电气化铁路轨道电路红光带的原因分析及减少轨道电路红光带的措施

研究和探讨轨道电路产生红光带的原因和减少其发生的措施, 显得非常重要也很有必要。

1 轨道电路的工作原理及应用情况

1.1 轨道电路的组成及功能

1.1.1 轨道电路的组成

轨道电路是利用钢轨线路和钢轨绝缘构成的电路, 是铁路信号的重要基础设备, 它的性能直接影响行车安全和运输效率。由钢轨、绝缘节、轨端接续线、发送端、接受端 (轨道继电器) 等组成

1.1.2 轨道电路的功能

a、监督列车的占用, 反映线路的空闲状况, 为开放信号, 建立进路或构成闭塞提供依据;

b、传递行车信息, 如移频自动闭塞利用轨道电路传递不同的频率信息来反映列车的位置, 决定通过信号机的显示或决定列车运行的目标速度, 从而控制列车运行。

1.2 轨道电路的原理及应用

1.2.1 工频交流连续式轨道电路

a、组成:

工频交流连续式轨道电路由送电端、受电端、钢轨绝缘、钢轨引接线、轨端接续线、钢轨等组成。

送电端:BG1—50型轨道变压器、R—2.2/220型变阻器。

受电端:BZ4型中继变压器、JZXC-480型轨道继电器。

b、工作原理:

送电端送到钢轨端的是交流, 钢轨中传输的也是交流, 继电器接受的是交流, 但接入继电器线圈之前先经过整流元件将交流电转换成直流, 再去动作轨道继电器。

轨道电路完整无车占用—时GJ↑, 其交流电压应在10.5-16v左右, 当有车占用时GJ↓, GJ的交流残压此时应低于2.7v。

c、适用范围:

工频交流连续式轨道电路适用于非电气化区段。

1.2.2 25HZ相敏轨道电路

a、组成:

由25HZ专用电源屏 (提供25HZ的轨道电源和局部电源) 、轨道电源变压器 (BG25) 、送电端限流电阻、送电端扼流变压器 (BE25) 、受电端轨道变压器、受电端扼流变压器、25HZ防护盒、防雷补偿器、二元二位轨道继电器等设备组成。

25HZ相敏轨道电路只能用以检测轨道电路区段是否空闲, 不能传输其他信息。因其电源频率较低, 传输的损耗也低, 依次传输的距离较长。

b、工作原理:

当轨道线圈和局部线圈电源满足规定的相位 (局部超前轨道90°) 和频率 (都是25HZ) 时, GJ闭合, 表示轨道电路空闲;

当有车时, GJ断开;

当相位和频率不合符要求时, GJ也断开。

c、适用范围:

用于普通铁路的电气化区段, 现在用的最多的是97型25HZ相敏轨道电路。

1.2.3 ZPW-2000A无绝缘移频轨道电路

a、组成:

ZPW-2000A无绝缘移频轨道电路由室内设备和室外设备两部分组成。

室内设备包括:发送器、接收器、衰耗盘、电缆模拟网络等。

室外设备包括:调谐区、机械绝缘节、匹配变压器、补偿电容、传输电缆、调谐区设备引接线等。

b、工作原理:

电气绝缘是通过谐振实现的, 载频确定后选择两BA的参数, 使本区段的调谐单元对相邻区段的频率呈串联谐振, 移频信号被短路;而对本区段的频率呈容抗, 与26m钢轨和SVA的电感配合发生并联谐振, 移频信号被接收。

c、适用范围:

既适用于普通铁路的电气化区段, 也适用于高速铁路 (ZPW-2000K, 发送器1+1冗余) 。

2 电气化铁路对轨道电路的特殊要求

由于电气化铁路的钢轨不仅有轨道电路的电流流过, 还有几百安的牵引回流流过, 所以电气化铁路的轨道电路要有防止牵引回流干扰的特殊措施。

2.1 电气化铁路的主要干扰源

电气化铁路的主要干扰源有:钢轨中的不平衡牵引回流、瞬间脉冲电流及谐波电流;牵引网系统的感性、容性藕合对传输电缆的干扰;沿线及站场固定电气电子设备 (如自动闭塞设备、调度集中设备、计轴设备、联锁设备、电源设备、信号监测系统等) 受电力系统的放射、耦合、回流地电位等的影响;机车信号等受电力机车强电设备的电、磁、电磁放射源的影响。

2.2 电气化区段轨道电路的特殊要求

为了提高轨道电路的抗干扰能力, 必须采用和牵引回流频率不同的非工频轨道电路;为了通过扼流变压器来消除平衡牵引回流的干扰, 必须采用双轨条式轨道电路;为了牵引回流顺畅流回并尽量减小不平衡牵引回流, 钢轨接续线载流面加大、道岔跳线和钢轨引接线截面加大和引接线的阻抗应尽量保持相等;为了提高轨道电路工作的稳定性, 交叉渡线上两直股都通过牵引电流时应增加绝缘节.

