關(guān)于軌道電路道床電阻若干問題的探討

耿 燕

(中鐵第六勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，天津 300308)

1 概述

目前，全路的道床分有砟和無砟兩種，有砟道床的軌下基礎(chǔ)為石質(zhì)散粒，即碎石，無砟道床則采用混凝土整體基礎(chǔ)代替有砟道床的碎石基礎(chǔ)。道床電阻是指單位長度(1 km)軌道電路中，由一根鋼軌經(jīng)過軌枕、道床到另一根鋼軌的漏泄電阻，又稱道砟電阻，單位為Ω·km，其影響著鋼軌中軌道電路信號(hào)的衰減。在我國南方的部分鐵路線路上，橋梁、隧道較多，加上氣候潮濕，都能造成道床電阻接近最小值，嚴(yán)重影響軌道電路的正常工作。為保證軌道電路穩(wěn)定可靠地工作，提高軌道電路的工作質(zhì)量，應(yīng)盡可能的提高道床電阻值。

2 道床電阻的組成

道床電阻的大小取決于扣件系統(tǒng)、絕緣墊板、軌枕、道砟的絕緣性能，其絕緣性能越好，則道床電阻值越大，否則，道床電阻值越小。其中，扣件系統(tǒng)包括鋼軌彈條，軌枕螺栓，擋板座及預(yù)埋套管。

有砟道床上單根軌枕的組成如圖1所示，斜線陰影區(qū)域均為絕緣材料。根據(jù)道床電阻的定義，單位長度的道床電阻即為1 km長度內(nèi)所有單根軌枕絕緣電阻的并聯(lián)，也就是說，道床電阻取決于每一根軌枕的絕緣電阻情況。

圖1 道床結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Schematic diagram of track bed structure

無砟道床與上圖的區(qū)別是其中的道砟變成整體混凝土塊。

3 道床電阻對(duì)軌道電路的影響

軌道電路是將鋼軌作為其傳輸通道的一種軌道電路，送端設(shè)備將軌道電路信號(hào)送至兩根鋼軌，經(jīng)過一段長度鋼軌的傳輸，受端設(shè)備對(duì)軌道電路信號(hào)進(jìn)行接收。道床電阻越小，軌道電路信號(hào)在鋼軌中傳輸時(shí)衰減越大，受端設(shè)備接收到的軌道電路信號(hào)越小。

從以上分析來看，道床電阻值低對(duì)軌道電路的調(diào)整狀態(tài)不利，容易產(chǎn)生“紅光帶”故障，但對(duì)軌道電路的分路狀態(tài)有利，不容易產(chǎn)生分路不良問題。

另外，軌道電路的極限長度與道床電阻有關(guān)。道床電阻越低，軌道電路極限長度越短，不利于工程應(yīng)用。

當(dāng)軌道電路道床電阻低至一定程度時(shí)，站內(nèi)為＜0.6Ω·km，區(qū)間為＜1.0 Ω·km，需要對(duì)道床進(jìn)行改善，以提高道床電阻值。

4 道床電阻的相關(guān)規(guī)定

關(guān)于道床電阻的最低值，各類標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范都進(jìn)行了相應(yīng)的限定。

TB 1445-1982《軌道電路參數(shù)》中2.2條規(guī)定如表1所示。

TB 10007-2017《鐵路信號(hào)設(shè)計(jì)規(guī)范》中4.2.5條規(guī)定，確定軌道電路的工程設(shè)計(jì)長度時(shí)，最低道床電阻的取值應(yīng)符合下列規(guī)定。

表1 道砟電阻標(biāo)準(zhǔn)值Tab.1 Standard values of ballast resistance

客貨共線鐵路

1) 站內(nèi)有砟軌道不應(yīng)大于0.6 Ω·km；

2) 區(qū)間有砟軌道不應(yīng)大于1.0 Ω·km。

高速鐵路、城際鐵路

1) 有砟軌道不應(yīng)大于2.0 Ω·km；

2) 無砟軌道不應(yīng)大于3.0 Ω·km。

以上條款指出信號(hào)專業(yè)在設(shè)計(jì)軌道電路長度時(shí)，道床電阻取值過高，則在鐵路現(xiàn)場可能出現(xiàn)軌道電路無法調(diào)整的問題。

4.2.6 條規(guī)定，道床電阻低于0.5 Ω·km，不宜單獨(dú)采用軌道電路。該條規(guī)定表明了軌道電路對(duì)道床電阻的最低極限要求，否則，軌道電路將肯定不能可靠工作。

原鐵道部發(fā)布的《無砟軌道條件下ZPW-2000系列軌道電路傳輸特性關(guān)鍵參數(shù)技術(shù)條件（暫行）》（鐵科技[2006]188號(hào)文）中3.2條規(guī)定，軌道電路的道床電阻不小于3 Ω·km。該條規(guī)定對(duì)無砟道床的最小道床電阻做了限定。

5 影響道床電阻的因素

根據(jù)本文第2節(jié)的介紹，道床電阻與扣件系統(tǒng)、絕緣墊板、軌枕、道砟的絕緣性能有關(guān)，這里一一進(jìn)行說明。

5.1 扣件系統(tǒng)

扣件系統(tǒng)中鋼軌彈條和軌枕螺栓為金屬材料，其與鋼軌直接接觸。擋板座和預(yù)埋套管為絕緣材料，將鋼軌彈條、軌枕螺栓與軌枕隔離。因此，擋板座和預(yù)埋套管的性能是否失效直接對(duì)道床電阻產(chǎn)生影響。

