浅谈25Hz相敏轨道电路的应用及故障分析

    吴文艾 刘聪 王纪元

    

    摘 要：截至2018年年末，中国高铁总里程突破了3万公里，铁路总里程超过13万公里。为了保障25Hz相敏轨道电路的工作正常运行，铁路部门也增加了一些现代化的设备对轨道电路进行监测，例如微机监测系统就有监测25Hz相敏轨道电路的动态电路曲线图，通过观测动态电路曲线图，发现电压不稳定以及曲线波动等问题要及时分析故障并查找原因，把系统故障控制在事态发展初期，研究25Hz相敏轨道电路应用对我国交通事业有着进一步的促进意义。

    关键词：电气化;混线;故障

    1 25Hz相敏轨道电路应用

    1.1 25Hz相敏轨道电路基本应用

    轨道电路一般应用于车站和区间内，通过自动闭塞分区经过信号机分区可以得知站内的轨道电路与自动闭塞功能相同的线路。单拿机车信号来说，信息源就是不同区段的轨道电路以及轨道电路地面发送装置的站内电码化轨道电路。25Hz相敏轨道电路的受电端采用独特的二元二位轨道继电器。所以其受电端有着可靠的频率选择性和相位选择性，因此25Hz相敏轨道电路既可以用于交流电气化区段，还可以用于非电气化区段[2]。

    电气化区段对轨道电路的基本要求。（1）必须采用非工频型轨道电路：采用非工频轨道电路（移频轨道电路、25Hz相敏轨道电路、不对称轨道电路等）和50Hz的牵引电流相区分，轨道电路可以对牵引电流的基波和谐波干扰有一定的扼制作用，使轨道电路设备工作更加准确可靠。（2）各轨道电路采用双扼流双轨条轨道电路：利用扼流变压器沟通牵引电流形成双轨条回流的，称之为双轨条电路，这时候轨道电路处在平衡状态，促使完成站内电码化更为便捷，双轨制条电源电路一般工作中于区间和站内正线。（3）交叉渡线（包含复式交叉道岔）上两根直股全都通过牵引电流时，应当在其两端加设钢轨绝缘。如右图所示，两个道岔区段，非电气化区段，不用加装a和b绝缘节。但是电气化区段当电力机车行驶在交叉渡线上时，由于钢轨绝缘位置设置不严密从而导致不平衡电流加大，容易造成熔丝烧断，此时继电器落下。然而，由于1轨条（粗线）通过道岔跳线和4轨条（粗线）直接连接，而2轨条和3轨条通过扼流变压器的半边线圈和横向连接线串流之后形成了并联的迂回通路（如右图中虚线所示），使得上下两个道岔区段间，存在分路的时候相互影响和工作不稳定的问题。为了保证交叉渡线上机车信号设备和轨道电路能够正常工作，当交叉渡线上的两根钢轨全都经过牵引电流时，应该在此交叉渡线上增设绝缘节（右图的a，b所示），这样就可以切断1轨条和4轨条之间的电气连接，将上下两个道岔区段完全分开。

    交叉渡线加设绝缘节示意图

    （4）道岔跳线、钢轨引接线和接续线截面增大，引接线等阻。利用牵引电流连接线和道岔跳线的截面面积大于42mm的多股镀锌铁绞线来使牵引电流连接线的两端焊牢来减小钢轨阻抗。在穿过钢轨的时候，距离轨底的防护距离不得小于30mm。（5）相关地線连接规定：加设轨道电路的钢轨禁止与桥梁等建筑物、接触网的杆搭地线的地线直接连接，不能通过火花间隙与钢轨直接相连。（6）吸上线及回流线与钢轨连接时的技术要求：①吸上线、回流线（包括开闭所、分区亭的接地网和钢轨的连接线）应该接在扼流变压器的中性点上。为了防止迂回电路影响行车安全和保证轨道电路的可靠工作，一般情况下，不另外装设扼流变压器，而是与轨道电路共用。②对于取用自接触网供电作为车站电源的25kV变压器的回流线，在就近轨道上无扼流变压器的情况下，可在轨道电路上增加一台扼流变压器，并且把端子接在扼流变压器中心的端子板上。③在特殊情况下，例如路外通信设备拆迁工作量巨大，或者对通信干扰严重，吸上线或PW保护线部位与轨道电路的接受、发送端间距超过500m时，在轨道电路上增设一台扼流变电器，吸上线或PW保护线应当安置于扼流变电器的端子板上。其他的吸上线严禁和轨道电路的两边相互连接。④采用ZPW-2000（UM）系列的轨道电路时，应将吸上线或PW保护线连接在电感线圈中心点，当轨道电路中间必须增加扼流变压器时，应在扼流变压器的中心端子板上安装吸上线或者PW保护线。

