高鐵站內(nèi)軌道電路分路不良分析研究

余紅梅 劉志慧 常興華 劉冠宇

摘 要：許多軌道電路因長期不走車而使鋼軌生銹導致分路不良，而高鐵站內(nèi)還因為速度高、25Hz區(qū)段短，從而使分路電阻提高，導致也出現(xiàn)分路不良而占用丟失，文章旨在通過實驗分析而研制出一種徹底解決各種分路不良的方案。

關鍵詞：軌道電路；分路不良；分路電阻

中圖分類號：U284.2 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）20-0036-02

Abstract： Many track circuits rust the rail for a long time， resulting in poor shunt， and the high speed and short 25Hz section in the high-speed railway station also improve the shunt resistance， resulting in poor shunt and loss of occupation. The purpose of this paper is to develop a scheme to solve all kinds of bad shunt thoroughly through experimental analysis.

Keywords： track circuit； bad shunt； shunt resistance

1 概述

分路不良是指軌道電路因各種原因?qū)е铝熊嚮蜍嚵姓加脮r而軌道繼電器不能落下，出現(xiàn)有車無指示的現(xiàn)象，導致信號聯(lián)鎖失效，危及鐵路行車安全。自然環(huán)境下的長時間不走車鋼軌生銹、運輸車輛撒落的帶有腐蝕性物質(zhì)對鋼軌的腐蝕等狀況，均可造成分路不良。對于高鐵站內(nèi)，除上述原因外，還因為25Hz軌道電路區(qū)段短而出現(xiàn)分路不良，成為較為突出的問題，不僅多而且面廣，鐵路上一直沒有找到較為徹底的解決方案，嚴重地影響著行車安全與作業(yè)效率。

2 軌道電路正常工作條件及性能參數(shù)研究

（1）25Hz相敏軌道電路分析研究。25Hz相敏軌道電路主要由電源、變壓器、鋼軌引接線、二元二位相敏軌道繼電器、或電子接收盒等設備等設備構(gòu)成。為適應電氣化區(qū)段，提高抗牽引電流的干擾能力，25Hz相敏軌道電路在結(jié)構(gòu)上做了以下特別處理：a.鋼軌引接線采用焊接式，減少接觸電阻，且將一長一短的兩引接線設計為等阻線。b.軌道電路送、受電端均設置相匹配的扼流變壓器，并增設適配器，減少脈沖干擾。c.）提高二元二位繼電器翼板和繼電器罩的工藝設計，避免翼板卡阻使列車占用分路不良；同時在局部線圈增加補償電容，補償其傳輸功率。d.采用開了氣隙的扼流變壓器，提高抵抗瞬間沖擊電流的能力，并規(guī)定扼流變壓器中點對稱度小于1%。

（2）ZPW-2000A無絕緣移頻軌道電路分析研究。ZPW-2000A軌道電路采用電子電氣元件構(gòu)成的絕緣節(jié)，該絕緣節(jié)無需切割鋼軌，但需要占29米鋼軌參與絕緣節(jié)的作用，因此，每一個ZPW-2000A軌道電路都包含兩個部分，即主軌道電路和29米調(diào)諧區(qū)構(gòu)成的小軌道電路。在電氣化區(qū)段，牽引電流對ZPW-2000A系統(tǒng)也存在干擾，主要包括不平衡牽引電流干擾、接觸網(wǎng)與ZPW-2000A軌道電路傳輸電纜之間的耦合電感電容、牽引電流回流對地下電纜產(chǎn)生的阻性耦合等。為適應電氣化區(qū)段的應用， ZPW-2000A系統(tǒng)采取了如下措施：a. ZPW-2000A采用的空心線圈對于50Hz 電流呈現(xiàn)特別小的交流阻抗，相當于一條短路線，從而將牽引電流進行了平衡。b. ZPW-2000A載頻為1700Hz、2000Hz、2300Hz和2600Hz，選在高次偶次諧波，其諧波干擾量大大減少；采用±11Hz小頻偏，接收通道窄，品質(zhì)因數(shù)高；18種低頻選擇，都避開了牽引電流的二次諧波；采用了調(diào)頻調(diào)制方式，抗干擾能力加強。c. 采用內(nèi)屏幕數(shù)字信號電纜，提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。

