浅谈50Hz相敏轨道电路的工作原理

王珊珊，王成娟

（1.吉林省经济管理干部学院，吉林长春，130012；2.中国铁路济南局青岛动车段，山东青岛，266031）

1 50Hz相敏轨道电路概述

值班员在室内值班室，他怎么会了解室外列车的运行情况，怎么会清楚钢轨上是否有车占用呢？一切都是通过轨道电路来进行监督的。轨道电路是利用两根钢轨作为导体，在一定长度的钢轨两端装设机械绝缘节或电气绝缘节，中间的轨缝用钢轨接续线连接起来，并用钢轨引接线连接电源和接收设备的电路［1］。轨道电路将列车的运行和信号系统联系起来，不仅可以自动连续的检测线路的占用情况，还能够通过钢轨来传递行车信息，从而保证行车安全。

轨道电路的种类有很多，按传输电流特性来分，可以分为工频交流连续式轨道电路和音频轨道电路。其中，工频交流连续式轨道电路包括25Hz相敏轨道电路和50Hz相敏轨道电路两种。目前，城市轨道交通中多用50Hz相敏轨道电路，铁路中主要应用25Hz相敏轨道电路。50Hz相敏轨道电路采用二元二位继电器作为轨道继电器，其具有独特的相位选择特性和频率选择特性，具有可靠性高、安全性高、抗干扰能力强等特点，被广泛应用在城市轨道交通车辆段、停车场以及正线道岔区段。

2 50Hz相敏轨道电路结构及各部件作用

50Hz相敏轨道电路是由送电端设备、受电端设备以及通道设备三部分组成，其结构如图1所示：

图1 50Hz相敏轨道电路

2.1 送电端设备

送电端一般安装在室外变压器箱内，轨道电源从室内通过电缆送至送电端。送电端的主要作用是向轨道电路供电，主要设备包括BG5－D型轨道变压器、R－2.2／220型变阻器、10A熔断器。

（1）送电端BG5－D型轨道变压器主要用于向轨道电路供电，起降压作用，接电源的为一次侧，接设备的为二次侧。它的一次侧电压为220v，二次侧通过连接的端子不同，可以获得各种不同的电压值，一般电压范围在0.45－10.80 V之间。调整轨道变压器的二次侧端子，可使轨道继电器正常工作。

（2）送电端变阻器是一个可调电阻器，型号为R－2.2／220型，其阻值为2.2Ω，功率为220W，容许电流为10 A，容许温度为105℃。变阻器主要用于调整轨道电路的电压，当轨道电路被列车的轮对分路时，能够防止输出电流过大而损坏电源，能够保护电源不至于因过负荷而损坏，同时又保证列车占用轨道时，轨道继电器可靠落下。

（3）送电端10A熔断器，也叫过电流保护器，主要起到过电流保护作用。

2.2 受电端设备

受电端设备包括安装在室外变压器箱或电缆盒内的BZ－D型中继变压器、R－2.2／220型变阻器、10A熔断器，安装在室内组合架上电容器C／CA、防雷元件、交流二元二位继电器等。受电端的主要作用是通过轨道继电器来反映轨道电路范围内有无列车占用以及钢轨是否完整。

（1）受电端的中继变压器型号为BZ4型，起升压作用，接电缆的为一次侧，接设备的为二次侧，一次侧的输入电压为1－2伏，允许电流为10A，频率为50Hz，功率为5W，匝比为1：70。中继变压器与受电端的轨道继电器（交流二元二位继电器）配合使用，可以使钢轨阻抗与轨道变压器阻抗相匹配。

（2）受电端有2个电容器，电容器C用于隔离直流，不使牵引电流进入轨道继电器的轨道线圈，并能够减少轨道电路的传输衰耗和相移。另一个电容器CA起补偿作用，以提高轨道继电器局部线圈的功率因数，降低输入电流。

（3）受电端防雷元件Z是对接的硒片，也称为浪涌抑制器，主要是用于防雷。

（4）交流二元二位继电器是50Hz相敏轨道电路受电端的主要部件，用于表示轨道电路的占用情况。继电器吸起，表示轨道区段空闲，继电器落下，表示轨道区段有车占用。其中，1－2线圈接局部电源，3－4线圈接轨道电源。二元是指两个相互独立又相互作用的交变电磁系统，二位是指继电器有吸起和落下两种状态。二元二位继电器具有相位选择性和频率选择性，见图2所示。

