低道床電阻軌道電路傳輸分析及解決方案

王保松

ZPW-2000A軌道電路具有運(yùn)行穩(wěn)定、可靠性高、安全性能良好、適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn),可基本滿足各種環(huán)境下鐵路線路運(yùn)營需求。但因道床電阻過低導(dǎo)致的“空閑紅光帶”已成為當(dāng)前ZPW-2000A軌道電路中存在的典型故障,特別是在道床污染較為嚴(yán)重的地區(qū),“空閑紅光帶”故障進(jìn)一步限制了ZPW-2000A軌道電路的發(fā)展應(yīng)用［1］。

為此,本文以大秦重載鐵路為例,結(jié)合軌道電路結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用情況,系統(tǒng)地分析了道床電阻影響因素及其對(duì)軌道電路傳輸性能的影響,提出一種可有效解決大秦重載鐵路及其他相關(guān)道床在電阻較低情況下產(chǎn)生“空閑紅光帶”的方法,并對(duì)該方法進(jìn)行可行性探討。

1 低道床電阻故障現(xiàn)狀及故障機(jī)制分析

根據(jù)《太原鐵路局信號(hào)設(shè)備電氣特性測(cè)試管理辦法》（太鐵電〔2016〕603號(hào)）文件要求,2020年2月,大同電務(wù)段對(duì)管內(nèi)大秦重載9 568個(gè)軌道電路進(jìn)行全面標(biāo)調(diào)整治,截至2020年3月1日,確定軌道電路道床漏泄大區(qū)段共計(jì)910個(gè),占比約9.5%,分析結(jié)果見圖1。其中,圖1（a）為故障數(shù)量與區(qū)段長(zhǎng)度的關(guān)系,可以看出,在0～300 m、300～1 200 m及1 200～2 100 m等3個(gè)區(qū)間長(zhǎng)度內(nèi)故障數(shù)均出現(xiàn)峰值,其中300～1 200 m區(qū)間內(nèi)故障數(shù)量相對(duì)集中；圖1（b）為故障數(shù)量與故障原因的關(guān)系,表明道床漏泄原因有道床煤渣污染、土道床、卸土、土道床專用線、彎道、煤專線、道口排水不暢、煤面污染及雨雪天漏泄等。進(jìn)一步對(duì)0～300 m、300～1 200 m及1 200～2 100 m等3個(gè)區(qū)段內(nèi)道床漏泄故障原因進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)在300～1 200 m區(qū)段內(nèi)除道床煤渣污染外,土道床與卸土等原因也占有一定的比例。

圖1 大同電務(wù)段軌道電路道床漏泄區(qū)段統(tǒng)計(jì)分析

眾所周知,鋼軌主要通過扣件、絕緣墊片等固定在軌枕上,絕緣墊片主要起到絕緣作用,可大幅降低鋼軌漏泄程度,提高道床電阻,增加軌道電路電信號(hào)傳輸效能。當(dāng)大量煤渣在道床堆積,甚至超過軌腰時(shí),遇到雨雪或者防凍液等導(dǎo)電體滲透到煤渣粉體之間,就易形成大量導(dǎo)電通道,造成鋼軌固定裝置中絕緣墊片失效,最終導(dǎo)致道床電阻變小,當(dāng)軌道電路電信號(hào)通過時(shí)便造成“空閑紅光帶”［3?4］。該故障一旦發(fā)生,難以短時(shí)間消失,給列車安全運(yùn)行帶來安全隱患。

2 低道床電阻故障解決方案

由于道床煤渣污染引起的道床漏泄故障概率較大,且易造成大面積線路故障,因此急需采取有效措施加以改進(jìn)。目前通常采取的措施主要包括［5］:①在設(shè)計(jì)階段做好區(qū)段長(zhǎng)度合理劃分及線路環(huán)境保障；②做好線路維護(hù),按照相關(guān)規(guī)定進(jìn)行專線整治,并提出將計(jì)軸設(shè)備與現(xiàn)有ZPW-2000A軌道電路系統(tǒng)疊加應(yīng)用,充分發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì),形成一套性能優(yōu)越、安全可靠的鐵路信號(hào)系統(tǒng)。

計(jì)軸設(shè)備是利用安裝在鋼軌上的傳感器,記錄經(jīng)過列車輪對(duì)數(shù)目,以實(shí)現(xiàn)軌道區(qū)間占用空閑檢查,具有與道床關(guān)聯(lián)較小,不受道床電阻變化影響的特點(diǎn),可彌補(bǔ)現(xiàn)有ZPW-2000A軌道電路存在的缺陷,解決低道床電阻工況下軌道區(qū)間的占用/空閑檢查。但在現(xiàn)場(chǎng)直接安裝計(jì)軸設(shè)備勢(shì)必增加成本,特別是信號(hào)傳輸所用電纜成本的增加,則會(huì)進(jìn)一步限制計(jì)軸疊加ZPW-2000A軌道電路系統(tǒng)的應(yīng)用推廣。

本文提出一種基于共纜傳輸技術(shù)的計(jì)軸疊加軌道電路系統(tǒng),即在原有ZPW-2000A軌道電路基礎(chǔ)上,通過共纜傳輸方式疊加一套計(jì)軸設(shè)備,充分利用計(jì)軸設(shè)備環(huán)境適應(yīng)好、安全可靠性高的特點(diǎn),與原ZPW-2000A軌道電路系統(tǒng)形成優(yōu)勢(shì)互補(bǔ),以徹底解決道床漏泄故障問題。

