作原理如下：編碼系統(tǒng)在發(fā)送器EM控制下，產(chǎn)生低頻調(diào)制的移頻信號，經(jīng)由電纜通道、匹配單元TDA和調(diào)諧單元BA，傳送至軌道，經(jīng)送電端傳輸?shù)绞茈姸说恼{(diào)諧單元BA再通過接收端的匹配單元和電纜通道將信號發(fā)送到接收器RE中，接收器將調(diào)制信號進(jìn)行一系列的解調(diào)和放大，動作于軌道繼電器，用來反映列車是否占用該區(qū)段軌道電路。鋼軌上傳輸?shù)牡皖l信息通過機車接收線圈送給TVM-300，用于機車信號和速度監(jiān)控應(yīng)用。

移頻軌道電路是建立在移頻自動閉塞的基礎(chǔ)上，軌道電路中傳送的移頻電流包含多種行車信息，如反映前行列車的運行位置，確定各通過信號機的顯示，為列車提供行車命令。同時，還為列車運行自動控制系統(tǒng)提供各樣相關(guān)信息。

1.3 25Hz相敏軌道電路的電氣化特性

在調(diào)整狀態(tài)的時候，軌道繼電器軌道線圈上的有效電壓不得低于18V，也是說應(yīng)該高于軌道繼電器正常工作值（15V）的20%，以此來保證軌道繼電器的正常吸起。在用006Ω標(biāo)準(zhǔn)分路電阻線在軌道電路送電端或受電端的軌面任意一處分路的時候，軌道繼電器端電壓（分路殘壓）應(yīng)小于7.4V，但軌道繼電器的釋放值大約是8.6V，且留有一定的余量，來保證前接點可以正常的斷開。

2 25Hz相敏軌道電路故障分析

2.1 電力牽引造成的軌道電路故障分析

（1）軌道電路閃紅光帶：軌道電路閃紅光帶是容易發(fā)生的慣性故障，大都是瞬間造成的，發(fā)生較短時間后軌道電路便可以自動復(fù)原。雖然只是發(fā)生的這一瞬間，但是對行車運輸?shù)男视兄艽蟮挠绊?。形成這種故障的主要原因分析如下：①不平衡電流在電氣化區(qū)段的干擾。這是形成軌道電路閃紅光帶的主要原因，必須采用抗干擾設(shè)備，以免不平衡電流出現(xiàn)之后器材、設(shè)備被損壞。例如高容量扼流變壓器、帶適配器的扼流變壓器、開氣隙的扼流變壓器、防雷軌道變壓器、防護盒、鉛心保安管等等，都可以有效地去防護不平衡電流所帶來的干擾。②機車升弓電流所引起的閃紅光帶。機車升弓電流是指在機車即將啟動的時候產(chǎn)生的瞬間牽引電流，此電流值一般數(shù)值較大，瞬間牽引電流帶來的瞬間沖擊對25Hz相敏軌道電路繼電器的正常工作有著巨大的影響。

例如，列車停留在某股道，此時機車升弓馬上啟動，瞬間電流所帶來的影響會導(dǎo)致相鄰或者不相鄰的軌道繼電器發(fā)生瞬間誤跳（嚴(yán)重時該軌道電路繼電器的前接點會發(fā)生顫動），這就是造成某區(qū)段閃紅光帶的主要原因，使即將開放的信號自動關(guān)閉。為了避免機車升弓電流對軌道電路帶來的影響，現(xiàn)利用加裝復(fù)式繼電器來防止軌道繼電器錯誤跳動，而復(fù)式繼電器的安裝也比較簡單，只要把復(fù)式繼電器接點接于聯(lián)鎖電路中。除此之外，還可以安裝適配器來消除升弓電流所帶來的影響。

