1 概述

  站内轨道电路分路不良的原因是钢轨表面存在不良导电层,致使轮对与钢轨接触电阻异常,列车占用时无法对轨道电路形成电气短路,列车占用检查无法实现,存在进路提前错误解锁、道岔中途转换造成挤岔、脱线事故;列车尾部未出清时,错误显示道岔区段空闲引起侧面冲突事故等隐患。

2 原理分析及研究
2.1 现场分路不良区段恒定压力击穿试验

  对分路不良程度大致可作如下分类:列车分路前后电压变化小于5 V为分路残压低;列车分路前后电压变化大于5 V为分路残压高;列车分路前后电压几乎没有变化为分路无反应。

  1) 试验方法

  对不良导电层的击穿电压,会受钢轨表面作用压力的影响,对钢轨表面施加24.5 kN的恒定压力。如图1所示。

  在该电路中,通过测量标准电阻上的电压计算出电流值,被测对象的阻抗模值等于该电流值除以电压值,采用1 Ω的标准电阻,U1等于电路中电流值,如图2所示。

  持续不断升高电压,当电压升高到一定值后,不良导电层电特性发生变化,电流急剧增加。连续实时记录介质层两端和标准采样电阻上的两个电压值(该电压值与通道内的电流等量),能够得到介质层的特性变化曲线。测试电路原理如图3所示。

2.2 数据分析及主要技术指标

  如图4所示,氧化膜具有击穿特性,电压在一定范围内电流很小, 相应电压、电流比值较大,当电压超出该范围达到一定值后,电流会突然增大,发生击穿后,电流持续增大,坐标曲线斜率变缓,电阻值降低;对于不良导电介质,不发生突变击穿,但因为持续不断增大电流,导致阻值下降。对图4的坐标变换为“电流—电阻”关系后,如图5所示。

2.3 短路电流与分路电阻的确定

  存在于轨面的氧化层具有击穿特性,在发生击穿前,阻抗值从数十欧到上百欧不等。发生击穿后,电流增大,电阻下降,但轨道电路分路灵敏度无法采用0.06 Ω,因为无法使分路电阻下降到该值。确定分路灵敏度的关键就是确定接触电阻所能达到的最低值。

  实验结果表明,不良导电层的击穿状态影响分路电阻的确定,即通过轮对的短路电流影响分路电阻的确定,电流小,电阻大;电流大,电阻小。不良导电层击穿后,电流阻抗变化的曲线随着电流的不断增加,电阻值呈现下降的趋势,如图6所示。

  多组数据全部集中于一起,根据上方轮廓选取,如图7所示。

  由于分路电阻量的确定取决于短路电流,为保证有效分路,要求短路电流的量大于烧结该电阻需要的电流量。短路电流、分路灵敏度这对因素要一并考虑选取。

  根据测试数据确定如下指标。

  25 Hz相敏轨道电路,分路灵敏度0.25 Ω,最不利短路电流4 A,该指标同样适用于其他波形连续的轨道电路系统。

  多特征脉冲轨道电路,分路灵敏度0.15 Ω,最不利短路电流20 A。

3 解决分路不良的系统方案对比
3.1 相敏轨道电路(UI型)