3 高鐵站內(nèi)軌道電路分路不良模擬分析研究

（1）分路不良的情形。分路電阻主要由走行車輛的輪對電阻和輪軌接觸電阻構(gòu)成，分路不良就是因為分路電阻過高導致的。而根據(jù)大量試驗研究可知，車輛的輪對電阻比輪軌接觸電阻小得多，因此，分路電阻可近似地認為是輪軌接觸電阻[1]，要解決分路電阻過高問題，則主要是解決怎么盡可能減小輪軌接觸電阻。除了分路電阻過高導致分路不良外，還有下述原因也會導致分路不良，出現(xiàn)有車無紅光帶的現(xiàn)象。a.軌面電壓調(diào)整過高或送端變阻器調(diào)整的阻值過小，造成車輛壓不死。b.一送多受的軌道區(qū)段因各受電端相距較遠，軌面電壓調(diào)整不平衡，有個別受電端軌面電壓過高，造成車輛壓不死。c.車輛自重過輕導致壓不死。d.軌道繼電器有剩磁或接點卡阻、粘連等原因?qū)е萝壍览^電器不落下。

（2）生銹鋼軌分路數(shù)據(jù)測試與分析。鋼軌生銹是一個緩慢的過程，正線因為行車密度大、行車速度高，鋼軌通過與輪對的不斷摩擦，一般不會生銹，因此，通常在走車較少的側(cè)線等位置會存在大量的生銹鋼軌，導致分路不良。另外，在一些貨場，大量裝卸散落或被機車車輛輪對帶入的粉塵經(jīng)列車輪對碾軋，在軌面會形成絕緣層，等同于生銹鋼軌，使輪軌接觸電阻變大，也會導致分路不良。本文數(shù)據(jù)測試基于南京鐵道職業(yè)技術學院校內(nèi)實訓基地25Hz軌道電路，包括采用二元二位相敏繼電器（JRJC）和采用電子接收盒（WXJ25）兩種。實訓基地鋼軌因無車輛走行自然生銹。調(diào)整狀態(tài)下觀察，GDJ能可靠吸起，此時測得送受端電壓如表1所示。送端在送電端變壓器BG2-130/25的一次側(cè)測量Ⅰ1、Ⅰ4端子，軌道電壓應控制在220±6.6V；受端直接在JRJC軌道線圈上或電子接收盒的軌道接收端測量，有效電壓應該控制在18V以內(nèi)。對鋼軌不采用任何處理，用0.06歐姆標準分路線在軌道區(qū)段選擇軌道電路送端、中部、受端各作一次分路殘壓測試，GDJ可靠落下的僅有1處，分路殘壓如表2所示；采用砂紙對鋼軌進行打磨后用0.06歐姆標準分路線在同樣的3點處再進行分路，GDJ均可靠落下，且分路殘壓如表2所示。當軌道區(qū)段送、受端的軌面上采用0.06歐姆的分路電阻線分路時，97型軌道電路繼電器（JRJC）的前接點應斷開，其軌道線圈端電壓應低于7.4V的規(guī)定電壓；對于電子接收器，其執(zhí)行繼電器應可靠落下，軌道接收端電壓應低于10V的規(guī)定電壓。由此可見，用砂紙對鋼軌進行除銹后數(shù)據(jù)才符合要求。

（3）站內(nèi)25Hz短區(qū)段分路電阻的分析。近年來，鐵路運輸布局的調(diào)整導致中間車站的調(diào)車作業(yè)量大幅下降，一些軌道區(qū)段走車減少，造成部分鋼軌生銹，出現(xiàn)分路不良，其中以站內(nèi)25Hz相敏軌道電路的分路不良最為突出。另外，在露天的自然狀態(tài)下，鋼軌表面灰塵吸附的水分導致鋼軌表面發(fā)生氧化反應， 生成Fe（OH）3，形成薄膜氧化層[2]。薄膜氧化層一定條件下其性能可等效為半導體，當半導體兩端的正向電壓大于一定值（約0.6V）時，半導體導通。但現(xiàn)有25Hz相敏軌道電路的軌面電壓約0.4～0.8V，該電壓不能確保軌面半導體的導通，于是產(chǎn)生了時斷時通狀的分路不良。列車分路電阻跟列車惰行、開車還是停車運行情況也有關系。令同一列車在同一個軌道電路區(qū)段多次運行，對不同走行情況的測試數(shù)據(jù)進行分析發(fā)現(xiàn)，停車時列車分路電阻最好（最?。缓蟀粗苿?、開動以及惰行的順序增加，其中惰行時的列車分路電阻約為開行或制動時的10倍左右[3]。由此不難看出高速鐵路列車進站減速惰行時常會出現(xiàn)分路不良。高鐵站內(nèi)軌道區(qū)段一般是ZPW-2000A一體化軌道電路，或者是25Hz相敏軌道電路（一般側(cè)線），軌面電壓按照有效值不小于0.8V設計，通過對鐵路現(xiàn)場高鐵線路的分路不良的情況進行收集觀察，發(fā)現(xiàn)引起分路殘壓超標導致“飛車”，即有車無表示的原因通常有以下幾種：一是運行列車進站減速惰行，輪軌接觸電阻值升高；二是雨后軌面存在銹蝕；三是軌道電路電壓調(diào)整偏高，造成軌出電壓值較高。

