軌道電路發(fā)展形態(tài)及故障舉例分析

摘 要：近年來，我國鐵路控制技術經(jīng)過了飛躍式的發(fā)展階段，現(xiàn)如今，鐵路信號控制體系已經(jīng)基本搭建完成，控制體系中基礎設施也都通過多次完善進入到平穩(wěn)時期，因此，軌道電路作為軌道交通控制技術的基礎，總結(jié)其發(fā)展歷程和存在的形態(tài)，對提高從業(yè)人員軌道電路方面知識水平十分有利，尤其通過列舉軌道電路運用過程中出現(xiàn)的故障，結(jié)合故障現(xiàn)象和數(shù)據(jù)測量快速準確地分析故障原因，從而保障行車安全、提高人員技術水平、積累檢修維護經(jīng)驗，從而實現(xiàn)鐵路信號系統(tǒng)的安全運用。

關鍵詞：軌道電路 發(fā)展形態(tài) 日常維護 故障 斷線 混線

隨著我國鐵路列車控制技術的不斷發(fā)展，保障了列車的運行安全和速度，因此對于軌道電路來說，設備的可靠工作就顯得愈發(fā)重要，我們都知道，軌道電路是反映運行列車位置，傳遞列車占用與出清信息的主要手段，是體現(xiàn)人車聯(lián)系的重要途徑，基于其重要作用，軌道電路技術也跟著高鐵革新不斷地發(fā)展著，對它要求的可靠穩(wěn)定性、反應靈敏度、電碼傳遞性等技術指標都快速提升，發(fā)展過程從直流→工頻→25HZ→移頻一體化，更重要的是軌道電路已經(jīng)從單純的檢查列車的占用與出清，發(fā)展到給列車傳遞運行所需的各種電碼化信息，還可以通過安裝的應答器給列車提供運行條件和信息，所以有必要對軌道電路及其故障進行解析。

1 軌道電路發(fā)展歷程

1.1 簡單開路軌道電路

應該說軌道電路的發(fā)展歷史很長，這是鐵道信號技術發(fā)展的雛形，最早的軌道電路就是將列車在室外鋼軌上的運行位置在室內(nèi)顯示出來，如圖1所示，將鋼軌每隔25—300m進行分段，兩端用絕緣隔開，讓軌道形成相當獨立的區(qū)段，在區(qū)段的任意一端加以電源串聯(lián)表示燈，在室外鋼軌沒有列車運行的情況下，整個電路在開路狀態(tài)，指示燈不亮，當該區(qū)段的鋼軌上有車通過時，列車的車輪和輪軸會將兩根鋼軌短路，從而溝通的了指示燈電路，指示燈點亮，從而形成了室外鋼軌上列車占用區(qū)段與室內(nèi)指示燈電路的相互對應，平時無列車占用區(qū)段時指示燈熄滅，當有列車占用區(qū)段時室內(nèi)指示燈點亮，保證能準確地為行車組織人員提供列車運行的位置信息。通常增加指示燈的敏感度一般采取紅色，為準確直觀給出列車位置通常模擬線路形成將指示燈做成帶狀，因此我們也稱這種紅燈提示叫作紅光帶。

1.2 JZXC-480型軌道電路

有了簡單軌道電路后，完成了對軌道狀態(tài)的監(jiān)控，但是功能還很單一，例如沒有列車的情況下發(fā)生斷軌，室內(nèi)紅燈在熄滅狀態(tài)，無法通過軌道電路檢查到，同樣發(fā)生斷軌時有列車占用，室內(nèi)紅燈仍然在熄滅狀態(tài)，無法反映出列車的占用狀態(tài)。由此閉路式軌道電路應運而生，這種軌道電路以JZXC-480型軌道電路為主，這種軌道電在的特點如下：首先增加了一個受電端設備，在靠近絕緣的兩側(cè)分別設置送、受電端設備。其次該軌道電路是閉路式軌道電路，平時無車占用該區(qū)段，軌道電路處于閉合回路狀態(tài)，有車占用時，列車輪對短路兩根鋼軌，從而實現(xiàn)對列車占用的檢查，無車占用時候如果發(fā)生鋼軌斷軌軌道電路將發(fā)生紅光帶，引起人們注意，從而保障斷軌被及時發(fā)現(xiàn)。再次、軌道電路受電端增加軌道繼電器（GJ），用GJ的接點給出占用紅燈或空閑滅燈信息，且這是一個整流型繼電器，也就是說軌道電源可以采用交流傳輸方式，增加了軌道電路的傳輸特性。最后，由于技術的不斷發(fā)展，對于列車的控制不僅僅局限于司機目視車站信號機的顯示，根據(jù)信號機的顯示去行車，這對于不斷提速的列車來說已經(jīng)不能適應運行安全的需要，因此要通過技術手段來控制和指揮列車，給機車提供可參考的行車數(shù)據(jù)信息，因此在軌道電路的基礎上，通過兩根鋼軌傳遞列車運行所需的行車電碼化信息，也叫作“電碼化”，從此軌道電路也迎來了它的又一個功能，就是傳遞列車運行所需指示信息。

