鐵路信號軌道電路介紹及故障分析

段武君

（國能朔黃鐵路發(fā)展有限責(zé)任公司原平分公司，山西 原平 034188）

鐵路信號設(shè)備在現(xiàn)代化鐵路交通運(yùn)輸事業(yè)發(fā)展過程中的廣泛應(yīng)用，使其技術(shù)性得到顯著提高，能夠保障鐵路運(yùn)輸?shù)陌踩浴Ｐ盘栐O(shè)備具有連續(xù)性工作的特點(diǎn)，主要安裝在室外環(huán)境，會(huì)受到外界因素的影響，在設(shè)備管理過程中存在許多困難。想要全面提高鐵路信號系統(tǒng)的安全管理水平，就需要分析鐵路信號軌道電路存在的故障問題，建立故障診斷系統(tǒng)、智能識別故障診斷功能，及時(shí)發(fā)現(xiàn)鐵路運(yùn)輸過程中信號設(shè)備軌道電路存在的隱患，分析軌道電路故障的主要原因，為后續(xù)的維護(hù)與維修提供技術(shù)支持。

1 軌道電路的作用、組成及分類

1.1 作用

參考《中華人民共和國鐵道行業(yè)通用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》，對軌道電路進(jìn)行全面分析，主要利用鐵路線路的鋼軌完成信息傳遞，達(dá)到區(qū)段占用檢查的目的。軌道電路通過電氣絕緣節(jié)和機(jī)械絕緣節(jié)兩種形式，對軌道電路區(qū)段進(jìn)行劃分，結(jié)合得到的數(shù)據(jù)判斷軌道電路當(dāng)前的工作狀態(tài)，是否存在故障區(qū)段紅光帶、分路不良等問題。結(jié)合軌道電路的實(shí)際工作狀態(tài)，運(yùn)用科學(xué)合理的技術(shù)處理手段，采用標(biāo)準(zhǔn)的檢查方式，分析軌道電路區(qū)段的運(yùn)行情況，對判斷列車是否占用具有明顯的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警作用，在鐵路安全運(yùn)輸中起到重要的作用。

1.2 組成

軌道電路的組成主要分為導(dǎo)體、鋼軌絕緣、送電端設(shè)備和受電端設(shè)備。導(dǎo)體區(qū)域主要包括鋼軌以及鋼軌的接續(xù)線，按照不同的軌道類別選擇合理的接續(xù)線；鋼軌絕緣大多數(shù)采用機(jī)械絕緣，只有一部分傳統(tǒng)型軌道電路會(huì)采用電氣絕緣節(jié)，在安裝過程中站內(nèi)一離區(qū)和三接近區(qū)段主要位于站內(nèi)與區(qū)間之間的交界處，因此，需要采用機(jī)械絕緣節(jié)保證鋼軌的絕緣性；送電端設(shè)備主要分為軌道電源變壓器、熔斷器以及防雷設(shè)備，只有滿足軌道電路的供電需求，才能夠保證站內(nèi)與期間軌道電路的正常運(yùn)行，采用特定的電源模塊完成供電需求，結(jié)合軌道電路的設(shè)計(jì)要求，選擇不同類型的變壓器，主要分為扼流變壓器、軌道變壓器以及匹配類變壓器三種形式；受電端設(shè)備同樣包含必要的變壓器設(shè)施，安裝限流電阻協(xié)調(diào)好各單元的運(yùn)行狀態(tài)，加強(qiáng)對接收器、繼電器等基礎(chǔ)設(shè)備的防雷保護(hù)，保證受電端設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性。

1.3 分類

按軌道電路的工作方式分為開路式和閉路式軌道電路。閉路式軌道電路能夠檢查軌道電路的完整性，所以目前信號設(shè)備中多采用閉路式軌道電路；按牽引電流通過方式分為單軌條和雙軌條軌道電路。雙軌條軌道電路工作比單軌條軌道電路穩(wěn)定可靠，極限長度基本上可以滿足閉塞分區(qū)長度的要求，但成本高。電氣化區(qū)段多采用雙軌條軌道電路；按相鄰鋼軌線路的分割方法，分絕緣節(jié)式和無絕緣節(jié)式軌道電路。我國目前應(yīng)用的有：50Hz 軌道電路、25Hz 相敏軌道電路、微電子交流計(jì)數(shù)軌道電路和移頻軌道電路（有4 信息、8 信息、18 信息和UM71、ZPW2000）。

