春融季节对地铁直流单轨条50Hz相敏轨道电路的影响分析.pdf

2024 年第 1 期129中国高新科技ROAD TRAFFIC|道路交通春融季节对地铁直流单轨条50Hz相敏 轨道电路的影响分析杨小亮长春市轨道交通集团有限公司，吉林 长春 130000摘要：地铁直流单轨条 50Hz 相敏轨道电路的主要作用是检查列车占用及出清，该轨道电路与地铁工务本门共用钢轨，与牵引供电系统有牵引回流的关联。其中，地铁线路主要采用 1500V 直流牵引，轨道电路既是牵引回流的路径，也是信号电路的传输媒介。与此同时，春季受到温度升高、冰雪融化的影响尤为明显。文章基于该轨道电路与其他设备的关联性，重点对春融季节红光带问题进行分析并提出应对策略。关键词：直流单轨条 50Hz 相敏轨道电路；钢轨绝缘；弹条扣件；回流线文献标识码：A中图分类号：U284文章编号：2096-4137（2024）01-129-03DOI：10.13535/ki.10-1507/n.2024.01.38Analysis of influence of spring melting season on 50Hz phase sensitive track circuit of metro DC monorailYANG XiaoliangChangchun Rail Transit Group Co.,Ltd.,Changchun 130000,ChinaAbstract:The main function of the 50Hz phase sensitive track circuit of metro DC monorail is to check train occupancy and clearance.The track circuit shares the rail with the main gate of metro works,and is associated with the traction power supply system.Among them,the subway line mainly adopts 1500V DC traction,and the track circuit is not only the path of traction backflow,but also the transmission medium of the signal circuit.At the same time,the influence of rising temperature and melting ice and snow is particularly obvious in spring.Based on the correlation between the track circuit and other equipment,this paper will focus on analyzing the red light belt problem in spring melting season and propose countermeasures.Keywords:DC monorail 50Hz phase sensitive track circuit;rail insulation;spring bar fastener;return line1直流单轨条 50Hz 相敏轨道电路基本原理直流单轨条 50Hz 相敏轨道电路主要由室内部分和室外部分组成。室内部分由 50Hz 微电子相敏接收器、调相防雷器、轨道继电器和报警盒组成；室外部分由送电端轨道变压器、受电端中继变压器、可调电阻、熔断器、钢轨、钢轨绝缘、回流线、引接线、接续线和轨道箱盒组成。由室内电源屏送到室外供轨道电路工作的 220V 电经过送电端变压器，二次侧输出经过可调电阻调整后，由引接线送至钢轨轨面。接收端引接线收到的电压经受电端可调电阻、中继变压器的调整后送回室内调相防雷器，最后送至相敏接收器。