1.3 25HZ軌道電路

結(jié)合我國新型綠色能源的運用理念，當前火車已經(jīng)過渡到以電力機車牽引為主，而電力機車的功率全部都需要通過牽引電網(wǎng)連接的電站來供應，在我國電站所提供的也是工頻50Hz頻率的交流電源，因此，經(jīng)過多次實驗，發(fā)現(xiàn)牽引電網(wǎng)也使用50Hz工頻交流電是最安全穩(wěn)定，也是最經(jīng)濟方便的，由于電力機車牽引的輸入是牽引電網(wǎng)，回流卻需要通過兩根鋼軌，因此在鋼軌上自然要傳輸了50Hz工頻交流電，以保證機車動力設備回流，可想而知鋼軌上所傳輸?shù)?0Hz工頻交流電流很大，可從幾十安培到上百安培。機車雖然得到了電源回路，但是，這也帶來了一個問題，對于軌道電路來說，無論是開路式軌道電路，還是JZXC-480型閉路式軌道電路，使用的也都是50Hz工頻交流電，也是在鋼軌中傳輸，而這些設備在鋼軌中的電流往往都相當很小，一般在120mA—180mA之間，不難看出，這就不能適應電氣化牽引的需要，首先，同頻率的交流電存在無法分割的干擾。其次，與牽引大電流同在鋼軌里傳輸入侵到軌道電路后迅速燒毀設備。為了與之區(qū)分開，改變軌道電路的制式成為必然，從而25HZ軌道電路被廣泛使用，其特點就是通過變頻設備，得到25HZ的交流電，將該電作為軌道電路的送電端電源，為了防止大電流的干擾，該電源同時輸出兩路，一路作為軌道電源220V發(fā)往鋼軌傳輸?shù)绞茈姸?，另一路作為局部電?10V直接供給于受電端室內(nèi)接收設備，接收設備除具備25HZ頻率選擇性外，還同時檢查返回室內(nèi)電源與局部電壓成90度的相位角（局部超前軌道），這樣接收設備才會被啟動，這時候軌道繼電器才能啟動，GJ才能進行動作控制。我國鐵路車站內(nèi)以運用25HZ的軌道電路模式為主大多數(shù)，對于25HZ軌道電路來說，兩根鋼軌上傳遞的也不僅僅是25HZ的電信號，還有給列車提供動力的50Hz牽引電信號，再就是傳遞指揮列車運行的高頻2000Hz電信號，值得注意的是25HZ和2000Hz的信號在傳遞過程中走的多數(shù)都是同一通道，包括鋼軌和電路兩部分。

1.4 ZPW-2000軌道電路

隨著列車的不斷提速，區(qū)間軌道得到了迅速發(fā)展，尤其是軌道電路在為列車提供電碼的功能得到愈來愈多的需求，結(jié)合無絕緣軌道電路的普及，移頻電碼化更加方便可靠，因此以1700Hz、2000Hz、2300Hz、2600Hz為中心載頻的軌道電路也被運用到車站，逐漸形成了車站一體化的軌道電路，如圖1所示。這種軌道電路是以高頻的形式存在的，多運用在高速列車運行為主的車站，由于其頻率于工頻50Hz頻率有較多差別，因此抗干擾能力很強，利用列車運行信息的采集，只是要增加更多的發(fā)送和接收設備。

