轨道电路分路不良改造和维护

董 旭 上海铁路局上海电务段

轨道电路分路不良长期以来是全路亟待解决的重大安全技术问题。轨道电路分路不良对铁路行车安全的危害是极其严重的。直接反映就是“信号联锁失效”，极有可能造成信号错误开放、道岔中途转换，由此造成列车冲突、脱轨或挤坏道岔等行车事故，给铁路运营带来了安全隐患，严重影响了铁路运输效率。

1 分路不良原因及对策

轨道电路分路不良多为污染严重、车辆很少走行区段、钢轨生锈表面氧化所致。钢轨与车轮之间的接触大致可分为半导体薄膜接触、氧化薄膜接触和电阻接触三种，一般常说的分路不良多为轨间半导体薄膜接触。能够使半导体薄膜导通的电压约为（0.6～0.7）V,即击穿双轨面的电压应在（1.2～1.4）V以上，而97型25 Hz相敏轨道电路在∞Ω·km的道碴电阻条件下（,200～1000）m长度轨道电路的受端轨面电压仅（0.4～0.8）V,达不到半导体薄膜导通的电压,在轨面生锈的情况下,很难实现2轴车的分路检查。因此提高轨面电压（2～3）V,即采用3 V化25 Hz相敏轨道电路后，可以解决绝大多数分路不良的区段。

2 改进重点

（1）在增加调谐器，提高25 Hz相敏轨道电路抗干扰能力的基础上，保留并改进调谐器的设计,增加它的功率。扼流变压器增加第三线圈,利用三元件的两端对称网络原理，谐振极点置于25 Hz另点置于50 Hz，使抗不平衡电化干扰达到100 A以上，利用谐振增大励磁阻抗，改进分路特性。

（2）保留97型25 Hz相敏轨道电路工作的稳定性。保留全部双轨条的扼流配置，送、受电端均采用谐振型扼流变压器，用增加最少的轨道功率，最大限度地增高轨面电压，击穿氧化膜层，达到受电轨面3 V左右及以上的电压，迫使轨面残留1 V时对应轨道继电器电压不大于可靠落下值。

（3）增加送、受电端轨道电阻，提高分路灵敏度。

（4）优选轨道电路的终端阻抗，利用电抗器使之稳定在一定范围。

（5）利用受电端电抗变压器的饱和特性，在调谐器故障时不平衡干扰电流大于40 A时，自复式熔断器断开，保护终端设备。

（6）严格实行极性交叉防护，做到电化区段新、老制式绝缘单破、双破均有检查；非电化均有防护。

（7）采用严格LC参数的HF2-25防护盒，新的设计采用调相器来调相，用来纠正由于二线制电码化必须介入过多的隔离设备，造成相位偏移。而采用HF3-25、HF4-25的防护盒又无法做到现场一致性互换，克服产生的弊端。

（8）采取电化、非电化通用形式的3 V化轨道电路，实施电化只要把变压器更换为扼流变压器即可。变压器也有形如扼流的第3线圈，采用调谐的办法，提高终端阻抗。各种电码化隔离设备及轨道电路调整表都可以通用。

（9）电抗变压器的使用，考虑轨道电路长度较长时（≥1000 m），适应的道碴电阻从0.6 Ω·km变化到∞Ω·km。会造成轨道继电器电压超过60 V，现限于（50-52）V（97 型 50 V），还要考虑故障安全和承诺的分路灵敏度不改变。

（10）调相器调整相移，在提高轨间电压的同时，更进一步节约电能，并符合故障安全原则。

（11）3 V化25 Hz轨道电路克服了97型25 Hz轨道电路分路不良的缺点，可在大修、更新改造时作为新制式投入运营以取得更好的效能。

（12）采用改进型自复式保险开关做轨道电路的熔断器。

3 系统原理及改进器材简介

3.1 系统原理

3 V化25 Hz相敏轨道电路基本保持了97型25 Hz相敏轨道电路构成原理。在全站25 Hz相敏轨道电路室内设备不变的基础上，更换室外器材提高轨面电压，在室外的受电端增加调相器，改进了室外扼流变压器和受端中继变压器以提高轨面电压，把轨道继电器调整到轨道残压为1 V时，就能使它可靠落下，达到提高轨道电路分路灵敏度的目的。以电气化区段四线制3 V化25 Hz相敏轨道电路叠加ZPW-2000（UM71）电码化一送一受区段（如图1）为例。

