25Hz相敏轨道电路非正常红光带分析及处理研究

李天

（山东济铁工程建设集团有限公司，山东济南，250000）

0 引言

轨道电路作为铁路信号基础设备，主要由电源屏、变压器、电阻器、继电器等器件组成，在控制列车运行中发挥重要作用。非正常红光带是轨道电路常见故障，其故障诱因较为复杂、应急处理难度较大，需结合具体故障类型与特征进行针对性处理措施的编制，为列车运输秩序及安全提供保障。

1 轨道电路构成与工作原理

25Hz相敏轨道电路由电源屏、阻抗联接变压器、轨道变压器、阻流电阻器、继电器、防护盒、钢轨及接续线等设备与器材组成（轨道电路构成及工作原理如图1所示），其中电源屏为25Hz，阻抗联接变压器构成牵引电流的回归通路，轨道变压器用于调节轨道电压，钢轨可作为传输通道[1]。在工作原理上，由轨道变频器和局部变频器分别负责向轨道电路、继电器局部电路供电；依据不同轨道电路的类型、长度进行送电端轨道变压器的设置，并在受电端匹配相应的继电变压器、阻抗联接变压器等，保证牵引电流顺利通过，并发送25Hz轨道信息；选取二元二位继电器安装在轨道上，将防护盒两端并接在继电器轨道线圈上，形成中心频率为50Hz的并联谐振电路；在送电端设置2.2Ω电阻，既能够起到限流作用，在轨道电路送电端轨面发生短路的情况下保护送电电源和变压器不被烧毁，同时也可以提高轨道电路分路灵敏度。

2 非正常红光带故障原因及处理方法分析

25Hz相敏轨道电路非正常红光带的故障诱因大体包含三种类型：其一是轨道电路开线或线间绝缘损坏故障；其二是信号设备或器材老化、损耗；其三是牵引电流不平衡或电气化干扰。对此结合典型故障案例进行故障查找与处理措施的探讨：

■2.1 轨道电路开线或线间绝缘损坏

当全站轨道区段、一个咽喉或一束轨道电源的所有区段同时发生红光带故障时，应检查电源屏是否出现故障、各束轨道电源有无电压输出，并区分各区段的送电端、受电端是否共用同一电缆，排查是否因电缆断线引发红光带故障。当相邻两区段出现非正常红光带现象时，应检查分界处的绝缘有无脱落、破损问题，并查看两相邻阻抗联接变压器回流线与中性连接板的连接情况，利用封连线进行短接处理，直至无异常问题。当某一单独区段出现非正常红光带时，应结合轨道电路线路分支端的具体设备情况进行区分，例如针对一送多受区段，需查看各分支轨道继电器是否均被吸起，针对区段定型组合中轨道继电器等接点处的工作状态进行分析，并分室内、室外两种情况进行具体探讨[2]。

图1 25Hz相敏轨道电路的基本构成及工作原理

■2.2 器材老化或损耗

2.2.1 故障区段是否正在发码

在单个区段发生非正常红光带现象时，需判断该区段是否正在发码，例如当信号开放后，正线接发车的直进直出进路上某一区段或股道突然出现红光带，则说明故障区段均发码。当判断故障区段非正在发码区段时，应以分线盘作为故障排查依据，选取MF-14万用表针对故障区域受电端进行测量。当测得交流电压保持在正常范围内时，可初步判断故障原因为轨道电路相位角调整不当或继电器局部轨道线圈侧发生故障。在测得电压数值异常时，需甩线测量电缆侧电压值，当测得电压值约为40V时，可推断出室内设备出现故障；当测得电压值偏低且挂上软线后仍无法将轨道继电器吸起时，可推断出室外设备出现半短路或半开路故障；当测得电压值为零时，需检测室内送电端有无电压送出，在测得有电压送出时说明故障点位于室外，倘若未测得电压则还需通过甩线测量进行故障判定。

2.2.2 室内设备故障

其一是开路故障，当观察到轨道继电器未被吸起时，需分别测量继电器3号、4号线圈处的电压。当测得电压值低于正常数值时，可推断出继电器3号、4号线圈出现断线问题；当测得电压值约为正常数值的1/2时，可初步推断为防护盒出现开路故障；当测得线圈电压约为正常数值的1/3时，其故障原因多为硒堆过电压击穿；当测得线圈电压为正常数值，且在1号、2号线圈局部测到有110V电压时，通常故障原因为继电器局部线圈开路或出现机械卡阻故障等；当在3号、4号线圈处未测到电压值时，说明故障原因可能为由分线盘到继电器段的局部线圈短接线断开或出现短路故障[3]。

其二是短路故障，在处理短路故障时应将防雷硒堆或防护盒上的配线依次断开，测量轨道继电器3、4号线圈处的电压数值，当发现某线圈处的电压值突然增大，说明该处对应的器件出现故障。