  解决分路不良必须提升轨道电路功率,在设计中考虑对功率的优化,最大范围的利用既有设备,方案中尽量降低传输中信号角度的偏移,不新增相位调整设备。

  提高钢轨受电端阻抗,能够解决利用既定分路灵敏度和实现钢轨轨面最低电压的要求,在方案设计过程中,轨道电路中既有的扼流设备可以利用。

  对既有轨道电路的改造,综合考虑技术方案的有效、现场施工便利、造价成本低廉三方面因素。

  3.1.1 技术方案指标要求

  1)轨道电路分路灵敏度达到0.25 Ω;最小短路电流为4 A。

  2)受电端轨面电压达到3 V时,室内接收器落下。

  3)轨道电路长度:400 m(0.6 Ω· km) 、1 200 m(1.5 Ω·km)。

  4)最大消耗功率:80 W(<300 m)、165 W(≤1 200 m)。

  5)送受电端扼流变压器与外部设备有连接时,符合断轨检查要求。

  6)改进后的系统在牵引回流10%不平衡状态下,可以正常工作。

  3.1.2 现场施工便利

  1)电码化系统正常运行,不受改造影响。

  2)与既有轨道电路室内外设备的接口无障碍对接,最大程度节约改造天窗点时间。

  3)一次调整的说明清晰易懂,便于实现。

  3.1.3 造价成本低廉

  1)室外送受电端扼流利用既有。

  2)全部接收端轨道变压器利用既有。

  3)短区段送电端轨道变压器利用既有。

  4)室内相敏接收器或电子接收盒利用既有,返还系数≥90%。

  5)电码化隔离设备原则上利旧,室内调整变压器容量不足时需更换。

3.2 GZ-2007A型多特征脉冲轨道电路

  GZ-2007A型多特征脉冲轨道电路,系统技术条件关键点如下。

  1)牵引电流600 A、不平衡电流60 A;

  2)室内集中方式供电的制式下,电缆长度≤1.0 km;

  3)轨道电路长度为800 m(0.6Ω·km)时,长度为1 050 m(1 Ω·km)时;

  4)最小轨面电压≥20 V或≥80 V;

  5)最小短路电流:≥20 A;

  6)一段的轨道电路所消耗的功率在40~140 W之间;

  7)系统的返还系数≤40%。

3.3 GZ-2007A型25 Hz相敏轨道电路

  GZ-2007A型25 Hz相敏轨道电路是针对新建站场及线路所开发的新型制式,系统技术条件关键点如下:

  1)牵引电流1 000 A、不平衡电流100 A;

  2)室内集中方式供电的制式下,电缆长度≤3.0 km;

  3)轨道电路长度为650 m(0.6 Ω·km)时;长度为1 200 m(1.5 Ω·km)时;

  4)最小轨面电压:≥3 V;

  5)最小短路电流:≥4 A;

  6)分路灵敏度:0.25 Ω;

  7)一段轨道电路所消耗的功率不大于150 W;

  8)系统的返还系数≤80%。

4 结论

  25 Hz相敏轨道电路(UI型)分路不良解决方案,接收端轨面电压不小于3 V(与电子接收器落下值相对应),接收器返还系数不小于90%,具有安全可靠、简单有效、易于改造的特点。

  GZ-2007A型多特征脉冲轨道电路分路不良解决方案,轨面电压可达到20、80 V,进一步扩大解决分路不良的覆盖范围;采用多种脉冲频率、电子接收器波头/波尾比人工设置和软件处理方式,可解决瞬间电化干扰闪红问题,提高系统安全可靠性。

  GZ-2007A型相敏轨道电路分路不良解决方案,采用电子化系统设计,在解决分路不良上与“UI型”有相同的效果。GZ-2007A型相敏轨道电路抗干扰测试达到100 A不平衡电流,系统构成简化了电码化器材,便于轨道电路调整。

  上述3种解决方案均可用于电化和非电化区段,满足机车信号电码化要求,符合相关标准,轨道电路有良好的绝缘破损防护功能,满足轨道电路一次调整的使用要求。

参考文献

  [1]张德全.站内不对称脉冲轨道电路[J].铁道学报,1984(3):36.

  [2]安海君,李建清,吴保英.25 Hz相敏轨道电路[M]. 北京:中国铁道出版社,2004.

  [3]费锡康.无绝缘轨道电路原理及分析[M].北京:中国铁道出版社,1993.

  [4]赵自信.客专ZPW-2000A轨道电路培训教材[Z].北京全路通信信号研究设计院,2010.

  [5]袁孝均.97型25Hz相敏轨道电路的测试和调整[J].铁道通信信号,2006,(12):25-27.

  [6]郭军强.基于列车位置报告降低轨道电路分路不良风险的方法研究[J].铁路通信信号工程技术,2015, 12 (4) :8-12.

  [7]张传军.加强管理消除轨道电路分路不良隐患[J].铁道通信信号,1999(6):31-32.

  [8]郭文强,郭平.轨道电路分路不良的原因及对策[J].铁道运输与经济,2005,27(5):61-62.

  [9]陶启沪.铁道信号基础设备及原理[M].北京:中国铁道出版社,1992.