趙曉風(fēng)

（長春市軌道交通有限責(zé)任公司，長春 130061）

1 問題的提出

長春輕軌一期工程于2001年5月27日開工建設(shè)，2002年10月30日建成試運(yùn)營。線路全長約14 km，設(shè)有17座車站，其中1座高架站，其余均為地面站。為了響應(yīng)國家關(guān)于軌道交通建設(shè)盡量選用國產(chǎn)化設(shè)備的號召，長春輕軌一期工程信號系統(tǒng)全部采用國產(chǎn)化設(shè)備。信號系統(tǒng)包括調(diào)度集中系統(tǒng)、6502電氣集中系統(tǒng)和自動站間閉塞系統(tǒng)。其中，站內(nèi)和區(qū)間軌道電路均采用了25 Hz微電子相敏軌道電路。全線每200～300 m設(shè)置一個軌道區(qū)段。

運(yùn)營初期發(fā)現(xiàn)，當(dāng)車輛行駛過程中，特別是跨越軌道區(qū)段絕緣節(jié)時，經(jīng)常出現(xiàn)輕車跳動現(xiàn)象,在控制臺和調(diào)度集中系統(tǒng)工作站界面上表現(xiàn)出紅光帶閃動現(xiàn)象，如圖1所示。2 G、4 G為相鄰兩個軌道區(qū)段，列車由4 G向2 G方向運(yùn)行。車占用4 G后，4 G顯示穩(wěn)定紅光帶，當(dāng)車運(yùn)行在2 G和4 G軌道電路絕緣節(jié)處，2 G紅光帶就時現(xiàn)時無，接著2 G又出現(xiàn)穩(wěn)定紅光帶。工作站上自動跟蹤的車次號丟失，由調(diào)度集中系統(tǒng)實(shí)時繪制的運(yùn)行圖無法保持連續(xù)性。為保證行車安全，值班員只能手動排列接發(fā)車進(jìn)路，調(diào)度集中系統(tǒng)的自動排列進(jìn)路、列車按計劃運(yùn)行等功能均無法實(shí)現(xiàn)。

2 原因分析

針對運(yùn)營中出現(xiàn)的輕車跳動現(xiàn)象，進(jìn)行了多方面的觀察。根據(jù)綜合分析，產(chǎn)生輕車跳動的主要原因有以下幾點(diǎn)。

（1）25 Hz微電子相敏軌道電路的分路靈敏度為0.06 Ω。長春輕軌車輛為提高運(yùn)行平穩(wěn)度，減小輪軌磨耗，其輪對由彈性車輪和空心車軸組成。彈性車輪由輪箍、輪心、壓圈、錐形橡膠圈等組成，輪心與輪箍間僅有3根軟線導(dǎo)通?？招能囕S減輕了車軸自重，使車輛運(yùn)行更加平穩(wěn)，但車輪與車軸的結(jié)合強(qiáng)度稍差，車輛運(yùn)行過程中易發(fā)生輪軸間松弛現(xiàn)象。當(dāng)車輛在鋼軌上運(yùn)行時，輪對的綜合分路電阻大于0.06 Ω，有的車輛為0.2 Ω左右，使軌道電路難以分路。特別是車輛運(yùn)行在軌道電路絕緣處時，由于前后輪對跨在兩個軌道電路區(qū)段，分路電阻增大。當(dāng)分路殘壓達(dá)到12 V以上時，輪對失去分路，WXJ25型微電子相敏接收器就有DC 24 V電壓輸出，使其執(zhí)行繼電器GJ（JWXC-1700安全型繼電器）吸起。當(dāng)輪對完全進(jìn)入前方區(qū)段（圖1中2 G）時，車輛分路電阻減小，WXJ25型微電子相敏接收器無DC 24 V電壓輸出，執(zhí)行繼電器GJ落下，表現(xiàn)在控制臺和調(diào)度集中系統(tǒng)工作站界面上是紅光帶閃動，即所謂的“輕車跳動”現(xiàn)象。

（2）輕軌運(yùn)營的特點(diǎn)是晝行夜停，因而軌面容易形成絕緣層。特別是雨天，夜間有10 h停運(yùn)，軌面極易生銹，次日清晨前幾次車運(yùn)行時，分路不良，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)輕車跳動現(xiàn)象。

（3）車輛運(yùn)行在曲線段，由于外軌超高，加上速度快時，車輛分路狀態(tài)不良，也容易出現(xiàn)輕車跳動現(xiàn)象。

（4）輕軌的軌道電路區(qū)段較短（小于350 m），當(dāng)軌道電路電壓過高，即WXJ25型微電子相敏接收器軌道輸入電壓（端子73、83端電壓）超過26 V時，在上述3種情況下，更容易出現(xiàn)分路不良，由于殘壓過高，使GJ不落下或落下后又吸起。