图2 交流二元二位继电器工作原理

当交流二元二位继电器电磁系统的局部线圈和轨道电路线圈中分别通以一定相位差的交变电流IJ和IG时，会形成两个交变磁通ΦJ和ΦG。当交变磁通穿过翼板时，会形成两个磁极J和G，在翼板中分别产生感应电流，可以将其看作是许多环绕磁通的电流环所组成，我们把它称为涡流，用IWJ和IWG表示。涡流IWJ和IWG在磁极J和G的作用下分别产生电磁力F2和F1。F1和F2方向可通过左手法则确定。如果要使F1和F2方向相同，则要求ΦJ和ΦG方向必须相反，IWJ和IWG方向相同。或者两个涡流IWJ和IWG方向相反，而两个磁通ΦJ和ΦG方向相同。只有在两个磁通ΦJ和ΦG方向相位差为90度的条件下，F1和F2是同方向的，也就是说在任何瞬间翼板总是受到一个方向的转动力的作用。概括来说，当局部电流相位超过轨道电流相位90度时，即ΦJ超前ΦG90度时，在翼板得到正方向的转矩，接通前接点。当局部电流相位滞后轨道电流相位90度时，即ΦJ滞后ΦG90度时，在翼板得到反方向的转矩，接通后接点。这就是交流二元二位继电器的相位选择性。

当两根钢轨上的牵引电流不平衡时，会有其他频率的电压加在轨道线圈上，这时所产生的转矩力在一个周期内的平均值为0。因此，若有干扰电流混入与50Hz的局部线圈相作用，并且当列车占用轨道电路时，翼板不产生转矩，不会使继电器误动。只有当轨道线圈与局部线圈接收到相同频率的电流时，继电器才会动作［2］。这就是交流二元二位继电器的频率选择性。

2.3 通道设备

（1）钢轨是传输轨道电流的导体，在电力牵引区段，钢轨线路又可以作为牵引电流的回路。

（2）钢轨绝缘也叫绝缘节，设置于两个轨道电路的分界处，用于隔离相邻的轨道电路，保证相邻轨道电路区段在电气上的可靠隔离。两绝缘节之间的钢轨线路的长度就是轨道电路的长度。铁路上多采用机械强度高、绝缘性能好的绝缘材料。在钢轨与夹板间，垫有槽形绝缘板，夹板螺栓与夹板之间装有绝缘套管和绝缘垫圈。在两个钢轨衔接的断面间，还夹有与钢轨断面相同的轨端绝缘。

（3）钢轨接续线用于连接相邻钢轨，在两节钢轨的接头处，为了减少钢轨与钢轨夹板间的接触电阻，保证电信息的延续，用钢轨接续线连接，钢轨接续线有塞钉式和焊接式两种，城市轨道交通多采用塞钉式钢轨接续线。

（4）钢轨引接线的作用是将送、受电设备直接通过电缆接向钢轨。

3 50Hz相敏轨道电路工作原理

50赫兹相敏轨道电路是如何工作的？它是如何实现监督列车占用这一功能的？50赫兹专用电源屏分别提供50Hz轨道电源和局部电源。送电端轨道电源GJZ220、GJF220由室内供出，经轨道变压器降压后送至钢轨，再经中继变压器升压后送至室内二元二位继电器的轨道线圈3－4端子。轨道继电器的局部线圈1－2端子接局部电源GJZ220、GJF220，当轨道线圈和局部线圈电源满足规定的相位和频率要求时，二元二位继电器吸起，表示区段空闲，轨道电路处于调整状态。当有车占用时，轨道继电器的3－4线圈无电，轨道继电器落下，此时轨道电路处于分路状态。若相位以及频率不符合要求时，轨道继电器也落下［3］，因为50Hz相敏轨道电路采用了二元二位继电器，该继电器具有相位鉴别能力，抗干扰性能高。

4 结语

本文首先介绍了50Hz相敏轨道电路的结构以及各部件的作用，在此基础上对50Hz相敏轨道电路的工作原理进行讨论分析。50Hz相敏轨道电路作为轨道交通信号系统的重要组成部分，重要性不言而喻。掌握这种轨道电路的结构组成和工作原理，能够帮助我们对可能出现的故障进行全面的分析，采取有效措施对故障进行及时处理［4］，对减少轨道电路故障的发生概率、降低故障带来的危害影响以及提高设备的运用质量具有积极作用。