高鐵站內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，而高鐵站內還因為速度高、25Hz區段短，從而使分路電阻提高，導致也出現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導致列車或車列占用時而軌道繼電器不能落下，出現有車無指示的現象，導致信號聯鎖失效，危及鐵路行車安全。自然環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對鋼軌的腐蝕等狀況，均可造成分路不良。對于高鐵站內，除上述原因外，還因為25Hz軌道電路區段短而出現分路不良，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效率。

2 軌道電路正常工作條件及性能參數研究

（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成。為適應電氣化區段，提高抗牽引電流的干擾能力，25Hz相敏軌道電路在結構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成的絕緣節，該絕緣節無需切割鋼軌，但需要占29米鋼軌參與絕緣節的作用，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米調諧區構成的小軌道電路。在電氣化區段，牽引電流對ZPW-2000A系統也存在干擾，主要包括不平衡牽引電流干擾、接觸網與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生的阻性耦合等。為適應電氣化區段的應用， ZPW-2000A系統采取了如下措施：a. ZPW-2000A采用的空心線圈對于50Hz 電流呈現特別小的交流阻抗，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，品質因數高；18種低頻選擇，都避開了牽引電流的二次諧波；采用了調頻調制方式，抗干擾能力加強。c. 采用內屏幕數字信號電纜，提高了系統的抗干擾能力。

3 高鐵站內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成，分路不良就是因為分路電阻過高導致的。而根據大量試驗研究可知，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，出現有車無紅光帶的現象。a.軌面電壓調整過高或送端變阻器調整的阻值過小，造成車輛壓不死。b.一送多受的軌道區段因各受電端相距較遠，軌面電壓調整不平衡，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、粘連等原因導致軌道繼電器不落下。

（2）生銹鋼軌分路數據測試與分析。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。本文數據測試基于南京鐵道職業技術學院校內實訓基地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。調整狀態下觀察，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。對鋼軌不采用任何處理，用0.06歐姆標準分路線在軌道區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的規定電壓；對于電子接收器，其執行繼電器應可靠落下，軌道接收端電壓應低于10V的規定電壓。由此可見，用砂紙對鋼軌進行除銹后數據才符合要求。

（3）站內25Hz短區段分路電阻的分析。近年來，鐵路運輸布局的調整導致中間車站的調車作業量大幅下降，一些軌道區段走車減少，造成部分鋼軌生銹，出現分路不良，其中以站內25Hz相敏軌道電路的分路不良最為突出。另外，在露天的自然狀態下，鋼軌表面灰塵吸附的水分導致鋼軌表面發生氧化反應， 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段多次運行，對不同走行情況的測試數據進行分析發現，停車時列車分路電阻最好（最?。?，然后按制動、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分路不良。高鐵站內軌道區段一般是ZPW-2000A一體化軌道電路，或者是25Hz相敏軌道電路（一般側線），軌面電壓按照有效值不小于0.8V設計，通過對鐵路現場高鐵線路的分路不良的情況進行收集觀察，發現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。我國的電氣化區段站內大量采用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的結果是失去分路或失去斷軌監督。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）高鐵站內軌道區段疊加其它信號解決分路不良方案研究。國際鐵路聯合會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間、軌面硅層氧化污染的區間、輕軌車輛走行的較閑散區間、軌面較干凈區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，驅動GJ，從而構成的一種新型站內軌道電路。ZPW-2000A 移頻脈沖軌道電路在系統按如下條件進行設計：最低道砟電阻≥2Ω·km股道、區段最大長度為650m或道岔區段最大長度為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，側線及道岔區段則采用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。根據世界各國經驗，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.鐵路信號系統軌道電路分路不良的危害及防治[J].數字化用戶，2017（9）：7.

[3]中國鐵路總公司.普速鐵路信號維護規則[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研究[J].鐵道通信信號工程技術，2015，12（3）：10-14.