通過對軌道電路發(fā)展過程的舉例，發(fā)現(xiàn)軌道電路在鐵路信號控制中起到?jīng)Q定性作用，它通過檢查列車的占用與出清，做到了列車運行遠程定位，通過為列車提供電碼，成了車—地聯(lián)系的可靠通道，其實軌道電路還具有斷軌檢查的重要功能，尤其在CTCS3高速動車控制系統(tǒng)廣泛運用以來，列車的定位、列車運行信息大多依賴無線網(wǎng)絡等通信定位技術，軌道電路這方面的功能相當落后于新型車—地通訊方式，靠軌道電路實現(xiàn)斷軌檢查這項技術要求就越來越重要。

2 造成軌道電路異常的典型故障及分析

因此“人—車—空—地”這一控制體系，在新型軌道交通發(fā)展理念下，會得到更廣泛、更快速、更可靠的推廣，軌道電路設備作為安全系統(tǒng)中的關鍵技術，還將長期存在，因此預防和解決軌道電路設備故障的問題仍然是重中之重。無論是哪種軌道電路發(fā)生故障大都相似，以軌道電路在調(diào)整狀態(tài)下無列車占用時而產(chǎn)生紅光帶的居多，造成軌道電路紅光帶主要就是斷線、混線、器材故障三類，斷線主要是指軌道電路的各變壓器回路發(fā)生中斷，造成軌道電路不能正常運用?；炀€主要是軌道電路中負載或負載的某一部分被導體直接聯(lián)通，造成實際負載停止工作。器材故障就是由于器材在運用過程發(fā)生傷損，使軌道電路不能正常工作而發(fā)生紅光帶。無論哪些類型故障造成了軌道電路紅光帶，處理人員都應能夠迅速抓住故障現(xiàn)象，準確測得故障數(shù)據(jù)，利用正確故障處理方法，合理分析異常數(shù)據(jù)原因，施展高超的故障查找技巧，這些都需要從業(yè)人員加強總結(jié)和積累，掌握故障處理捷徑。由于25HZ軌道電路的廣泛性，我們以25HZ軌道電路故障舉例，來具體分析常見軌道電路故障。

故障舉例1：某軌道區(qū)段紅光帶，而該區(qū)段接收器紅、綠指示燈均點亮。測量相敏接收器的局部電源110V正常，軌道回樓接收電壓正常（達到16V），而相敏接收器的直流輸出不正常。以上數(shù)據(jù)中顯示相敏接收器的輸入滿足其工作條件，所以故障在相敏接收器的執(zhí)行電路部分，因此故障定位在室內(nèi)。故障處理人員應進一步測量，縮小故障范圍，做進一步的分析和判斷。經(jīng)驗數(shù)值如下。

接收器直流輸出電壓偏高（比正常值高4V～6V），為GJ繼電器負載側(cè)斷線。通常包括：執(zhí)行繼電器至組合側(cè)面端子間斷線；執(zhí)行繼電器插座1、4或2、3插片接觸不良；執(zhí)行繼電器插座2、3跨線斷線；執(zhí)行繼電器線圈斷線。結(jié)合各個不同故障可能進行分解查找。

接收器直流輸出電壓偏低（小于16.8V）或為0，再測接收器插座端子32、42電壓，此時有兩個可能，一是有電壓且偏高（比正常值高4V～6V），則為接收器至執(zhí)行繼電器組合側(cè)面端子間斷線。二是無電壓或偏低（小于16.8V），則應該將GJ繼電器斷開，斷開后測量直流電壓升高（比正常值高4V～6V），說明GJ線圈混線或接收器輸出部分電路帶負載能力降低；若直流輸出電壓仍無大的變化或輸出電壓幅值不夠，通常會有四種情況，①接收器輸出部分電路故障；②接收器插座32、42插片接觸不良；③接收器至執(zhí)行繼電器間混線（包括組合側(cè)面端子）；④接收器插座72、82插片接觸不良。

故障舉例2：軌道區(qū)段紅光帶，而接收器紅指示燈正常點亮、綠指示燈滅燈。測量相敏接收器直流電源24V正常，局部電源電壓為110V，軌道回樓接收電壓數(shù)據(jù)異常，導致相敏接收器無輸出電壓。遇有這種情況，故障處理人員首先應該區(qū)分室內(nèi)還是室外，同時還要區(qū)分故障性質(zhì)是斷線還是混線。