3 解決“輕車跳動”的方案

經(jīng)過反復(fù)實(shí)踐，先后采取了以下4種方案。

（1）固定電阻，限制電壓。

送電端限流電阻固定在4.4 Ω，不允許變動；受電端限流電阻固定在2.2 Ω。WXJ25型微電子相敏接收器軌道輸入電壓限制在18～22 V之間。

（2）與車輛部門協(xié)調(diào)，減小輪對分路電阻。

對輕車跳動現(xiàn)象嚴(yán)重的車輛輪對進(jìn)行改造。把彈性車輪的輪心與輪箍間連接軟線的根數(shù)由3根增加至5根，使輪心與輪箍間導(dǎo)通良好，減小輪對分路電阻，提高分路靈敏度。

上述兩項方案實(shí)施后，輕車跳動現(xiàn)象減少了，但仍未徹底解決。我們又組織了機(jī)關(guān)單位的工程技術(shù)人員深入研究后，實(shí)施了第三和第四種方案。

（3）增加25 Hz微電子相敏軌道電路的執(zhí)行繼電器GJ的復(fù)示繼電器GJF，GJF采用緩吸電路。

1）緩吸電路接線方式及工作原理

25 Hz相敏軌道電路工作原理如圖2所示，其執(zhí)行繼電器GJ的復(fù)示繼電器GJF的緩吸電路如圖3所示。GJF的1-2線圈和3-4線圈反向并聯(lián)使用，線圈端子1、4并接在GJ的接點(diǎn)42上；GJF的第4組接點(diǎn)串接在4-3線圈回路中，即GJF接點(diǎn)43與線圈端子3相連，接點(diǎn)41、42分別與RC回路的電容（C）、電阻（R）相連；R與C的另一端與GJF的1-2線圈端子2并接在KF電源上。GJ、GJF均采用的是JWXC-1700安全型繼電器，當(dāng)它的前后線圈按照“1、3端子相連接電源正極，2、4端子相連接電源負(fù)極”的并聯(lián)方式使用時，流經(jīng)兩線圈的電流產(chǎn)生的磁通方向相同，磁通共同作用產(chǎn)生的電磁力克服了銜鐵機(jī)械力，銜鐵吸起，動接點(diǎn)與前接點(diǎn)閉合，繼電器吸起。當(dāng)GJF的線圈按圖3所示方法相連時，在軌道電路調(diào)整狀態(tài)下，GJ吸起，GJF吸起；當(dāng)有車占用時，GJ落下，GJF落下；當(dāng)車輛出清軌道區(qū)段時，GJ吸起，DC 24 V電壓作用于GJF緩吸電路，電容充電電路接通。充電電路為：KZ→GJ接點(diǎn)41→GJ接點(diǎn)42→GJF的4-3線圈→GJF接點(diǎn)43→GJF接點(diǎn)41→電容C→KF，此時，流經(jīng)GJF的4-3線圈的電流i1（t）方向由4至3，同時流經(jīng)GJF的1-2線圈的電流i2（t）方向由1至2。這時，由于流經(jīng)前后線圈的電流產(chǎn)生的磁通方向相反，磁通相互抵消，GJF不能吸起。i2（t）的大小不變；隨著電容電壓Uc（t）逐漸增加，其值變化如圖4所示；i1（t）由大逐漸減小，其值變化，如圖5所示。當(dāng)電容充電時間t=t1時，流經(jīng)GJF線圈的總電流為i（t1）（其中i（t1）＝i2（t）-i1（t1））達(dá)到一定安匝數(shù)時，由于磁通作用產(chǎn)生的電磁力克服了銜鐵機(jī)械力，GJF銜鐵吸起，動接點(diǎn)與前接點(diǎn)閉合，其后接點(diǎn)43切斷電容充電回路，電容充電結(jié)束，由此達(dá)到了GJF緩吸的目的。電容充電時間t1即為GJF的緩吸時間。GJF吸起后，已充電電容C開始在RC回路中放電，放電回路為：電容C正極→GJF接點(diǎn)41→GJF接點(diǎn)42→電阻R→電容C負(fù)極。