室内电源屏除了要给室外轨道电路提供工作的 220V/50Hz 交流电，还需要为室内器材提供 110V 局部电源，微电子相敏接收器根据使用需要分为单套设备 WXJ50-1（型）和双套化设备WXJ50-2（型）；相敏接收器的频率选择特性可保证在受到直流牵引电流干扰时，不会错误地使轨道继电器动作，相位选择特性可在轨端绝缘破损时进行可靠防护，轨道继电器可采用 JWXC-1700 型；TFQ 调相防雷器具有较强的雷电防护能力，设备内部采用调相防雷变压器。由于相敏轨道电路具有频率选择性和相位选择性，在满足轨道区段空闲、送回 50Hz 电压满足标准，且加在相敏接图1单轨条50Hz相敏轨道电路图 2024 年第 1 期130中国高新科技道路交通|ROAD TRAFFIC收器上的轨道电压与局部电压的相位差在工作范围内时，相敏接收器才会正常工作，输出轨道空闲条件，GJ 继电器可靠吸起，如图 1 所示。2春融季节 50Hz 相敏轨道电路出现的闪红问题2.1道岔跳线钢轨是单轨条50Hz相敏轨道电路形成回路的必要条件，轨道电路就是用一些连接线将钢轨串入电路。引接线用来连接轨道变压器箱和钢轨，大多由 42mm2的铜绞线或做防腐处理的钢包铜线组成。钢轨接续线用于连接短小钢轨（25m轨），通常采用 1.1m 和 0.9m 双套化做防腐处理的铁线。轨道电路接缝处的连接，以减小接触电阻。有塞钉式（现场广泛使用）、焊接式。道岔跳线是连接道岔岔心等处的导线。轨道电路通常在无车占用时，控制台会显示灰色或蓝色，代表轨道电路的空闲状态。当有车占用或故障时，控制台会显示红色状态。轨道红光带后，会导致进路无法正常办理、已经正常开放的信号关闭。如果轨道区段内有道岔设备，会导致道岔无法转换位置。这样轨道电路不仅起到了检查钢轨完整性和轨道空闲的状态的作用，还能够保证列车在占用道岔区段的时候，道岔无法再次被转换。在列车行进的整个过程中时刻保持这种检查状态，直至列车出清本区段及相邻区段。如果在 50Hz 轨道电路的基础上还叠加有其他制式的电码化电路，还可以为机车发码，控制列车运行速度。2.2绝缘破损轨道红光带具有影响大、范围广、短时间内不好查找的特点。相邻的轨道区段之间有绝缘隔开，在钢轨绝缘的位置轨道电压会形成极性交叉，同时单轨条轨道电路在绝缘的位置有回流线，回流线的布置是交叉两组绝缘安装，两端与两侧轨道电路的极性是一致的。一旦绝缘破损，一侧轨道电路的电流经过破损绝缘和回流线形成回路，使轨道电路呈现红光带显示。春季冰雪融化，影响道砟电阻，每当线路雪水融化影响，接收端的轨道电压都会有所下降。同时，春季气温升高，钢轨的膨胀会减小弹条扣件与鱼尾板间的距离。正常的绝缘处弹条扣件都会与鱼尾板保持 5mm 左右的间隙，当弹条偏大时会导致间隙变小，这时加入绝缘垫板进行防护，绝缘垫板的材质有胶皮和塑料两种，位于弹条扣件与鱼尾板之间起到绝缘作用。春季气温升高，加剧扣件及钢轨的膨胀，绝缘垫板的磨损量在不断增加，一旦绝缘轨头两侧的垫板都破损，就会使钢轨绝缘失去防护作用，相邻的两个区段连在一起，但这时两个区段不一定会同时呈现红光带显示。其中的一个区段的相敏轨道电流经失去作用的绝缘鱼尾板和钢轨回流线形成闭合回路。正常情况下，轨道电路在调整状态时送、受端的电压一般为：50Hz 相敏轨道电路受端次侧电压为 220V；次侧为 3.7 8V（根据轨道长积短及漏泄值而定）；轨面电压为 1.8 2.2V；受端次侧为 0.2 0.3V；次侧为 16 18V，一送双受轨道电路两个受端电压差不应超过 1V。接收器的理想相位角是 0，施工调整时满足正负 30以内即可正常工作。为了验证绝缘破损造成的影响，找出该故障产生的现象，可以做这方面的试验，选取车辆段站场一送一受的轨道电路接收端，在钢轨绝缘处加入一些铁片，铁片选取一些上锈状态的，在没有列车接近的情况下，在钢轨绝缘的绝缘轨头下端逐渐接触钢轨，观察电压和相角的变化。图2轨道电压曲线通过试验可以发现如图 2 所示的现象，轨道电压会从最初的 19V 下降到 10V，最低能降到 3V，这与铁片接触的强度有关；当绝缘破损时，相角可由原来的 11下降至 7；选取站场上其他的轨道电路用相同的方式模拟试验，轨道电压也会由正常的 16 18V 下降到 10V 左右，此时的轨道电压已经不满足 GJ 吸起的条件，轨道继电器会落下，控制台呈现红光带。由于受到温度变化、热胀冷缩的影响，红光带会呈明显的周期性特点。这些变化情况都是随着钢轨扣件与鱼尾板之间的距离而产生的。当距离变小至绝缘失去作用的时候，钢轨就会呈现红光带。