如果在分線盤測得軌道接收電壓正?；螂妷浩?，說明是斷線故障，且故障發(fā)生在室內(nèi)分線盤內(nèi)測，應該在相敏接收器處繼續(xù)測量，如軌道電壓正常，而無直流輸出電壓時，則為室內(nèi)故障，重點考慮相敏接收器的器材本身故障，更換備用器材后，原器材入檢修基地，應重點檢查直流穩(wěn)壓、壓控振蕩器故障、晶體振蕩器等電路部分。

如果在分線盤處測得軌道回樓電壓偏低或為0V，還需在相敏接收器接收上再進行確認，電壓小于接收門限電壓10V，或者接收電壓為0V，按以下步驟操作。 ①需甩開室外電纜，測試電纜側(cè)空載電壓，若電壓明顯升高，則故障在室內(nèi)，存在下列情況，分線盤至接收器間混線、接收器插座73、83插片接觸不良、防護盒至接收器間斷線、接收器輸入變壓器T1一次側(cè)斷線、防護盒內(nèi)部斷線。②若甩開室外電纜，電纜側(cè)軌道電壓仍偏低或為0，則故障在室外。故障性質(zhì)有需要進一步判斷，在室外故障的查找方法與室內(nèi)甩線的方法相同，若發(fā)現(xiàn)電壓較正常值明顯升高時，則說明故障點找到，對于鋼軌上區(qū)分混線或斷線的故障性質(zhì)，可以借助鉗形電流表（軌道電路電流查找儀）來完成，這樣就省去了甩開電路的步驟，可以更快地找到故障點。

故障舉例3：軌道區(qū)段紅光帶，相敏接收器上的紅指示燈點亮、綠指示燈閃光。遇上這種情況其主要原因就是相敏接收器上沒有得到標準的110V局部電源，故障一定發(fā)生在室內(nèi)，通常主要問題如下，①接收器插座51、61無交流110V電壓，則為局部電源斷線。②接收器插座51、61交流110V電壓正常，則為接收器插座51、61插片接觸不良，或者器材故障。

3 結(jié)語

通過上述的三個故障舉例，結(jié)合軌道電路日常維護或施工安裝項目的特點，總結(jié)出軌道電路日常維護的重點內(nèi)容。

（1）新安裝開通的設備，應該注重檢查相敏接收器工作電源直流電壓保持在23～25V為宜。

（2）相敏接收器的工作值為12.5±0.5V，可靠工作值為16V，可靠不輸出門限為10V，因此軌道電路回樓接收電壓應根據(jù)其長度按調(diào)整表進行調(diào)整，可以參考不小于18V的應用性標準。

（3）軌道電路接收回樓電壓須按調(diào)整表進行，實現(xiàn)一次性調(diào)整。如遇有道床漏泄、道碴電阻變化等特殊區(qū)段，應適時進行調(diào)整。要保證受電端變壓比、送端電阻固定使用，通過對送電端變壓器的調(diào)整，滿足受電端電壓要求。

（4）在接續(xù)線和引接線要按標配，不得降低標準，鋼軌鉆孔工作要規(guī)格的鉆頭，防止發(fā)生大孔、小孔、卷邊等現(xiàn)象，塞釘處應密封，進行防生銹處理。采用規(guī)格等阻線，長短兩線電阻值不大于0.1Ω，防止牽引電流不平衡造成的干擾。

（5）長引接線過軌底時，應作防混線處理，并保持30mm以上的規(guī)定距離，扼流變壓器中心連接板要加裝絕緣套，防止引接線與中心連接板間接觸或摩卡。

（6）鋼軌絕緣無破損、軌端無肥邊、魚尾板螺栓不松動，高強絕緣魚尾板螺栓扭矩達標，道釘或扣件等不碰觸魚尾板，必要時采用尼龍扣件，防止混電。

基金項目：1.本文系吉林省教育廳科學研究項目《高鐵智能信號綜合演練系統(tǒng)的開發(fā)與研究》（JJKH20231043KJ）的研究成果。2.本文系2022吉林省教育科學“十四五”規(guī)劃課題《新業(yè)態(tài)下職業(yè)教育提質(zhì)培優(yōu)教學體系升級的實踐路徑研究》（編號ZD22152）的研究成果。

參考文獻：

[1]趙彥星.關于分路不良軌道電路參數(shù)調(diào)整的分析與思考[J].鐵道通信信號，2013（3）：30-33.

[2]張嬰鶴.25Hz相敏軌道電路的原理及應用[J].哈爾濱鐵道科技，2013（3）：41-42.