图1 电气化区段四线制3 V化25 Hz相敏轨道电路叠加ZPW-2000（UM71）电码化简图

3.2 改进器材简介

由图1可见，3 V化25 Hz相敏轨道电路改进的器材有：

3.2.1 谐振扼流变压器

BE1-F型扼流变压器适用于3 V化25 Hz相敏轨道电路，其作用是提高轨道电路终端阻抗，改善轨道电路的分路灵敏度，提高轨道电路抗牵引电流干扰的能力，改善由于脉冲干扰造成轨道电路"红光带"问题。该扼流变压器的设计原理是通过提高扼流变压器牵引侧25 Hz阻抗，来提高轨面电压。但目前现场使用的扼流变压器牵引侧的25 Hz阻抗均小于1 Ω。为了将25 Hz阻抗提高，绕制了除牵引圈和信号圈外的第三线圈，使第三线圈在扼流变压器正常工作时与调谐器产生25 Hz的电流谐振。该电流谐振将产生很大的25 Hz阻抗，其映射到牵引线圈的25 Hz阻抗也将大大提高（约5 Ω）。如图2所示为该新型扼流变压器的设计原理图。对于调谐器本身来说，L1与C1构成50 Hz的串联电压谐振。该电压谐振回路会产生很低的50 Hz阻抗，而且该阻抗对于轨道回路、电缆电阻以及室内设备所产生的50 Hz阻抗来说非常小，相当于“短路”，所以不平衡电流在牵引线圈上产生的电压映射到第三线圈后将被"短路"而消耗，这样就能大大减少不平衡电流的干扰。

3.2.2 受端中继电抗变压器

如图1所示，3 V化25 Hz相敏轨道电路室外受端使用的是BGK-130/25型电抗轨道变压器，该变压器作用是与扼流变压器、调谐器配合，提高轨道电路分路灵敏度，稳定轨道电路终端阻抗，提高了分路和断轨检查，有效限制轨道继电器电压和分路干扰电流等。该电抗器的设计原理是：由于轨道回路25 Hz阻抗和轨面电压的提高，导致轨道电路终端电压提高，在道床电阻从（0.6～∞）Ω·km和股道长度由（100～1500）m变化的过程中，轨道电路的终端电压会出现较大的变化，使继电器端电压过高。这种现象的出现不利于轨道电路器材的工作。因此，需要如图3所示曲线变化的变压器。随着受端变压器Ⅱ次侧电压的提高，受端变压器Ⅰ次侧电压的变化速度逐渐变缓，利用电抗变压器的原理便能够实现此目的。由于电抗器的作用，调整了相邻轨面电压的角度，增强极性交叉，提高绝缘破损防护的可靠性。此外，利用电抗变压器调节轨道电路终端映射在受端扼流变压器上的阻抗，大约2 Ω左右，可确保扼流变压器同侧双断线的安全。电抗变压器Ⅰ次与Ⅱ次共设 1.1、1.6、2.2、3.3、4.4等变比，以满足不同轨道电路长度和不同轨面电压的要求。

图2 谐振扼流变压器

图3 变压器变化曲线

3.2.3 QT-25调相器

QT-25调相器用于电化/非电化非电码化区段受端，二线制叠加UM-71、ZPW-2000电码化区段受端，二线制叠加国产移频受端不发码区段的受端，四线制叠加UM-71、ZPW-2000电码化区段单端发码区段的不发码端，一送多受的分受端。其作用是使轨道继电器轨道线圈电压和局部线圈电压有较好的相位差。对于25 Hz相敏轨道电路，二元二位继电器的轨道和局部电源相差越接近90°，在相同的轨道电压下二元二位继电器越能可靠吸起。QT-25调相器的原理如图4所示，调相器串接在轨道电路的受端。元件的参数为：电感2 H，电容为2 uF、2 uF、4 uF、8 uF，即电容的变化范围为（0-16）uF，电感和电容串接，电容可相互并接改变容量以调整相位。

图4 调相器

3.2.4 HPT-ZD调相匹配盒

对于四线制叠加ZPW-2000（UM71）区段,送端隔离设备可以利旧,隔离部分固定使用电感部分；受端隔离设备应更换为HPT-ZD调相匹配盒,该调相匹配盒同时具备隔离、调相功能。其调相部分的作业是使轨道继电器轨道线圈和局部线圈电压有较好的相位差，匹配部分通过对轨道电路与发送端信号电缆的匹配连接，保证机车信号稳定、可靠地工作。其原理如图5所示。

图5 调相匹配盒

3.2.5 抑制器

QY-T型抑制器用于3 V化25 Hz相敏轨道电路和高压脉冲轨道电路叠加电码化区段。其作用是，通过25 Hz信号、50 Hz信号和高压脉冲信号抑制电码化信号，从而达到3 V化25 Hz相敏轨道电路和高压脉冲轨道电路与电码化的正常叠加。

4 结束语

3 V化25 Hz相敏轨道电路已经在上海铁路局多处上道试用,证明能够解决现场大部分生锈区段的分路不良问题,是目前解决轨道电路分路不良问题集安全、可靠、经济、实用为一体的有效方案。但在日常维护中还需注意：①由于3 V化改造后，轨面电压达到3 V或者超过3 V，对轨道区段各种绝缘性能要求相应提高，所以要求日常加强对各种绝缘（轨距杆、安装装置、轨端绝缘）检查，发现问题及时处理。②3 V化改造原则上能消除分路不良，但易随车流变化而变化，因此信号工区应加强监测，发现不良及时处理。