2024 年第 1 期131中国高新科技ROAD TRAFFIC|道路交通当距离拉开时，则呈现空闲状态。受到车压的影响，列车经过时也可能变成红光带或由红光带变为空闲。由于反映出的现象变化较多，工作人员一时间可能无法判断故障的具体位置，因为器材的特性不良、配线的接触不良均可能引发类似的现象。3春季 50Hz 相敏轨道电路闪红问题的应对策略3.1道砟电阻预防红光带轨道电路的 3 种工作状态为调整状态、分路状态和断路（轨）状态，这 3 种状态各自有不同的工作条件和最不利工作条件。最不利工作条件包括调整状态下的钢轨阻抗最大、道碴电阻最小、电源电压最小；分路状态下的钢轨阻抗最小、道碴电阻最大、电源电压最大；断路状态下的钢轨阻抗最小、电源电压最大、临界道碴电阻最大等。但无论是哪一种状态，主要因素都为 3 个变量，即轨道电路的道碴电阻、钢轨阻抗和电源电压。通常情况下，送电端电压不会发生变化，因为送电的220V 电压是做成环状的，如果变化会影响整个咽喉区的轨道电压或者某束轨道电源电压，所以把主要的预防红光带放在道砟电阻上。春季冰雪融化容易对轨道电压产生影响，但道砟电阻的稳定可以通过定期的清筛捣固实现。在线路排水良好的情况下，车压和沉降都会对道砟产生影响，会使一些粉尘和碎渣，通过清筛可以把不良的碎石清理出去，再加入新的石料进行捣固，这样就可以保持道砟电阻的稳定性，即使是在季节变化的情况下，轨道电压也不会产生较大波动。3.2接触位置安装钢轨分割绝缘在排除设备器材故障的情况时，季节性检修的重点就是绝缘和连接线。轨道电路区段包含的绝缘有钢轨绝缘和道岔安装装置绝缘。道岔安装装置绝缘是道岔的各种杆件在与尖轨连接时，需要在接触位置用绝缘隔离开，以防止轨道电路电源窜入转辙机设备接地，或形成混电。钢轨绝缘又分为钢轨分割绝缘和岔后极性绝缘。钢轨分割绝缘安装于两个轨道区段之间，起隔离作用。岔后极性绝缘能够保证道岔处于定位或反位时本道岔区段都能够形成回路，检查列车占用状态。通常道岔安装装置绝缘需要半年测一次，阻值为大于 200。钢轨绝缘也需要每半年检查测试一次，绝缘值不小于 1000。检查月份一般为每年的 4 月和 10 月，在每年最热和最冷的月份可以增加一次测试检查，以防止夏末秋初钢轨温度过高绝缘顶死，或者冬季温度过低绝缘拉开。正常情况下钢轨绝缘处的鱼尾板横向螺栓与钢轨是接触的，与弹条扣件是不接触的，其间保持 1mm 以上的距离，在选用钢铁轨距块的情况下，弹条扣件与钢轨是接触的；如果两侧的螺栓与弹条扣件同时接触，并且弹条扣件与钢轨接触，就会导致绝缘失去作用。如果在弹条扣件的下方加入塑料轨距块会降低混电概率，但强度方面有所降低，通常的情况是安装钢铁材质的轨距块。钢轨绝缘性能不仅受绝缘材料本身是否破损的影响，还会受到弹条扣件和鱼尾板影响。绝缘挡板的选取要用抗腐蚀、强度高、耐热、尺寸稳定的材质，而不是用绝缘胶皮或塑料板。针对绝缘的季节性变化，信号人员也要制订计划、定期测试绝缘，发现不良及时更换。平时要积累轨道正常工作时的原始数据参数，在轨道呈现红光带的情况下，通过微机监测设备，观察各种曲线、开关量变化情况，采用排除法有针对性地进行排查，及时区分室内室外故障。其中，室内故障可以通过更换故障器材、检查配线方法查找；室外的轨道电路闪红故障最好用轨道诊察仪排查，一送多受的轨道区段每个分支都要检查，将排查结果与正常数值对照，有差距的地方就是故障点。4结语本文从季节性的角度对直流单轨条 50Hz 相敏轨道电路闪红的问题进行了分析，同时对相关专业的设备对相敏轨道电路产生的影响进行了阐述。针对这些问题，在相同的轨道电路上进行一些试验，并得出一些数据，通过这些数据和现象，最终总结出春融季节应对 50Hz 轨道电路闪红问题的方法和措施。作者简介：杨小亮（1983-），男，辽宁铁岭人，长春市轨道交通集团有限公司中级工程师，研究方向：城市轨道交通、铁路 工程。参考文献1 王忠斌50Hz 单轨条相敏轨道电路的应用和抗干扰措施的研究 J铁路通信信号工程技术，2011，8（6）：51-532 王开康，吕意地铁直流牵引供电系统接触网故障点测距方法 J城市轨道交通研究，2022，25（7）：222-224，2293 李昕，范庆平地铁牵引供电直流设备框架保护系统改进 J铁道技术监督，2023，51（1）：50-54（责任编辑：肖央然）