（4）分路條件的分析與計

算。我國的電氣化區(qū)段站內(nèi)大量采用25Hz相敏軌道電路，該型軌道電路的終端阻抗選擇在0.2Ω～0.5Ω之間，終端阻抗小于0.2Ω或大于0.5Ω的結(jié)果是失去分路或失去斷軌監(jiān)督。終端阻抗過低會造成軌間電壓下降，一般都小于1V，典型值在0.4～0.9V左右，對應軌道繼電器大于工作值15V～17V。25Hz鐵磁分頻器與25Hz定相電源模塊的容量及技術又制約了軌間電壓的提高。

（5）高鐵站內(nèi)軌道區(qū)段疊加其它信號解決分路不良方案研究。國際鐵路聯(lián)合會UIC的技術研究所（ERRI A174委員會）推存了一個確保鋼軌間車輪完全短路的軌間電壓的國際標準：軌面嚴重氧化生銹區(qū)間、軌面硅層氧化污染的區(qū)間、輕軌車輛走行的較閑散區(qū)間、軌面較干凈區(qū)間等情況下的峰值電壓分別為50V、10V、6V、1.1V。對于特別嚴重生銹軌面，除采用軌間電壓50V、10V的標準，還采用了高壓脈沖軌道電路；對于一般生銹軌面則可在現(xiàn)有25Hz等軌道電路的基礎上采用6V、1.1V軌間電壓標準，即用提高軌面電壓的方法（俗稱3V化），必要時短軌道電路軌面電壓峰值提高到7V以上。北京全路通信信號研究設計院有限公司于2009 年開始研制的ZPW-2000A移頻脈沖軌道電路，發(fā)送器輸出移頻信號和高電壓多頻率不對稱脈沖混合信號，接收器同時接收移頻信號和脈沖信號，并進行與邏輯判斷，驅(qū)動GJ，從而構(gòu)成的一種新型站內(nèi)軌道電路。ZPW-2000A 移頻脈沖軌道電路在系統(tǒng)按如下條件進行設計：最低道砟電阻≥2Ω·km股道、區(qū)段最大長度為650m或道岔區(qū)段最大長度為400m時，軌面脈沖電壓≥50V，可有效解決分路不良。[4]

4 結(jié)束語

我國高鐵一般中間站及6個股道以下的站場普遍采用站內(nèi)一體化ZPW-2000A軌道電路，對于較大一些站場一般正線及股道采用一體化ZPW-2000A軌道電路，側(cè)線及道岔區(qū)段則采用25Hz相敏軌道電路，軌面電壓按照有效值不小于0.8V設計，在較長時期不走車的情況下，無法可靠分路。根據(jù)世界各國經(jīng)驗，解決軌道電路分路不良主要是通過提升軌面間電壓，實現(xiàn)對輪軌間不良導電層的擊穿。

參考文獻：

[1]孫上鵬，趙會兵，陳德旺，等.基于電接觸理論的軌道電路分路電阻計算方法研究[J].鐵道學報，2014，36（3）：31-36.

[2]田新英.鐵路信號系統(tǒng)軌道電路分路不良的危害及防治[J].數(shù)字化用戶，2017（9）：7.

[3]中國鐵路總公司.普速鐵路信號維護規(guī)則[S].北京：中國鐵道出版社，2015.

[4]任軍，魯恩斌.ZPW-2000A移頻脈沖軌道電路系統(tǒng)研究[J].鐵道通信信號工程技術，2015，12（3）：10-14.