    1.2 25Hz相敏轨道电路优势分析

    高压不对称脉冲电路也是轨道电路的一种，其原理就是正脉冲和负脉冲“不对称”钢轨表面的正脉冲幅值超过100V时，可以穿透轨道表面中的生锈层以及粉尘污染，可以起到很好的分路作用。高压不对称轨道电路适用于现如今所有投入铁路运输的机车，例如普铁、高铁、CRH等动车组。如果要投入新研究的车辆，需检测髙压不对称电路并探讨其是不是具备很强的抗机车干扰工作能力。另外，还要挑选尺寸合适的电源屏。一般来说，轨道电路会根据稳压电源产生多通道输出，因此电该估算整站轨道电路的总容量。另外，还要挑选尺寸合适的电源屏。一般来说，轨道电路会根据稳压电源产生多通道输出，因此电子计算机的电源总产量不是符合要求的，且各路輸出电源的容积不可超过额定值输出。

    UM71轨道电路属于谐振式无绝缘轨道电路，它由安装在室内的发送器、接收器、轨道继电器以及安装在室外的调谐单元、空心线圈、带模拟电缆的匹配变压器和若干补偿电容组成。其工作原理如下：编码系统在发送器EM控制下，产生低频调制的移频信号，经由电缆通道、匹配单元TDA和调谐单元BA，传送至轨道，经送电端传输到受电端的调谐单元BA再通过接收端的匹配单元和电缆通道将信号发送到接收器RE中，接收器将调制信号进行一系列的解调和放大，动作于轨道继电器，用来反映列车是否占用该区段轨道电路。钢轨上传输的低频信息通过机车接收线圈送给TVM-300，用于机车信号和速度监控应用。

    移频轨道电路是建立在移频自动闭塞的基础上，轨道电路中传送的移频电流包含多种行车信息，如反映前行列车的运行位置，确定各通过信号机的显示，为列车提供行车命令。同时，还为列车运行自动控制系统提供各样相关信息。

    1.3 25Hz相敏轨道电路的电气化特性

    在调整状态的时候，轨道继电器轨道线圈上的有效电压不得低于18V，也是说应该高于轨道继电器正常工作值（15V）的20%，以此来保证轨道继电器的正常吸起。在用006Ω标准分路电阻线在轨道电路送电端或受电端的轨面任意一处分路的时候，轨道继电器端电压（分路残压）应小于7.4V，但轨道继电器的释放值大约是8.6V，且留有一定的余量，来保证前接点可以正常的断开。

    2 25Hz相敏轨道电路故障分析

    2.1 电力牵引造成的轨道电路故障分析

    （1）轨道电路闪红光带：轨道电路闪红光带是容易发生的惯性故障，大都是瞬间造成的，发生较短时间后轨道电路便可以自动复原。虽然只是发生的这一瞬间，但是对行车运输的效率有着很大的影响。形成这种故障的主要原因分析如下：①不平衡电流在电气化区段的干扰。这是形成轨道电路闪红光带的主要原因，必须采用抗干扰设备，以免不平衡电流出现之后器材、设备被损坏。例如高容量扼流变压器、带适配器的扼流变压器、开气隙的扼流变压器、防雷轨道变压器、防护盒、铅心保安管等等，都可以有效地去防护不平衡电流所带来的干扰。②机车升弓电流所引起的闪红光带。机车升弓电流是指在机车即将启动的时候产生的瞬间牵引电流，此电流值一般数值较大，瞬间牵引电流带来的瞬间冲击对25Hz相敏轨道电路继电器的正常工作有着巨大的影响。