2.3 产生不平衡电流的原因

2.3.1 曲线区段, 外轨长而内轨短, 两根钢轨的轨阻抗不相等。

2.3.2 钢轨接头电阻是由塞钉连接线、轨端焊接线、连接夹板组成的并联电阻, 每个钢轨接头电阻不可能完全一致, 由各个钢轨接头电阻组成的整个长钢轨阻抗与另一侧的钢轨阻抗就存在差异。

2.3.3 扼流变压器牵引线圈中性点两边的线圈阻抗不可能绝对相等, 两侧的钢轨引接线电阻也可能有微小的差异, 形成扼流变压器中性点两边的阻抗不相等;而牵引回流要经过多个扼流变压器的中性点后才能回归到牵引变电所, 两根钢轨由此而形成的阻抗是不一致的。

2.3.4 轨道电路的对地漏泄不平衡, 原因为:

a、接触网支柱、桥栏杆等的地线直接接到轨道电路的一侧钢轨上 (普速) , 形成两根钢轨对地漏泄导纳不相等。

b、东西方向的铁路, 路基南面受阳光直射, 雨过天晴后道床状态干湿不同, 回春季节背阴部分的路基解冻较晚。

c、线路一侧敷设有长的金属管路或各种带金属护套的屏蔽电缆。

3 出现轨道电路红光带的原因及分析

3.1 钢轨锁定不良, 昼夜温差、季节变化温差造成窜轨严重, 轨端绝缘顶死, 管垫拉破;绝缘接头处应为窄扣件, 工务却安装了一般的大扣件, 枕木竖螺栓的固定盘条, 因螺母松动造成盘条碰鱼尾板;如两端的扣件同时碰鱼尾板, 会出现相邻的两个区段同时红光带;或工务的枕木窜动造成枕木竖螺栓与绝缘鱼尾板横螺栓相碰也易造成轨道红光带。

3.2 轨距杆绝缘材料质量较差, 依靠拧紧螺母来调整和固定轨距, 造成粘接式轨距杆绝缘拉出, 造成轨距杆绝缘破损, 使轨道电路短路。

3.3 普通绝缘轨距杆性能差, 绝缘部分易损坏;电务采用的尼龙绝缘性能差, 夏天不耐高温, 冬天发脆易碎, 高强度绝缘断面稍高出轨面就被撞碎, 使断面绝缘从轨缝中掉下, 造成相邻区段的两钢轨连接, 造成轨道电路红光带。

3.4 道岔尖轨与基本轨爬行, 使安装装置的绝缘挤碎和单向磨损;复式交分道岔第一、二块滑床板工务固定困难, 造成中心滑床板窜动与道岔角钢连接杆相碰造成短路、交分道岔连接杆开口销开口部位与钢轨底部相碰造成短路, 上述隐患均能造成轨道红光带。

3.5 使用轨道防混钢丝绳, 但曾出现新换的防混引接线与扼流箱端子接触不良、引接线与塞钉头连接部位内部断线、或外皮受外界干扰破损内部锈断等情况, 均易造成轨道电路红光带。

3.6 牵引电流中的冲击电流和回流不畅易造成“闪红”和烧坏设备 (43DG与39DG分界绝缘就发生过因2G与4G缺少横向连接线使回流不畅易烧坏绝缘的事情) 。

3.7 工务在岔区基本轨一侧多处用轨距杆 (有些不绝缘) 与大地中栽的半截钢轨相连;供电部门有些杆塔地线不经火花间隙直接与钢轨相连, 火花间隙失效或绝缘子漏泄电流超标等, 造成两条钢轨牵引电流不平衡, 出现“闪红”。

3.8 工务部门在轨道电路区段整治, 施工中的撬棍、铁板、铁丝、机具以及在站场内检破烂者拉的废旧铁丝、易拉罐等金属物件在拉动或嵌入钢轨的关键部位时, 就会造成瞬间“红光带”, 使信号关闭, 甚至造成机车冒进信号。

3.9 列车提速、双机牵引, 造成正线原设计的扼流变压器BE-400/25容量不够, 造成轨道电路熔断器熔断, 电缆、扼流变压器烧坏, 箱盒引接线烧断 (后正线扼流变压器BE-400/25改为BE-600/25) 等, 都会造成轨道电路红光带。