其三是局部回路出现断相故障，对此需分别测量轨道继电器3、4线圈的电压值是否正常，测量局部1、2线圈处是否出现110V电压，并针对组合侧面端子到继电器处的配线是否连接正常进行检查。

2.2.3 室外设备故障

开路故障通常包含以下三种情况：其一是送电端出现开路故障，需分别检查抗流线塞钉与钢轨眼有无松动或锈蚀问题、抗流线与钢轨连接是否存在虚接问题；测量送电端电缆端子处是否出现220V电压，倘若未测得电压说明可能存在电缆断线问题；测量变压器一次侧是否存在电压，倘若未测得电压说明可能存在配线断线情况；随后测量变压器二次侧是否有电压输出，倘若未检测到电压输出则推断为变压器自身出现故障或存在接头松动、封连线断线问题；测量阻抗联接变压器信号圈处有无电压，当未测得电压时说明可能存在电缆断线问题；测量阻抗联接变压器牵引圈处有无电压输出，倘若未测得电压说明可能变压器自身出现故障。其二是受电端出现开路故障，需检测受电端轨面电压值是否保持在正常范围内，并依次测量信号圈、牵引圈电压值，针对塞钉是否出现松动、锈蚀等问题进行核查；当测得轨面电压值与牵引圈处保持一致，且信号圈处未测得电压输出时，说明故障原因为阻抗联接变压器出现断线问题；当测得信号圈电压值保持在正常范围内时，需分别测量变压器一次侧、二次侧的电压值，并针对各部位端子、封连线连接状况进行检查，判断是否为轨道变压器内部出现故障，完成故障排查。其三是轨道电路出现开路故障，需沿钢轨逐段测量轨面电压值，将电压值突变点或区段定义为开路点及开路区段。

短路故障同样分为三种情况：其一是送电端出现短路故障，需检查钢轨引接线、中性连接板间的封连线连接情况，利用钳形电流表进行抗流线处的检测，倘若未检测到感应电流需将阻抗联接变压器的信号圈端子配线拆下，倘若在电缆处测得电压值，说明故障原因为变压器线圈出现短路问题；倘若未检测到电压，则需判断电缆线间绝缘是否出现损坏问题。其二是受电端出现短路故障，其故障查找步骤与送电端基本一致，需注意判断轨道变压器二次侧处是否能够测到电压值，倘若未测到电压值说明可能存在电缆线间绝缘损坏问题；倘若测得电压值，需将二次侧配线重新连接，并针对变压器一次侧进行检测，当未检测到电压时说明变压器内部出现故障。

■2.3 牵引电流不平衡或电气化干扰

牵引电流不平衡将导致受电端变压器一次侧电压出现异常升降问题，导致防雷硒堆被击穿，轨道继电器落下，造成红光带故障，在故障排查过程中需着重围绕钢轨引接线、接续线等部位进行检查，判断是否出现断线、虚接等问题；当因机车升弓、启动等因素导致牵引电流急剧升高，加之回流不畅引发牵引电流不平衡问题时，易造成信号圈、保险等烧毁问题，对此需注意检查回流线是否存在虚接现象等，并完成故障处理。

3 故障诊断及应急处置措施优化

■3.1 模糊神经网络模型

引入FNN模型进行25Hz相敏轨道电路红光带故障问题的诊断（如图2所示），选取继电器局部电压、轨道电压与相位角3项特征参量输入系统中，系统输出5种故障类型，其中红光带故障包含道砟电阻过低、电源电压偏低以及防护盒断线三种情况。系统输入层、输出层节点数量分别为3个和5个，输出值区间范围为[0,1]，经由仿真实验计算出隐含层神经元共包含16个。接下来进行模型训练，分别选取180组样本作为学习样本、20组样本作为预测样本，将动量常数、学习速率分别设为0.95和0.01。通过观察训练结果可知，该模糊网络的收敛速度较快，经由1359次迭代后达到目标精度，能够为25Hz相敏轨道电路的故障诊断提供技术支持。

图2 模糊神经网络模型结构示意图

■3.2 故障应急处置措施

通常在铁路不同区段现场设有移频表，故障检修人员可获取到不同点位的电压、电流数值，经由数值比较实现对室内外故障点的有效区分，减少因甩错线等情况引发的作业风险。在室内故障排查与处理环节，可利用移频表进行受电端电压、电流数值的测量，通过比较接点前后电压变化完成故障发生位置的定位，并且注意将故障处理情况、故障成因等信息在行车设备检查登记簿上进行详细标明，借此有效节约后续上道检查时间，进一步提高故障排查与处理效率。

4 结论

总体来看，25Hz相敏轨道电路是保障列车行车安全的关键设备，在处理非正常红光带问题时需将计算机采集数据与模糊神经网络模型相结合，通过数据分析与对比实现对室内外故障的有效判断区分，并且在上道前做好绝缘测试检查与线路固定处理，安排专人负责开展日常巡视检查工作，及时更换、维修老旧设备、受损设备，配合故障应急处置方案的编制，更好地为行车安全提供保障，提高铁路运输生产效能。