圖2為采用共纜傳輸技術(shù)的計(jì)軸疊加軌道電路系統(tǒng)示意圖。通過設(shè)置室內(nèi)、外隔離裝置,可有效避免計(jì)軸和ZPW-2000A軌道電路間的信號(hào)互相干擾。軌道區(qū)段兩側(cè)計(jì)軸傳感器產(chǎn)生的信號(hào),分別經(jīng)過室外隔離裝置,與對(duì)應(yīng)側(cè)軌道電路實(shí)際電纜進(jìn)行疊加,如圖2所示,計(jì)軸傳感器A、B分別與軌道電路發(fā)送側(cè)、接收側(cè)實(shí)際電纜進(jìn)行疊加,計(jì)軸信號(hào)最終經(jīng)過室內(nèi)隔離裝置,進(jìn)入計(jì)軸主機(jī)進(jìn)行分析判斷。這種在現(xiàn)有軌道電路共纜疊加計(jì)軸的方式,可減少電纜成本,同時(shí)降低鋪設(shè)電纜生成的施工成本。

圖2 基于共纜傳輸技術(shù)的計(jì)軸疊加軌道電路系統(tǒng)示意圖

參照《計(jì)軸加軌道電路應(yīng)用技術(shù)要求（暫行）》中技術(shù)要求,將ZPW-2000A軌道電路繼電器與計(jì)軸繼電器設(shè)置為并接方式。當(dāng)?shù)来搽娮柽€未降低時(shí),軌道電路繼電器及計(jì)軸繼電器均為吸起狀態(tài),即顯示該區(qū)段為空閑；當(dāng)?shù)来搽娮杞档椭?.3～0.5Ω·km時(shí),軌道電路按調(diào)整表0.5Ω·km進(jìn)行一次調(diào)整［6］。此時(shí)雖未有列車經(jīng)過,但軌道繼電器仍然落下,即為“空閑紅光帶”,而計(jì)軸繼電器因未檢查到列車經(jīng)過,處于吸起狀態(tài)。由于2套子系統(tǒng)繼電器為并接方式,所以最終顯示該區(qū)段為空閑狀態(tài)。該疊加系統(tǒng)中,計(jì)軸完成區(qū)段占用檢查功能,ZPW-2000A軌道電路完成機(jī)車信號(hào)上碼功能。

3 計(jì)軸共纜疊加軌道電路系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)試用

圖3為計(jì)軸共纜疊加軌道電路系統(tǒng)在大秦重載線大同電務(wù)段袁樹林站內(nèi)試用情況。其中室內(nèi)部分有計(jì)軸主機(jī)、室內(nèi)隔離裝置及計(jì)軸繼電器等,見圖3（a）；室外部分則包括安裝在鋼軌上的計(jì)軸傳感器和裝配在計(jì)軸室外機(jī)柜中的隔離裝置,見圖3（b）。

圖3 計(jì)軸共纜疊加軌道電路系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)試用情況

疊加系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)室操作盤可以顯示計(jì)軸及軌道電路系統(tǒng)的工作狀態(tài)。當(dāng)計(jì)軸與軌道電路工作狀態(tài)不一致時(shí),可通過蜂鳴報(bào)警器及報(bào)警燈進(jìn)行報(bào)警。依據(jù)《計(jì)軸加軌道電路應(yīng)用技術(shù)要求（暫行）》《計(jì)軸加軌道電路運(yùn)用維護(hù)要求（暫行）》《計(jì)軸加軌道電路調(diào)整表》等文件要求,該操作盤可實(shí)現(xiàn)計(jì)軸及軌道電路的一鍵切換操作,即當(dāng)?shù)来搽娮铦M足軌道電路運(yùn)轉(zhuǎn)標(biāo)準(zhǔn)時(shí),可使用軌道電路獨(dú)立進(jìn)行信號(hào)控制,并保持計(jì)軸設(shè)備處于正常工作狀態(tài)；當(dāng)?shù)来搽娮杞抵?.3～0.5Ω·km時(shí),在確認(rèn)軌道電路“主軌入電壓”低于預(yù)警門限或出現(xiàn)“紅光帶”后,電務(wù)值班人員應(yīng)與工務(wù)部門共同對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢查,待工務(wù)確認(rèn)無斷軌安全隱患后,由車站值班員先確認(rèn)該區(qū)段無車,再根據(jù)調(diào)度命令采用人工導(dǎo)入方式,由軌道電路轉(zhuǎn)為計(jì)軸加軌道電路工作模式［7］。需要說明的是,在導(dǎo)入之前,需按照調(diào)整表0.5Ω·km對(duì)軌道電路進(jìn)行一次調(diào)整；電務(wù)人員確認(rèn)道床電阻恢復(fù)到滿足軌道電路運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)時(shí),通知車站值班員確認(rèn)該區(qū)段無車后,根據(jù)調(diào)度命令采用人工導(dǎo)出方式,切換回軌道電路獨(dú)立工作模式。

2020年10月?2021年3月期間,袁樹林站共計(jì)出現(xiàn)6次軌道電路空閑紅光帶故障,計(jì)軸共纜疊加軌道電路系統(tǒng)均成功實(shí)現(xiàn)占用空閑檢查,表明該計(jì)軸共纜疊加軌道電路系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定良好,符合預(yù)期,可解決長(zhǎng)期困擾大秦重載鐵道線路的道床漏泄引起的“空閑紅光帶”問題。

4 結(jié)論

以大秦重載鐵道線路為例,對(duì)該線大同電務(wù)段內(nèi)道床漏泄區(qū)段進(jìn)行分析,并提出有效解決低道床電阻軌道電路故障的方法。計(jì)軸共纜疊加軌道電路系統(tǒng)通過在袁樹林站的實(shí)際應(yīng)用,表明基于共纜技術(shù)形成的計(jì)軸疊加軌道電路系統(tǒng),可解決大秦重載鐵道線路,或其他低道床電阻引起的“空閑紅光帶”故障。