（2）強電流入侵燒毀設(shè)備：強電流入侵會燒毀軌道電路設(shè)備，這是由于過大的不平衡的電流入侵設(shè)備之后直接讓設(shè)備發(fā)熱導(dǎo)致毀壞。然而當(dāng)回流不暢通的時候，造成牽引電流直接侵入設(shè)備某處，幾百安培的電流會直接燒毀設(shè)備，形成巨大的故障范圍，帶來巨大的損失，雖然燒毀設(shè)備發(fā)生的概率較小，但是其影響面較大，一旦發(fā)生之后便帶來恢復(fù)時間長、損失大的不良影響，對鐵路運輸?shù)挠绊懸簿透?。強電流產(chǎn)生原因分析如下：①電氣化區(qū)段中出現(xiàn)部分接觸網(wǎng)短路，此時不平衡電流會瞬增到數(shù)百安培，這種情況極少出現(xiàn)。②牽引電網(wǎng)的瞬間閃絡(luò)，由于其持續(xù)時間短（變電所不跳閘），其瞬間電流脈沖傳到接觸網(wǎng)支柱火花間隙導(dǎo)通后進(jìn)入單側(cè)軌，導(dǎo)致一個巨大的不平衡的電流在單側(cè)軌中產(chǎn)生。③接觸網(wǎng)支柱的火花間隙短路或接地線錯誤連接而造成的穩(wěn)態(tài)數(shù)值較大的不平衡電流。④嚴(yán)重回流不暢通所帶來的強電流。為了防止這樣的故障發(fā)生，首先，軌道電路的傳輸性能需要提高，確保牽引回流的暢通無阻，減少或消除不平衡電流的影響。避免牽引電流聚集某處而毀壞設(shè)備。例如，對各種連接線和中性連接板以及吸上線接點的加固，對連接線和接續(xù)線橫截面積的加大，利用等阻連接線、對軌道電路的傳輸特性進(jìn)行調(diào)整等等。這些方法全部可以提高軌道電路的傳輸性能。

2.2 25Hz相敏軌道電路組成部件故障分析

（1）斷路故障分析：首先確定是室內(nèi)故障還是室外故障。在分線盤上將回樓電纜（兩根甩凈）甩開，再用交流100V擋測回樓電壓，若電壓大于50V，則為室內(nèi)故障，如果電壓沒有變化，則為室外故障。室內(nèi)可能出現(xiàn)斷線：繼電器線圈斷線、繼電器接觸不良、防護盒內(nèi)部斷線、分線盤螺絲松脫、側(cè)端子焊點開焊，正線電碼化區(qū)段內(nèi)FMJ未復(fù)原、電容斷線等。室外可能出現(xiàn)斷線：送電端和受電端熔斷器故障、變壓器線圈斷線、電纜斷線、鋼軌折斷、導(dǎo)接線斷裂等。此時，通過測量送端限流電阻和送端軌面電壓就可以確定斷線故障及其位置。如果電壓低于正常值，則為斷線故障，斷點在軌面或受電端處。（2）混線故障分析：首先，斷開回樓電纜，用交流100V測量回樓電纜電壓，若電壓大于50V，則為室內(nèi)故障;否則，電壓較小，一般在10V左右，則故障在室外。室內(nèi)混線處：硒片擊穿引起的短路，防護盒內(nèi)部混線，繼電器線圈混線，分線盤和側(cè)面盤子中有異物都為混線故障問題。室外混線處：絕緣皮損壞，鋼軌接縫處有鐵屑絕緣，電纜對地絕緣嚴(yán)重不良（例如電纜盒進(jìn)水），扼流變壓器與鋼絲繩連接等。

3 結(jié)語

本文主要對25Hz相敏軌道電路的應(yīng)用進(jìn)行闡述，剖析了25Hz相敏軌道電路的故障原因，主要從斷路故障以及混線故障分別描述，軌道電路主要運用于車站和區(qū)間內(nèi)，25Hz相敏軌道電路相對于其他電路而言，其主要優(yōu)勢主要是因為它獨特的結(jié)構(gòu)，它同時具有頻率選擇和相位選擇，以及有著較強的抗干擾能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]李風(fēng)華.鐵路信號25Hz相敏軌道電路故障處理[J].山東工業(yè)技術(shù)，2016.

[2]雷勇.25Hz軌道電路室外故障分析探討[J].科技資訊，2015.

[3]魯恩斌.漢宜客運專線站內(nèi)25Hz相敏軌道電路應(yīng)用案例分析[J].高速鐵路技術(shù)，2014.

[4]張祖林.25Hz相敏軌道電路在重載鐵路的應(yīng)用[J].企業(yè)技術(shù)開發(fā)，2014.

[5]浩聰慧.25Hz相敏軌道電路在大準(zhǔn)鐵路的應(yīng)用體會[J].科技傳播，2010（23）.

作者簡介：吳文艾（1990—），女，漢族，甘肅天水人，本科，講師，研究方向：軌道交通信號與控制。