2 25Hz 相敏軌道電路介紹及故障分析

2.1 25Hz 相敏軌道電路

25Hz 相敏軌道電路的組成主要分為電源、變壓器、繼電器、電子接收盒以及鋼軌引接線等，為了全面提高抗?fàn)恳娏鞯母蓴_能力，適應(yīng)電氣化區(qū)段，需要在原有的基礎(chǔ)上進(jìn)行25Hz 相敏軌道電路結(jié)構(gòu)調(diào)整，采用焊接的方式完成鋼軌引接線安裝，有效降低接觸電阻。通過一長一短的引接線設(shè)計(jì)方式，為等阻線的安裝提供便利，軌道電路的送電端和受電端在安裝過程中，需要選擇合適的變壓器型號，可以分別增設(shè)適配器減少脈沖干擾。優(yōu)化二元二位繼電器裝置的工藝設(shè)計(jì)，有效避免分路不良問題的發(fā)生，為了保證傳輸功率，需要在局部線圈添加補(bǔ)償電容，選擇扼流變壓器進(jìn)一步提高抗沖擊電流的能力，但在安裝階段需要控制好變壓器的中點(diǎn)對稱度。

2.2 25Hz 相敏軌道電路發(fā)碼區(qū)段故障

站內(nèi)的電碼化區(qū)段出現(xiàn)故障后，會(huì)產(chǎn)生電碼化干擾，因此需要斷開室內(nèi)電碼化區(qū)段發(fā)送器的運(yùn)行狀態(tài)。一般情況下電碼化發(fā)送器包含主備發(fā)送器與+1 發(fā)送器，在故障維修階段需要保證多臺(tái)發(fā)送器的同時(shí)斷開。當(dāng)軌道電路發(fā)生故障時(shí)，電碼化區(qū)段的發(fā)碼電路處于持續(xù)工作的狀態(tài)，在區(qū)段故障處理需要采用預(yù)發(fā)碼干擾，保證發(fā)送器斷開。

在進(jìn)行正線區(qū)段故障處理的過程中，軌道電路的傳輸通道存在數(shù)據(jù)信息，直接進(jìn)行發(fā)送器斷開處理會(huì)為后續(xù)的維護(hù)帶來困難，因此需要了解傳輸通道上25Hz 軌道電路信息與電碼化信息內(nèi)容，利用移頻在線測試記錄表進(jìn)行頻率選擇，并完成檔位測試。

2.3 25Hz 相敏軌道電路非發(fā)碼區(qū)段故障

電源供電故障：在進(jìn)行電源供電引起的軌道電路故障排查的過程中，根據(jù)實(shí)際故障現(xiàn)象判斷是多個(gè)軌道電路同時(shí)故障，還是某一電路區(qū)段的設(shè)備故障。首先進(jìn)行電源供電現(xiàn)狀排查，當(dāng)電源屏軌道電路模塊出現(xiàn)故障時(shí)，所有由該電源提供電能的區(qū)段都會(huì)出現(xiàn)故障，會(huì)出現(xiàn)多個(gè)區(qū)段紅光帶的預(yù)警情況；當(dāng)出現(xiàn)局部電壓超標(biāo)時(shí)也會(huì)引發(fā)多個(gè)區(qū)段故障，工作人員需要重點(diǎn)檢查電源屏的顯示情況。軌道電路相位角故障：在實(shí)際運(yùn)行過程中會(huì)出現(xiàn)軌道電路相位角變化，引發(fā)一系列故障問題，在進(jìn)行25Hz 相敏軌道電路相位角設(shè)計(jì)時(shí)，需要結(jié)合軌道設(shè)計(jì)需求參考超前局部標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)出現(xiàn)軌道電路相位角與實(shí)際需求不符的問題時(shí)，進(jìn)行相位角故障處理，判斷故障發(fā)生的主要原因，進(jìn)行相位角標(biāo)準(zhǔn)調(diào)節(jié)。同時(shí)，要避免因盲目調(diào)整導(dǎo)致軌道電壓發(fā)生變化，當(dāng)一部分配有適配器25Hz 軌道電路區(qū)段無法實(shí)現(xiàn)相位角調(diào)整時(shí)，需要對適配器進(jìn)行調(diào)整，相位角故障通常發(fā)生在施工改造階段，受到扼流引接線長短的影響。

3 鐵路信號軌道電路故障位置的判斷和處理

3.1 軌道電路故障處理步驟

在進(jìn)行軌道電路故障處理的過程中，首先要確定故障發(fā)生的類型以及故障的具體位置和范圍，查閱集中檢測數(shù)據(jù)通過現(xiàn)場分線盤甩線和系統(tǒng)測試的方式，確定故障發(fā)生的具體位置，觀察器材、配線以及設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。為了保證設(shè)備故障點(diǎn)判斷的準(zhǔn)確性，需要工作人員到故障發(fā)生地點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)一處理，如果無法在短時(shí)間內(nèi)確定故障點(diǎn)，則需要按照一定順序?qū)﹄娎|、接收端、鋼軌絕緣、引接線、跳線等環(huán)節(jié)進(jìn)行故障查找，最終確定發(fā)生故障的設(shè)備，并通知信號專業(yè)人員進(jìn)行故障處理。[1]

