高铁站内轨道电路分路不良分析研究
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摘 要：许多轨道电路因长期不走车而使钢轨生锈导致分路不良，而高铁站内还因为速度高、25Hz区段短，从而使分路电阻提高，导致也出现分路不良而占用丢失，文章旨在通过实验分析而研制出一种彻底解决各种分路不良的方案。
关键词：轨道电路；分路不良；分路电阻
中图分类号：U284.2 文献标志码：A 文章编号：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
分路不良是指轨道电路因各种原因导致列车或车列占用时而轨道继电器不能落下，出现有车无指示的现象，导致信号联锁失效，危及铁路行车安全。自然环境下的长时间不走车钢轨生锈、运输车辆撒落的带有腐蚀性物质对钢轨的腐蚀等状况，均可造成分路不良。对于高铁站内，除上述原因外，还因为25Hz轨道电路区段短而出现分路不良，成为较为突出的问题，不仅多而且面广，铁路上一直没有找到较为彻底的解决方案，严重地影响着行车安全与作业效率。
2 轨道电路正常工作条件及性能参数研究
（1）25Hz相敏轨道电路分析研究。25Hz相敏轨道电路主要由电源、变压器、钢轨引接线、二元二位相敏轨道继电器、或电子接收盒等设备等设备构成。为适应电气化区段，提高抗牵引电流的干扰能力，25Hz相敏轨道电路在结构上做了以下特别处理：a.钢轨引接线采用焊接式，减少接触电阻，且将一长一短的两引接线设计为等阻线。b.轨道电路送、受电端均设置相匹配的扼流变压器，并增设适配器，减少脉冲干扰。c.）提高二元二位继电器翼板和继电器罩的工艺设计，避免翼板卡阻使列车占用分路不良；同时在局部线圈增加补偿电容，补偿其传输功率。d.采用开了气隙的扼流变压器，提高抵抗瞬间冲击电流的能力，并规定扼流变压器中点对称度小于1%。
（2）ZPW-2000A无绝缘移频轨道电路分析研究。ZPW-2000A轨道电路采用电子电气元件构成的绝缘节，该绝缘节无需切割钢轨，但需要占29米钢轨参与绝缘节的作用，因此，每一个ZPW-2000A轨道电路都包含两个部分，即主轨道电路和29米调谐区构成的小轨道电路。在电气化区段，牵引电流对ZPW-2000A系统也存在干扰，主要包括不平衡牵引电流干扰、接触网与ZPW-2000A轨道电路传输电缆之间的耦合电感电容、牵引电流回流对地下电缆产生的阻性耦合等。为适应电气化区段的应用， ZPW-2000A系统采取了如下措施：a. ZPW-2000A采用的空心线圈对于50Hz 电流呈现特别小的交流阻抗，相当于一条短路线，从而将牵引电流进行了平衡。b. ZPW-2000A载频为1700Hz、2000Hz、2300Hz和2600Hz，选在高次偶次谐波，其谐波干扰量大大减少；采用±11Hz小频偏，接收通道窄，品质因数高；18种低频选择，都避开了牵引电流的二次谐波；采用了调频调制方式，抗干扰能力加强。c. 采用内屏幕数字信号电缆，提高了系统的抗干扰能力。
3 高铁站内轨道电路分路不良模拟分析研究
（1）分路不良的情形。分路电阻主要由走行车辆的轮对电阻和轮轨接触电阻构成，分路不良就是因为分路电阻过高导致的。而根据大量试验研究可知，车辆的轮对电阻比轮轨接触电阻小得多，因此，分路电阻可近似地认为是轮轨接触电阻[1]，要解决分路电阻过高问题，则主要是解决怎么尽可能减小轮轨接触电阻。除了分路电阻过高导致分路不良外，还有下述原因也会导致分路不良，出现有车无红光带的现象。a.轨面电压调整过高或送端变阻器调整的阻值过小，造成车辆压不死。b.一送多受的轨道区段因各受电端相距较远，轨面电压调整不平衡，有个别受电端轨面电压过高，造成车辆压不死。c.车辆自重过轻导致压不死。d.轨道继电器有剩磁或接點卡阻、粘连等原因导致轨道继电器不落下。
（2）生锈钢轨分路数据测试与分析。钢轨生锈是一个缓慢的过程，正线因为行车密度大、行车速度高，钢轨通过与轮对的不断摩擦，一般不会生锈，因此，通常在走车较少的侧线等位置会存在大量的生锈钢轨，导致分路不良。另外，在一些货场，大量装卸散落或被机车车辆轮对带入的粉尘经列车轮对碾轧，在轨面会形成绝缘层，等同于生锈钢轨，使轮轨接触电阻变大，也会导致分路不良。本文数据测试基于南京铁道职业技术学院校内实训基地25Hz轨道电路，包括采用二元二位相敏继电器（JRJC）和采用电子接收盒（WXJ25）两种。实训基地钢轨因无车辆走行自然生锈。调整状态下观察，GDJ能可靠吸起，此时测得送受端电压如表1所示。送端在送电端变压器BG2-130/25的一次侧测量Ⅰ1、Ⅰ4端子，轨道电压应控制在220±6.6V；受端直接在JRJC轨道线圈上或电子接收盒的轨道接收端测量，有效电压应该控制在18V以内。