    例如，列车停留在某股道，此时机车升弓马上启动，瞬间电流所带来的影响会导致相邻或者不相邻的轨道继电器发生瞬间误跳（严重时该轨道电路继电器的前接点会发生颤动），这就是造成某区段闪红光带的主要原因，使即将开放的信号自动关闭。为了避免机车升弓电流对轨道电路带来的影响，现利用加装复式继电器来防止轨道继电器错误跳动，而复式继电器的安装也比较简单，只要把复式继电器接点接于联锁电路中。除此之外，还可以安装适配器来消除升弓电流所带来的影响。

    （2）强电流入侵烧毁设备：强电流入侵会烧毁轨道电路设备，这是由于过大的不平衡的电流入侵设备之后直接让设备发热导致毁坏。然而当回流不畅通的时候，造成牵引电流直接侵入设备某处，几百安培的电流会直接烧毁设备，形成巨大的故障范围，带来巨大的损失，虽然烧毁设备发生的概率较小，但是其影响面较大，一旦发生之后便带来恢复时间长、损失大的不良影响，对铁路运输的影响也就更大。强电流产生原因分析如下：①电气化区段中出现部分接触网短路，此时不平衡电流会瞬增到数百安培，这种情况极少出现。②牵引电网的瞬间闪络，由于其持续时间短（变电所不跳闸），其瞬间电流脉冲传到接触网支柱火花间隙导通后进入单侧轨，导致一个巨大的不平衡的电流在单侧轨中产生。③接触网支柱的火花间隙短路或接地线错误连接而造成的稳态数值较大的不平衡电流。④严重回流不畅通所带来的强电流。为了防止这样的故障发生，首先，轨道电路的传输性能需要提高，确保牵引回流的畅通无阻，减少或消除不平衡电流的影响。避免牵引电流聚集某处而毁坏设备。例如，对各种连接线和中性连接板以及吸上线接点的加固，对连接线和接续线横截面积的加大，利用等阻连接线、对轨道电路的传输特性进行调整等等。这些方法全部可以提高轨道电路的传输性能。

    2.2 25Hz相敏轨道电路组成部件故障分析

    （1）断路故障分析：首先确定是室内故障还是室外故障。在分线盘上将回楼电缆（两根甩净）甩开，再用交流100V挡测回楼电压，若电压大于50V，则为室内故障，如果电压没有变化，则为室外故障。室内可能出现断线：继电器线圈断线、继电器接触不良、防护盒内部断线、分线盘螺丝松脱、侧端子焊点开焊，正线电码化区段内FMJ未复原、电容断线等。室外可能出现断线：送电端和受电端熔断器故障、变压器线圈断线、电缆断线、钢轨折断、导接线断裂等。此时，通过测量送端限流电阻和送端轨面电压就可以确定断线故障及其位置。如果电压低于正常值，则为断线故障，断点在轨面或受电端处。（2）混线故障分析：首先，断开回楼电缆，用交流100V测量回楼电缆电压，若电压大于50V，则为室内故障;否则，电压较小，一般在10V左右，则故障在室外。室内混线处：硒片击穿引起的短路，防护盒内部混线，继电器线圈混线，分线盘和侧面盘子中有异物都为混线故障问题。室外混线处：绝缘皮损坏，钢轨接缝处有铁屑绝缘，电缆对地绝缘严重不良（例如电缆盒进水），扼流变压器与钢丝绳连接等。

    3 结语

    本文主要对25Hz相敏轨道电路的应用进行阐述，剖析了25Hz相敏轨道电路的故障原因，主要从断路故障以及混线故障分别描述，轨道电路主要运用于车站和区间内，25Hz相敏轨道电路相對于其他电路而言，其主要优势主要是因为它独特的结构，它同时具有频率选择和相位选择，以及有着较强的抗干扰能力。

    参考文献：

    [1]李风华.铁路信号25Hz相敏轨道电路故障处理[J].山东工业技术，2016.

    [2]雷勇.25Hz轨道电路室外故障分析探讨[J].科技资讯，2015.

    [3]鲁恩斌.汉宜客运专线站内25Hz相敏轨道电路应用案例分析[J].高速铁路技术，2014.

    [4]张祖林.25Hz相敏轨道电路在重载铁路的应用[J].企业技术开发，2014.

    [5]浩聪慧.25Hz相敏轨道电路在大准铁路的应用体会[J].科技传播，2010（23）.

    作者简介：吴文艾（1990—），女，汉族，甘肃天水人，本科，讲师，研究方向：轨道交通信号与控制。