淺談50Hz相敏軌道電路的工作原理

王珊珊，王成娟

（1.吉林省經(jīng)濟(jì)管理干部學(xué)院，吉林長(zhǎng)春，130012；2.中國(guó)鐵路濟(jì)南局青島動(dòng)車段，山東青島，266031）

1 50Hz相敏軌道電路概述

值班員在室內(nèi)值班室，他怎么會(huì)了解室外列車的運(yùn)行情況，怎么會(huì)清楚鋼軌上是否有車占用呢？一切都是通過軌道電路來進(jìn)行監(jiān)督的。軌道電路是利用兩根鋼軌作為導(dǎo)體，在一定長(zhǎng)度的鋼軌兩端裝設(shè)機(jī)械絕緣節(jié)或電氣絕緣節(jié)，中間的軌縫用鋼軌接續(xù)線連接起來，并用鋼軌引接線連接電源和接收設(shè)備的電路［1］。軌道電路將列車的運(yùn)行和信號(hào)系統(tǒng)聯(lián)系起來，不僅可以自動(dòng)連續(xù)的檢測(cè)線路的占用情況，還能夠通過鋼軌來傳遞行車信息，從而保證行車安全。

軌道電路的種類有很多，按傳輸電流特性來分，可以分為工頻交流連續(xù)式軌道電路和音頻軌道電路。其中，工頻交流連續(xù)式軌道電路包括25Hz相敏軌道電路和50Hz相敏軌道電路兩種。目前，城市軌道交通中多用50Hz相敏軌道電路，鐵路中主要應(yīng)用25Hz相敏軌道電路。50Hz相敏軌道電路采用二元二位繼電器作為軌道繼電器，其具有獨(dú)特的相位選擇特性和頻率選擇特性，具有可靠性高、安全性高、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用在城市軌道交通車輛段、停車場(chǎng)以及正線道岔區(qū)段。

2 50Hz相敏軌道電路結(jié)構(gòu)及各部件作用

50Hz相敏軌道電路是由送電端設(shè)備、受電端設(shè)備以及通道設(shè)備三部分組成，其結(jié)構(gòu)如圖1所示：

圖1 50Hz相敏軌道電路

2.1 送電端設(shè)備

送電端一般安裝在室外變壓器箱內(nèi)，軌道電源從室內(nèi)通過電纜送至送電端。送電端的主要作用是向軌道電路供電，主要設(shè)備包括BG5－D型軌道變壓器、R－2.2／220型變阻器、10A熔斷器。

（1）送電端BG5－D型軌道變壓器主要用于向軌道電路供電，起降壓作用，接電源的為一次側(cè)，接設(shè)備的為二次側(cè)。它的一次側(cè)電壓為220v，二次側(cè)通過連接的端子不同，可以獲得各種不同的電壓值，一般電壓范圍在0.45－10.80 V之間。調(diào)整軌道變壓器的二次側(cè)端子，可使軌道繼電器正常工作。

（2）送電端變阻器是一個(gè)可調(diào)電阻器，型號(hào)為R－2.2／220型，其阻值為2.2Ω，功率為220W，容許電流為10 A，容許溫度為105℃。變阻器主要用于調(diào)整軌道電路的電壓，當(dāng)軌道電路被列車的輪對(duì)分路時(shí)，能夠防止輸出電流過大而損壞電源，能夠保護(hù)電源不至于因過負(fù)荷而損壞，同時(shí)又保證列車占用軌道時(shí)，軌道繼電器可靠落下。

（3）送電端10A熔斷器，也叫過電流保護(hù)器，主要起到過電流保護(hù)作用。

2.2 受電端設(shè)備

受電端設(shè)備包括安裝在室外變壓器箱或電纜盒內(nèi)的BZ－D型中繼變壓器、R－2.2／220型變阻器、10A熔斷器，安裝在室內(nèi)組合架上電容器C／CA、防雷元件、交流二元二位繼電器等。受電端的主要作用是通過軌道繼電器來反映軌道電路范圍內(nèi)有無列車占用以及鋼軌是否完整。

（1）受電端的中繼變壓器型號(hào)為BZ4型，起升壓作用，接電纜的為一次側(cè)，接設(shè)備的為二次側(cè)，一次側(cè)的輸入電壓為1－2伏，允許電流為10A，頻率為50Hz，功率為5W，匝比為1：70。中繼變壓器與受電端的軌道繼電器（交流二元二位繼電器）配合使用，可以使鋼軌阻抗與軌道變壓器阻抗相匹配。

（2）受電端有2個(gè)電容器，電容器C用于隔離直流，不使?fàn)恳娏鬟M(jìn)入軌道繼電器的軌道線圈，并能夠減少軌道電路的傳輸衰耗和相移。另一個(gè)電容器CA起補(bǔ)償作用，以提高軌道繼電器局部線圈的功率因數(shù)，降低輸入電流。

（3）受電端防雷元件Z是對(duì)接的硒片，也稱為浪涌抑制器，主要是用于防雷。

（4）交流二元二位繼電器是50Hz相敏軌道電路受電端的主要部件，用于表示軌道電路的占用情況。繼電器吸起，表示軌道區(qū)段空閑，繼電器落下，表示軌道區(qū)段有車占用。其中，1－2線圈接局部電源，3－4線圈接軌道電源。二元是指兩個(gè)相互獨(dú)立又相互作用的交變電磁系統(tǒng)，二位是指繼電器有吸起和落下兩種狀態(tài)。二元二位繼電器具有相位選擇性和頻率選擇性，見圖2所示。