3.2 室內(nèi)故障判斷處理

控制臺(tái)出現(xiàn)移頻報(bào)警：觀察軌道電路的工作狀態(tài)，當(dāng)其處于穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，對移頻柜衰耗盤的燈亮情況進(jìn)行觀察，確定發(fā)出預(yù)警的位置是“發(fā)送端”還是“接收端”。如果發(fā)送端出現(xiàn)故障，進(jìn)行衰耗盤發(fā)送電源的電壓值測試，與標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行對比，當(dāng)數(shù)值處于正常范圍內(nèi)，判斷故障原因可能是發(fā)送器運(yùn)行問題，發(fā)送器更換后檢查電源、斷路器等外部設(shè)備的工作狀態(tài)。接收端出現(xiàn)故障時(shí)，測試衰耗盤接收電源的電壓值，電壓正常需要更換接收器，更換后檢查電源、斷路器等外部設(shè)備的工作狀態(tài)。軌道電路紅光帶：首先檢查接收器電壓數(shù)值是否正常，進(jìn)行衰耗盤電壓檢測，若電壓正常再檢查衰耗盤勵(lì)磁電路，如果以上數(shù)值均處于正常值，對列車運(yùn)行區(qū)段衰耗盤電壓進(jìn)行檢測，分析列車運(yùn)行區(qū)段衰耗盤與本區(qū)段衰耗盤區(qū)間的通道狀態(tài)，如果以上檢查結(jié)果均顯示正常，大概率為室外故障。[2]

3.3 室外設(shè)備故障處理

信號專業(yè)人員在故障檢測的過程中，首先進(jìn)行軌道區(qū)段軌面電壓數(shù)值測量，觀察軌面電壓的顯示情況，如果軌面電壓為零，故障位置大概率在送電端，若軌面電壓顯示正?；蚋哂跇?biāo)準(zhǔn)值，故障位置大概率在受電端。通過對送端軌面電壓、扼流變壓器、限流電阻等數(shù)值的對比分析，判斷故障所處的位置，運(yùn)用MF-14 萬用表按照標(biāo)準(zhǔn)順序進(jìn)行電壓測試，分析電壓突變點(diǎn)，得到準(zhǔn)確的故障位置。開路故障要重點(diǎn)進(jìn)行“三線”檢查，觀察送電端的限流電阻電壓數(shù)值，分析是否為短路故障，運(yùn)用軌道電路故障診斷儀選擇合適的檔位進(jìn)行引入線電流測量，分析受電端是否出現(xiàn)短路。

4 鐵路信號軌道電路分路不良的有效防治

4.1 風(fēng)險(xiǎn)防控體系的構(gòu)建

結(jié)合當(dāng)前鐵路的運(yùn)行情況，自動(dòng)完成風(fēng)險(xiǎn)識別，充分利用現(xiàn)有資源降低事故的發(fā)生頻率，保證鐵路運(yùn)輸?shù)慕?jīng)濟(jì)效益，隨著我國高鐵建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，需要意識到鐵路信號軌道電路的重要性，結(jié)合日常工作經(jīng)驗(yàn)完成各類故障的現(xiàn)場處理，精準(zhǔn)測量列車運(yùn)行參數(shù)，將信息數(shù)據(jù)發(fā)送到鐵路系統(tǒng)調(diào)度中心，為列車的調(diào)度提供依據(jù)，提高鐵路系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。[3]

4.2 軌道清理工作

在進(jìn)行軌道清理的過程中，經(jīng)常會(huì)發(fā)現(xiàn)輪道電阻問題，軌道平面出現(xiàn)銹蝕現(xiàn)象，導(dǎo)致軌道電路分路不良，因此，需要工作人員定期進(jìn)行軌面清理，并對軌面的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行測試，確定清理范圍后通過電脈沖法完成區(qū)段軌面清理。利用自動(dòng)化在線監(jiān)測系統(tǒng)了解軌道的占用狀態(tài)，軌道電路系統(tǒng)運(yùn)行階段會(huì)向軌道施加電壓，道床中的雜質(zhì)會(huì)降低軌道與道床之間的絕緣性，負(fù)責(zé)線路檢查的工作人員需要充分了解當(dāng)前的道床清理情況，對于一些降水量較大的鐵軌路段，需要保證路基排水系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，通過脈沖清理設(shè)備完成灰塵清理。

4.3 在線監(jiān)測系統(tǒng)

