轨道电路分路不良解决方案分析

2012-05-11何贵洋华泽玺

铁路计算机应用 2012年1期

何贵洋，华泽玺

（西南交通大学电气工程学院，成都 610031）

轨道电路是利用铁路线路的两段钢轨作为导体传递信息，用以检测列车是否占用轨道区段，并能发送轨道是否空闲和完整的信息，起信息传输通道作用。如果钢轨轨面或轮对踏面生锈，列车轮对不能可靠短路钢轨，轨道继电器不能可靠落下，则造成轨道电路分路不良，将严重威胁铁路行车安全。现有的解决分路不良方案主要有：3 V化、高压脉冲轨道电路、电子监控防护盒、计轴、轨面喷涂、钢轨打磨、堆焊等方案，均不能彻底解决分路不良问题，因此本文对已有主要解决方案进行分析，找出突破现有方案的关键技术，并构建出一种彻底解决分路不良的新思路。道变压器组成；受电端主要由扼流变压器、轨道变压器和轨道继电器组成。25 Hz相敏轨道电路的结构如图1。25 Hz轨道电路送电端电源是由铁磁分频器供给25 Hz交流电，经钢轨线路传输至受电端，经扼流变压器和轨道变压器升压后，接至二元二位轨道继电器的轨道线圈。当轨道继电器线圈电压大于18 V时，轨道继电器吸起，表示轨道电路空闲。当轨道继电器残压不大于1 V时，轨道继电器落下，轨道电路被分路，表示轨道区段占用。

1 解决方案分析

1.1 轨道电路分路不良分析

轨道电路由钢轨线路、送电端、受电端组成。其中钢轨线路由钢轨、钢轨绝缘和轨端接续线组成；送电端由轨道电源、限流器、扼流变压器和轨

图1 25 Hz相敏轨道电路结构

分路电阻是列车占用轨道电路时，跨在两根钢轨上的轮对形成的电阻[2]，它的大小与轨道上分路的车轴数、车辆的载重情况、列车的运行状态、轮缘的装配质量和磨损程度、钢轨表面的洁净程度等因素有关。从轨道电路的送电端、受电端和钢轨线路3个方面可以改善25 Hz相敏轨道电路的分路效果。在送电端可采用提高轨面电压的方法达到可靠分路的目的，主要有3 V化和高压脉冲轨道电路方案；在受电端，可采用改变二元二位继电器电气特性方法来提高轨道电路分路灵敏度，主要有电子监控防护盒方案；在钢轨线路上，可采用改善钢轨清洁程度来减小跨在两根钢轨上所形成的分路电阻，主要有钢轨喷涂、钢轨堆焊和钢轨打磨方案。实践证明上述方案都要受限于钢轨本身，因此出现了不受钢轨制约的计轴方式。

1.2 3 V化

3 V化25 Hz相敏轨道电路是在不改变25 Hz轨道电路室内设备的基础上，通过改进受电端室外扼流变压器和受端中继变压器BGK-130/25提高轨面电压，将轨道残压调整为1 V，使轨道继电器可靠落下，从而达到提高轨道电路分路灵敏度的目的。系统原理电路图如图2。

图2 3 V化原理电路图

3 V化在 25 Hz相敏轨道电路的基础上，改善了抗干扰能力，提高了分路灵敏度，通过增加第三线圈，改变调谐器的设计容量，提高功率；在未改变安全原则的前提下，优化了施工方案。但是3 V化只能解决生锈不严重的区段，对于严重生锈的轨道电路区段不适用。

1.3 高压脉冲轨道电路

高压脉冲轨道电路是由送电端发码器变换生成不对称脉冲信号，经变压器降压后，通过钢轨传输到受端，再经变压器升压后送译码器，译码器将轨面传来的不对称信号转换为2个（头、尾）直流信号供差动继电器工作。调整状态时译码器的输出头、尾电压大于差动继电器工作电压（头DC27 V、尾DC19 V），分路状态时译码器的输出头、尾电压小于差动继电器释放电压（头DC13.5 V、尾DC9.5 V）。发送器向轨面输出的瞬间高压脉冲信号保证击穿轨面不良薄膜，使轨面锈蚀区段的轨道电路可靠分路。系统原理电路图如图3。