圖2 交流二元二位繼電器工作原理

當(dāng)交流二元二位繼電器電磁系統(tǒng)的局部線圈和軌道電路線圈中分別通以一定相位差的交變電流IJ和IG時(shí)，會(huì)形成兩個(gè)交變磁通ΦJ和ΦG。當(dāng)交變磁通穿過翼板時(shí)，會(huì)形成兩個(gè)磁極J和G，在翼板中分別產(chǎn)生感應(yīng)電流，可以將其看作是許多環(huán)繞磁通的電流環(huán)所組成，我們把它稱為渦流，用IWJ和IWG表示。渦流IWJ和IWG在磁極J和G的作用下分別產(chǎn)生電磁力F2和F1。F1和F2方向可通過左手法則確定。如果要使F1和F2方向相同，則要求ΦJ和ΦG方向必須相反，IWJ和IWG方向相同。或者兩個(gè)渦流IWJ和IWG方向相反，而兩個(gè)磁通ΦJ和ΦG方向相同。只有在兩個(gè)磁通ΦJ和ΦG方向相位差為90度的條件下，F(xiàn)1和F2是同方向的，也就是說在任何瞬間翼板總是受到一個(gè)方向的轉(zhuǎn)動(dòng)力的作用。概括來說，當(dāng)局部電流相位超過軌道電流相位90度時(shí)，即ΦJ超前ΦG90度時(shí)，在翼板得到正方向的轉(zhuǎn)矩，接通前接點(diǎn)。當(dāng)局部電流相位滯后軌道電流相位90度時(shí)，即ΦJ滯后ΦG90度時(shí)，在翼板得到反方向的轉(zhuǎn)矩，接通后接點(diǎn)。這就是交流二元二位繼電器的相位選擇性。

當(dāng)兩根鋼軌上的牽引電流不平衡時(shí)，會(huì)有其他頻率的電壓加在軌道線圈上，這時(shí)所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩力在一個(gè)周期內(nèi)的平均值為0。因此，若有干擾電流混入與50Hz的局部線圈相作用，并且當(dāng)列車占用軌道電路時(shí)，翼板不產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，不會(huì)使繼電器誤動(dòng)。只有當(dāng)軌道線圈與局部線圈接收到相同頻率的電流時(shí)，繼電器才會(huì)動(dòng)作［2］。這就是交流二元二位繼電器的頻率選擇性。

2.3 通道設(shè)備

（1）鋼軌是傳輸軌道電流的導(dǎo)體，在電力牽引區(qū)段，鋼軌線路又可以作為牽引電流的回路。

（2）鋼軌絕緣也叫絕緣節(jié)，設(shè)置于兩個(gè)軌道電路的分界處，用于隔離相鄰的軌道電路，保證相鄰軌道電路區(qū)段在電氣上的可靠隔離。兩絕緣節(jié)之間的鋼軌線路的長(zhǎng)度就是軌道電路的長(zhǎng)度。鐵路上多采用機(jī)械強(qiáng)度高、絕緣性能好的絕緣材料。在鋼軌與夾板間，墊有槽形絕緣板，夾板螺栓與夾板之間裝有絕緣套管和絕緣墊圈。在兩個(gè)鋼軌銜接的斷面間，還夾有與鋼軌斷面相同的軌端絕緣。

（3）鋼軌接續(xù)線用于連接相鄰鋼軌，在兩節(jié)鋼軌的接頭處，為了減少鋼軌與鋼軌夾板間的接觸電阻，保證電信息的延續(xù)，用鋼軌接續(xù)線連接，鋼軌接續(xù)線有塞釘式和焊接式兩種，城市軌道交通多采用塞釘式鋼軌接續(xù)線。

（4）鋼軌引接線的作用是將送、受電設(shè)備直接通過電纜接向鋼軌。

3 50Hz相敏軌道電路工作原理

50赫茲相敏軌道電路是如何工作的？它是如何實(shí)現(xiàn)監(jiān)督列車占用這一功能的？50赫茲專用電源屏分別提供50Hz軌道電源和局部電源。送電端軌道電源GJZ220、GJF220由室內(nèi)供出，經(jīng)軌道變壓器降壓后送至鋼軌，再經(jīng)中繼變壓器升壓后送至室內(nèi)二元二位繼電器的軌道線圈3－4端子。軌道繼電器的局部線圈1－2端子接局部電源GJZ220、GJF220，當(dāng)軌道線圈和局部線圈電源滿足規(guī)定的相位和頻率要求時(shí)，二元二位繼電器吸起，表示區(qū)段空閑，軌道電路處于調(diào)整狀態(tài)。當(dāng)有車占用時(shí)，軌道繼電器的3－4線圈無電，軌道繼電器落下，此時(shí)軌道電路處于分路狀態(tài)。若相位以及頻率不符合要求時(shí)，軌道繼電器也落下［3］，因?yàn)?0Hz相敏軌道電路采用了二元二位繼電器，該繼電器具有相位鑒別能力，抗干擾性能高。

4 結(jié)語

本文首先介紹了50Hz相敏軌道電路的結(jié)構(gòu)以及各部件的作用，在此基礎(chǔ)上對(duì)50Hz相敏軌道電路的工作原理進(jìn)行討論分析。50Hz相敏軌道電路作為軌道交通信號(hào)系統(tǒng)的重要組成部分，重要性不言而喻。掌握這種軌道電路的結(jié)構(gòu)組成和工作原理，能夠幫助我們對(duì)可能出現(xiàn)的故障進(jìn)行全面的分析，采取有效措施對(duì)故障進(jìn)行及時(shí)處理［4］，對(duì)減少軌道電路故障的發(fā)生概率、降低故障帶來的危害影響以及提高設(shè)備的運(yùn)用質(zhì)量具有積極作用。