对钢轨不采用任何处理，用0.06欧姆标准分路线在轨道区段选择轨道电路送端、中部、受端各作一次分路残压测试，GDJ可靠落下的仅有1处，分路残压如表2所示；采用砂纸对钢轨进行打磨后用0.06欧姆标准分路线在同样的3点处再进行分路，GDJ均可靠落下，且分路残压如表2所示。当轨道区段送、受端的轨面上采用0.06欧姆的分路电阻线分路时，97型轨道电路继电器（JRJC）的前接点应断开，其轨道线圈端电压应低于7.4V的规定电压；对于电子接收器，其执行继电器应可靠落下，轨道接收端电压应低于10V的规定电压。由此可见，用砂纸对钢轨进行除锈后数据才符合要求。 （3）站内25Hz短区段分路电阻的分析。近年来，铁路运输布局的调整导致中间车站的调车作业量大幅下降，一些轨道区段走车减少，造成部分钢轨生锈，出现分路不良，其中以站内25Hz相敏轨道电路的分路不良最为突出。另外，在露天的自然状态下，钢轨表面灰尘吸附的水分导致钢轨表面发生氧化反应， 生成Fe（OH）3，形成薄膜氧化层[2]。薄膜氧化层一定条件下其性能可等效为半导体，当半导体两端的正向电压大于一定值（约0.6V）时，半导体导通。但现有25Hz相敏轨道电路的轨面电压约0.4～0.8V，该电压不能确保轨面半导体的导通，于是产生了时断时通状的分路不良。列车分路电阻跟列车惰行、开车还是停车运行情况也有关系。令同一列车在同一个轨道电路区段多次运行，对不同走行情况的测试数据进行分析发现，停车时列车分路电阻最好（最小），然后按制动、开动以及惰行的顺序增加，其中惰行时的列车分路电阻约为开行或制动时的10倍左右[3]。由此不难看出高速铁路列车进站减速惰行时常会出现分路不良。高铁站内轨道区段一般是ZPW-2000A一体化轨道电路，或者是25Hz相敏轨道电路（一般侧线），轨面电压按照有效值不小于0.8V设计，通過对铁路现场高铁线路的分路不良的情况进行收集观察，发现引起分路残压超标导致“飞车”，即有车无表示的原因通常有以下几种：一是运行列车进站减速惰行，轮轨接触电阻值升高；二是雨后轨面存在锈蚀；三是轨道电路电压调整偏高，造成轨出电压值较高。
（4）分路条件的分析与计
算。我国的电气化区段站内大量采用25Hz相敏轨道电路，该型轨道电路的终端阻抗选择在0.2Ω～0.5Ω之间，终端阻抗小于0.2Ω或大于0.5Ω的结果是失去分路或失去断轨监督。终端阻抗过低会造成轨间电压下降，一般都小于1V，典型值在0.4～0.9V左右，对应轨道继电器大于工作值15V～17V。25Hz铁磁分频器与25Hz定相电源模块的容量及技术又制约了轨间电压的提高。
（5）高铁站内轨道区段叠加其它信号解决分路不良方案研究。国际铁路联合会UIC的技术研究所（ERRI A174委员会）推存了一个确保钢轨间车轮完全短路的轨间电压的国际标准：轨面严重氧化生锈区间、轨面硅层氧化污染的区间、轻轨车辆走行的较闲散区间、轨面较干净区间等情况下的峰值电压分别为50V、10V、6V、1.1V。对于特别严重生锈轨面，除采用轨间电压50V、10V的标准，还采用了高压脉冲轨道电路；对于一般生锈轨面则可在现有25Hz等轨道电路的基础上采用6V、1.1V轨间电压标准，即用提高轨面电压的方法（俗称3V化），必要时短轨道电路轨面电压峰值提高到7V以上。北京全路通信信号研究设计院有限公司于2009 年开始研制的ZPW-2000A移频脉冲轨道电路，发送器输出移频信号和高电压多频率不对称脉冲混合信号，接收器同时接收移频信号和脉冲信号，并进行与逻辑判断，驱动GJ，从而构成的一种新型站内轨道电路。ZPW-2000A 移频脉冲轨道电路在系统按如下条件进行设计：最低道砟电阻≥2Ω·km股道、区段最大长度为650m或道岔区段最大长度为400m时，轨面脉冲电压≥50V，可有效解决分路不良。[4]
4 结束语
我国高铁一般中间站及6个股道以下的站场普遍采用站内一体化ZPW-2000A轨道电路，对于较大一些站场一般正线及股道采用一体化ZPW-2000A轨道电路，侧线及道岔区段则采用25Hz相敏轨道电路，轨面电压按照有效值不小于0.8V设计，在较长时期不走车的情况下，无法可靠分路。根据世界各国经验，解决轨道电路分路不良主要是通过提升轨面间电压，实现对轮轨间不良导电层的击穿。
参考文献：
[1]孙上鹏，赵会兵，陈德旺，等.基于电接触理论的轨道电路分路电阻计算方法研究[J].铁道学报，2014，36（3）：31-36.
[2]田新英.铁路信号系统轨道电路分路不良的危害及防治[J].数字化用户，2017（9）：7.
[3]中国铁路总公司.普速铁路信号维护规则[S].北京：中国铁道出版社，2015.
[4]任军，鲁恩斌.ZPW-2000A移频脉冲轨道电路系统研究[J].铁道通信信号工程技术，2015，12（3）：10-14.
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