图3 高压脉冲轨道电路原理电路图

高压脉冲轨道电路脉冲幅值高，能获得近万瓦的瞬时功率，能够击穿轨面导电不良薄膜，具有较好的分路效果，系统分路灵敏度为0.15Ω，较JZXC-480型轨道电路提高2.5倍；具有较强抗对称信号干扰的能力；系统设备简单，安装维护方便，费用较低。但是与现有设备结合困难，需要对室内外设备进行较大的改造，同时同一个车站采用不同的轨道电路制式给维护工作带来极大不便。

1.4 电子监控防护盒

电子监控防护盒是通过提高JRJC1-70/240二元二位继电器返还系数来提高轨道电路分路灵敏度的。采用提高继电器落下值的方法。当轨道电路处于调整状态，监测开关的输入电压高于一定数值时，监测开关不影响其工作特性；当轨道电路处于分路状态，监测开关的输入电压低于该值时，监测开关立即切断二元二位继电器的局部电源，使其落下。系统原理电路图如图4。

图4 电子监控防护盒原理电路图

装置用冗余的两路系统提高可靠性；对不平衡牵引电流、移频信号等干扰信号具有一定防御能力和防雷、防浪涌能力；二元二位继电器落下值由7 V提高到13.5 V，有效提高了其落下值。但是电子监控防护盒易受分路电压的限制，只有当分路电压达到一定数值时才适用，并且只能应用于装有25 Hz相敏轨道电路的区段，有一定的局限性。

1.5 计轴

当列车或车列通过计轴检测点时，车轮传感器记录下每一个车轮的轮轴信号，车轮经过时切割发送磁头产生的磁力线，接收磁头根据感应到的磁力线分布变化情况，判断是否有轮轴经过。然后通过电子检测器将检测到的轮轴信号调制转换处理后传到室内CPU处理器，CPU将接收到的信息，结合运行方向记录轴数，进行统计分析、比较，判断相应区段是否占用。计轴原理电路如图5。

图5 计轴原理电路图

计轴不受轨道电路条件限制，可靠性高，工作稳定；摆脱了车列行驶、天气变化对设备的损害；室外设备简单、数量少，室内设备单片机化，维护工作量小；减少了电化轨道区段牵引电流对轨道电路的干扰，提高了抗干扰能力。但同时也存在一定局限性，传感器过于灵敏，容易产生错误判断；不能对钢轨进行断轨检查；设备成本太高，不利于推广。

1.6 其它方案

1.6.1 钢轨喷涂

热喷涂是由氧—乙炔焰、电弧、等离子弧、爆炸波等提供热能，压缩气体和超音速焰束将特制的金属喷涂材料加热到熔融态高速喷涂到经过预处理（清洁粗糙）的钢轨表面形成特殊的涂层。喷涂不受施工场所和工件尺寸的限制；可以控制喷涂厚度和受热程度；设备简单、操作方便、投资少、见效快、经济效果显著。但是喷涂层与基体的结合强度较低，不能承受较强冲击,使用时间相对较短，污染环境。

1.6.2 钢轨堆焊

钢轨堆焊是在生锈钢轨的表面划开一定深度的槽，再在槽中焊上一条导电金属带以达到列车占用时可靠分路。堆焊技术对现有工、电设备改动少、投入成本低、比较直观、可靠性高，要求堆焊的质量高，堆焊的质量会影响焊道和钢轨的寿命，施工效率低。

1.6.3 钢轨打磨

钢轨打磨技术是在外力作用下通过磨削清除钢轨表面的锈层使列车占用时能够可靠分路。钢轨打磨技术施工方便，成本低，但是施工效率低下，对钢轨经常打磨会降低钢轨的寿命，缩短了换轨周期，性价比不高。

2 综合分析及解决分路不良的整体思路

2.1 综合分析

将上述解决方案进行对比可知，每种方案都可以不同程度的解决分路不良问题，3 V化和电子监控防护盒方案实施成本较低，适用于钢轨生锈不严重的分路不良区段；钢轨喷涂、堆焊、打磨方式实施成本较低，可以在短时间内解决分路不良问题，但是时间一长又会出现分路不良；高压脉冲轨道电路可以彻底解决分路不良问题，但和现有轨道电路结合难度较大，如果更换设备或完全改变现有轨道电路制式，成本又太高；这几种方案都必须以原有的轨道电路为基础，都受到原有轨道电路的限制，有一定的局限性，因此出现了计轴方式，该方案不受轨道电路的限制，同原有轨道电路兼容，安装简便，可靠性较好，寿命较长，维护简便，但成本相对较高。