另外，扣件系統(tǒng)中積累的碎石、淤泥、油污也會(huì)導(dǎo)致道床電阻下降。

5.2 橡膠墊板

橡膠墊板將鋼軌與軌枕隔離，其絕緣性能的失效將導(dǎo)致兩根鋼軌之間的絕緣性能減小，道床電阻隨之降低。

5.3 軌枕

軌枕分木枕與混凝土枕兩種。木枕在干燥時(shí)，兩根鋼軌之間的電壓差并不能使其具備導(dǎo)電性能，但潮濕后導(dǎo)電，導(dǎo)致道床電阻減小。混凝土有一定的導(dǎo)電性。混凝土本身不是絕緣體，屬于不良導(dǎo)體，其導(dǎo)電性能隨著濕度增大而增加，不利于道床電阻的提高。

5.4 道砟

對(duì)于有砟道床，碎石的的主要成分是二氧化硅，本身不導(dǎo)電。對(duì)于無砟道床，由于其主要成分是混凝土，其導(dǎo)電性能與混凝土枕一樣，這里不再贅述。

5.5 其他

粉塵在潮濕條件下具有導(dǎo)電性，因此，不論是軌枕、碎石還是混凝土道床，其在積累粉塵且潮濕后，都會(huì)對(duì)道床電阻產(chǎn)生不利影響。

鐵銹具有導(dǎo)電性，鋼軌生銹后產(chǎn)生的鐵銹碎屑散落在道床上，也會(huì)導(dǎo)致道床電阻減小。

道床的排水性能也是非常關(guān)鍵的因素，排水性能差，則道床電阻變差。

道砟與鋼軌應(yīng)保持一定距離，更不能接觸。

6 道床電阻的測試方法

目前道床電阻的測試方法主要有開路短路法、雙短路法、估算法3種。這里就3種方法的原理、優(yōu)點(diǎn)、缺點(diǎn)進(jìn)行說明，為現(xiàn)場提供指導(dǎo)意見。

6.1 開路短路法

開路短路法的測試是在送電端用三電壓表法分別對(duì)受電端開路阻抗Zk和受電端短路阻抗Zd進(jìn)行測試。根據(jù)測試結(jié)果，計(jì)算出特性阻抗Zc和傳輸常數(shù)r，然后計(jì)算出道床電阻。測試示意如圖2所示。

開路短路法的優(yōu)點(diǎn)是測試結(jié)果比較準(zhǔn)確，缺點(diǎn)是只能對(duì)機(jī)械絕緣節(jié)的軌道電路進(jìn)行測試，測試地點(diǎn)需提供電源條件。

6.2 雙短路法

圖2 開路短路法測試示意圖Fig.2 Schematic diagram of open circuit and short circuit test

雙短路法的測試是在軌道電路中間進(jìn)行測試，用三電壓表法分別測試對(duì)稱L長度的短路阻抗和對(duì)稱2×L長度的短路阻抗，然后根據(jù)兩個(gè)短路阻抗計(jì)算出特性阻抗Zc和傳輸常數(shù)r，最后計(jì)算出道床電阻。測試示意圖如圖3所示。

圖3 雙短路法測試示意圖Fig.3 Schematic diagram of double short circuit test

雙短路法的優(yōu)點(diǎn)測試結(jié)果準(zhǔn)確，對(duì)電氣絕緣節(jié)和機(jī)械絕緣節(jié)軌道電路的道床電阻均可測試，缺點(diǎn)是在短路范圍內(nèi)（4×L）不能有補(bǔ)償電容或其他軌旁設(shè)備，測試地點(diǎn)需提供電源條件。

6.3 估算法

估算法的原理是根據(jù)均勻傳輸線理論，對(duì)軌道電路進(jìn)行建模，根據(jù)送電端的電壓，不斷改變道床電阻，計(jì)算出送電端的電壓。當(dāng)計(jì)算出的送電端的電壓與實(shí)測值最接近時(shí)，該次計(jì)算所用的道床電阻即為當(dāng)前軌道電路的道床電阻估算值。

估算法的優(yōu)點(diǎn)是只需要對(duì)送電端電壓和受電端電壓進(jìn)行測試即可，并且對(duì)電氣絕緣節(jié)和機(jī)械絕緣節(jié)軌道電路的道床電阻均可測試，缺點(diǎn)是測試結(jié)果不如上述兩種測試方法準(zhǔn)確。

7 道床電阻的改善措施

針對(duì)鐵路現(xiàn)場道床電阻偏低或不達(dá)標(biāo)的情況，通過以下措施，道床電阻可以得到改善。

1) 檢查軌道電路中扣件系統(tǒng)的擋板座和預(yù)埋套管是否有破損、絕緣性能失效，扣件系統(tǒng)中是否有淤泥、油污、碎石等，有則進(jìn)行更換和清理。

2) 可能的條件下，將扣件系統(tǒng)中與鋼軌接觸的金屬件更換為絕緣件，增加二次絕緣。

3) 對(duì)絕緣性能不滿足要求、破損、丟失的橡膠墊板更換和增加。

4) 檢查軌枕的絕緣性能是否滿足要求，不滿足則進(jìn)行更換。

5) 檢查道床是否干凈，對(duì)存在粉塵積累、油污、鐵銹碎屑的道床進(jìn)行沖洗，保持道床干凈。

6) 對(duì)于有砟道床，碎石必須與軌底保持一定距離。

7) 檢查道床的排水性能，嚴(yán)禁存在翻漿現(xiàn)象，否則，應(yīng)督促工務(wù)專業(yè)對(duì)道床進(jìn)行清篩、搗固。

8 結(jié)束語

鐵路現(xiàn)場維護(hù)人員掌握影響道床電阻的因素及合理的改善措施，配合對(duì)道床電阻進(jìn)行正確的測試，可以為軌道電路提供好的道床條件，較高的道床電阻，保證軌道電路的可靠工作。