注：①零狀態(tài)響應(yīng)是在零初始狀態(tài)下，由在初始時刻施加于電路的輸入所產(chǎn)生的響應(yīng)。

2）緩吸時間計算

因為GJF常態(tài)總是在吸起狀態(tài)，因此，可以認(rèn)為在GJF落下前，電容兩端的電壓Uc已經(jīng)在RC回路中放電完畢，即Uc（0-）=0，由于電容電壓不能躍變，在車輛出清軌道區(qū)段接通電容充電回路的瞬間，電容端電壓仍為0，即Uc（0+）=0。滿足電路零狀態(tài)響應(yīng)概念①。根據(jù)零狀態(tài)響應(yīng)相關(guān)計算公式得電容端電壓 Uc（t）=Us（1-e-1/RCt)，t≥ 0，其中RC稱為時間常數(shù)，通常用τ來表示，當(dāng)R以Ω為單位時，C以F為單位時，RC的單位為s。

根據(jù)對GJF緩吸電路原理分析，我們認(rèn)為，當(dāng)t=t1時，流經(jīng)GJF線圈的總電流i（t1）達(dá)到一定數(shù)量安匝時，GJF吸起；也就是GJF線圈的端電壓達(dá)到其工作值，即16.8 V時，GJF吸起。在電容充電過程中，GJF的1-2線圈的電壓為24 V，要使GJF的線圈電壓達(dá)到16.8 V，加在GJF的4-3線圈 的 反 向 電 壓 U4-3（t1）=24-16.8=7.2（V）；電容 端 電 壓 Uc（t1）=24-U4-3=24-7.2=16.8（V）。根據(jù)公式 Uc（t）=Us（1-e-1/RCt)，其中 Us=24 V，R=1 700/2=850（Ω），C=1 000 uF=1×10-3F，t=t1，那么，16.8=24（1-e-1/RCt1)，t1=-RCln0.3 ＝1.02 s。因此，理想狀態(tài)下，該電路的緩吸時間為1.02 s。通過現(xiàn)場觀察，GJF的緩吸時間大約為1 s左右。

3）緩吸電路適用范圍

信號電路設(shè)計遵循的主要原則是“故障-安全”。上述緩吸電路采用的是電解電容（型號為CD15-1 000F-50 V），其使用壽命受端電壓、工作溫度等影響較大。當(dāng)電路中混入高電壓（如信號常用的DC/AC 220 V電壓）時，電容將被擊穿，GJF將始終處于落下狀態(tài)。當(dāng)緩吸電路發(fā)生斷線故障時，緩吸電路將不起作用。有關(guān)資料說明，電解電容的使用壽命與工作溫度成反比關(guān)系，溫度每提高10℃，壽命將縮短一半，當(dāng)它接觸或靠近發(fā)熱元件時，很快會失效。電解電容工作的不可靠性，將給行車安全帶來隱患。因此，在6502有關(guān)聯(lián)鎖電路中應(yīng)采集GJ的接點(diǎn)條件和非聯(lián)鎖電路及調(diào)度集中與6502接口電路采集GJF的條件，從而使調(diào)度集中系統(tǒng)更加穩(wěn)定可靠地工作，保證了行車安全。

（4）修改調(diào)度集中系統(tǒng)軟件，增加GJF落下表示光帶延時時間

通過在25 Hz微電子相敏軌道電路的執(zhí)行繼電器GJ的復(fù)示繼電器GJF的電路中增加緩吸電路的方法，經(jīng)一段時間現(xiàn)場觀察，輕車跳動問題基本解決，保證了行車安全。為使調(diào)度集中系統(tǒng)車次號跟蹤、實(shí)時運(yùn)行圖和自動排列進(jìn)路等功能更好地實(shí)施，又修改調(diào)度集中系統(tǒng)軟件，將無岔區(qū)段的GJF落下表示光帶時間延時1.5 s，實(shí)際運(yùn)用效果良好。

4 結(jié)束語

25 Hz微電子相敏軌道電路在長春輕軌的應(yīng)用，是城市軌道交通中采用鐵路傳統(tǒng)軌道電路設(shè)備的嘗試。針對運(yùn)營過程中出現(xiàn)的輕車跳動問題，通過技術(shù)手段進(jìn)行改造，使其工作更加穩(wěn)定可靠。在設(shè)備日常維護(hù)過程中，努力消除設(shè)備（主要是電容）工作的不利因素，定期進(jìn)行阻容元件測試，發(fā)現(xiàn)工作不良，立即更換。電容不靠近發(fā)熱元件，保證機(jī)械室溫度保持在10～24 ℃左右。通過日常精心維護(hù)，保證工作可靠性，延長其使用壽命。

[1]李瀚蓀．電路分析基礎(chǔ)（3版）[M]．北京：高等教育出版社，2006.

[2]湘潭電機(jī)股份有限公司．Q6W-1型70%低地板輕軌車簡明培訓(xùn)手冊.