4 减少轨道电路空闲红光带的措施和途径

4.1 工、电联合整治各部位绝缘。

4.1.1 组织专门的整治队伍, 在每年高温和寒冷季节到来之前, 对正线所有轨端绝缘整治一遍。

4.1.2 整治内容主要有:工务钢轨绝缘鱼尾板螺栓更换为高强度螺栓;对绝缘易破损的轨端绝缘钢轨底部两枕木间加一段小枕木, 使轨端绝缘下部不再悬空, 这样可减少钢轨两轨头动态上下错位造成的绝缘破损;为避免轨端绝缘处两轨头肥边毛刺造成的短路, 对所有绝缘接头处的轨头进行防塌面斜切打磨, 处理绝缘和道岔处作用不良的防爬器、道钉等。电务将接头处绝缘更换为稍低于两轨头面的高强度绝缘, 或在两轨缝间夹一片尼纶绝缘和一片高强度绝缘, 并满足轨缝要求, 达到硬、软搭配, 增大韧性以增加使用寿命。在年度集中修和工电联合整治中对所有绝缘进行分解检查, 正线胶结绝缘加强测试, 发现不良及时通知工务更换或配合处理。同时处理固定不良的箱盒引接线等。

4.1.3 通过工电对道岔的联合整治, 使道岔基本轨、尖轨和轨道区段绝缘接头处前后钢轨锁定良好, 不爬行, 不移动;安装轨端绝缘的轨缝在钢轨温度最高时不应小于6mm, 平时保持最大轨缝不大于绝缘接头处螺栓扭矩力满足工务的要求, 保持螺栓紧固, 防止钢轨窜动损坏绝缘管垫, 在轨端绝缘处无道钉﹑扣件、盘条碰鱼尾板等隐患。

4.2 对轨距杆进行联合整治。

4.2.1 电务部门每年必须按时对所有轨距杆、支距杆进行全面测试、检查, 发现绝缘不良﹑老化、破损及时通知工务部门配合处理, 并记录在绝缘轨距杆检查登记本内。

4.2.2 工务部门应在支距杆绝缘处加高强度绝缘垫片, 以防螺母拧得太紧损坏绝缘, 在安装新轨距杆前应通知电务测试、打号方准上道。

4.3 工务在钢轨上焊接时, 要提醒工作人员地线必须接在同一根钢轨上, 否则易烧坏轨道电路熔断器或元器件。

4.4 采用抗干扰设备

25Hz相敏轨道电路优点很多, 但也存在严重的缺陷, 抗不平衡脉冲电流干扰的能力较差, 尤其是较短的道岔区段, 二元二位继电器经常发生误动。多数情况表现为没有被列车占用的轨道区段, 二元二位轨道继电器受牵引电流的脉冲干扰瞬间落下, 在控制台出现“红光带”, 就是所谓的“闪红”现象。随着机车单机功率的增加, 牵引电流加大, 出现的概率明显增多。通过在室内二元二位轨道继电器出并联防护盒, 大大减少了闪红现象的发生。

4.5 改善25Hz信号的传输特性, 使二元二位继电器轨道线圈和局部线圈上的电压相位差在90°左右, 使轨道电路处于纯电阻状态, 即最佳状态 (90°正负8°是理想状态) 。

4.6 充分认识不平衡牵引电流对轨道电路的干扰, 加强日常检修。

4.7加大新技术、新材料的投入。在电气集中改造时, 建议采用ZPW---2000型无绝缘轨道电路, 形成电气绝缘, 从根本上克服传统轨道电路受外界条件影响大, 故障率高, 调整频繁, 维修量大等缺点, 免除了信号基建和更新改造工程中的轨道绝缘方面。

4.8 由电务派技术人员对工务等施工部门人员进行防止轨道电路出现红光带的知识培训, 请各施工部门在轨道电路区段作业时, 加强登记和防护。

总之, 轨道电路红光带的故障既频发, 又原因复杂, 通过对轨道电路红光带的分析和探讨, 可以提高我们处理此类故障的能力, 缩短故障恢复时间, 保证行车安全, 为铁路运输安全生产保驾护航。

摘要：本文从轨道电路的工作原理及应用情况、电气化铁路对轨道电路的特殊要求、出现轨道电路红光带的原因及分析、减少轨道电路空闲红光带的措施和途径等几个方面进行了阐述。

关键词：轨道电路,红光带,原因,对策

参考文献

[1] 《电气化铁路信号工程与维修知识》, 郑文琦, 经应铸, 张玲编著, 中国铁道出版社, 2001

[2] 《电气化铁路信号设备》, 林瑜筠, 张秉涛, 熊五利主编, 中国铁道出版社, 2006