在線監(jiān)測技術(shù)的有效應(yīng)用，主要負(fù)責(zé)對軌道電路的系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)對故障頻發(fā)區(qū)的綜合管理，將監(jiān)測得到的數(shù)據(jù)和信息提交到鐵路部門，深入了解不同路段故障發(fā)生的主要原因，制定出科學(xué)合理的防護(hù)措施，優(yōu)化傳統(tǒng)的管理體系，保證軌道電路的穩(wěn)定運(yùn)行。為了有效降低軌道電路分路不良問題的發(fā)生，需要對不同區(qū)段的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測記錄，一旦在檢測過程中發(fā)現(xiàn)某一路段故障頻發(fā)，就需要安排信號專業(yè)人員到現(xiàn)場對故障產(chǎn)生原因進(jìn)行分析，檢查相關(guān)設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行情況，完成項(xiàng)目檢查后自動(dòng)進(jìn)行系統(tǒng)修復(fù)。

5 25Hz 相敏軌道電路的故障診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

5.1 系統(tǒng)中區(qū)段分析模塊的技術(shù)構(gòu)架

結(jié)合25Hz 相敏軌道電路的實(shí)際工作狀態(tài)，將在線監(jiān)測系統(tǒng)得到的數(shù)據(jù)信息整合到一起，參考各區(qū)段的工作表現(xiàn)進(jìn)行數(shù)據(jù)分離處理，分析模擬量與開關(guān)量的變化情況。模擬量分析指的是電壓分析，根據(jù)得到的分析結(jié)果，將路段的工作狀態(tài)分為“空閑狀態(tài)”“過車狀態(tài)”“占車狀態(tài)”三種形式。在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步分析，采用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行故障診斷，系統(tǒng)根據(jù)診斷結(jié)果，向管理中心輸出保障報(bào)警。

5.2 模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在故障診斷系統(tǒng)中的應(yīng)用

運(yùn)用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)組建故障分析模型，推動(dòng)故障診斷流程的智能化發(fā)展，通過程序輸入結(jié)合故障排除經(jīng)驗(yàn)，從不同的角度填寫預(yù)估參數(shù)值進(jìn)行故障分析，派遣信號專業(yè)人員到故障現(xiàn)場檢測從而快速進(jìn)行故障維修。首先，設(shè)定好三個(gè)輸入?yún)?shù)，通過系統(tǒng)模擬檢測出常見的四種25Hz 相敏軌道電路故障，輸出系統(tǒng)監(jiān)測過程以及最終分析結(jié)果，由專家總結(jié)故障分析經(jīng)驗(yàn)，參考故障診斷規(guī)則，適當(dāng)?shù)卣{(diào)整模型參數(shù)，逐一對模型分析結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，全面提高25Hz 相敏軌道電路故障診斷效果。結(jié)合模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型輸出的故障預(yù)警，參考診斷規(guī)則進(jìn)行故障位置確認(rèn)。

5.3 系統(tǒng)界面功能的實(shí)現(xiàn)

25Hz 相敏軌道電路故障診斷系統(tǒng)中的C++Builde軟件開發(fā)平臺(tái)，能夠自動(dòng)將在線監(jiān)測到的數(shù)據(jù)信息儲(chǔ)存到系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，并可以在各區(qū)段分析模型中設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)，為后續(xù)的智能化分析以及軌道電路故障診斷奠定有利基礎(chǔ)，結(jié)合最終的故障診斷結(jié)果輸出故障報(bào)警。

5.4 25Hz 相敏軌道電路故障診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在智能化診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過程中，需要明確25Hz相敏軌道電路的主要特點(diǎn)和工作原理，從不同的工作狀態(tài)分析25Hz相敏軌道電路常見的故障以及形成原因。在此基礎(chǔ)上融入模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，輸入、輸出標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)，建立網(wǎng)絡(luò)分析模型，根據(jù)均勻傳輸線理論，計(jì)算變壓器電壓的臨界值，并判斷是否輸出系統(tǒng)預(yù)警，采用四端網(wǎng)絡(luò)分布特點(diǎn)，計(jì)算軌道四端網(wǎng)鋼軌的形狀和相對位置，得到具體電路長度，為了保證參數(shù)計(jì)算的精準(zhǔn)性，選取標(biāo)準(zhǔn)參考值進(jìn)行計(jì)算模擬。

6 總結(jié)

鐵路信號軌道電路是鐵路運(yùn)行控制的基礎(chǔ)設(shè)施，在實(shí)際運(yùn)行過程中，軌道電路可以用于某一車段的線路檢查，判斷特定區(qū)段內(nèi)鋼軌的完整性，利用軌道電路將地面信號精準(zhǔn)傳輸?shù)竭\(yùn)行機(jī)車，保證列車運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性。負(fù)責(zé)鐵路信號的工作人員，在日常作業(yè)過程中會(huì)遇到不同類型的軌道電路故障問題，一旦出現(xiàn)軌道電路故障將會(huì)影響行車安全。軌道電路故障的長時(shí)間存在，不利于鐵路運(yùn)輸效率的提升，因此需要通過安全風(fēng)險(xiǎn)管理控制技術(shù)，保障鐵路行業(yè)的安全穩(wěn)定發(fā)展。