一、轨道电路分路不良对行车安全造成的危害
(1)调车作业时中途转换道岔造成机车车辆挤岔。
(2)接发列车作业时错误判断列车的出清状态而转换道岔,造成列车脱轨。
(3)错误判断进路空闲状态后开放信号,造成待接发的列车或调车机车车辆与停留车辆发生正面冲突,或者与临线侵限的车辆发生侧面冲突。
(4)进路不能完全解锁,造成遗留白光带。
(5)区间自闭信号直接升级。
(6)客运专线上高速列车“失踪”,由于车速快导致反应时间和制动距离过长,可能造成追尾事故。
二、轨道电路分路不良形成原因
当列车进入相应的轨道区段时,该区段轨道继电器未能落下或者保持落下状态,车站控制台和现场信号灯错误显示绿灯或者白灯,不能正确显示轨道区段的占用状态,造成以上现象的原因种类偏多,主要与当地气候、运营内容、专线特点、设备状况及参数设定、站场使用等有关。
1.钢轨轨面生锈。
目前最常见的分路不良大部分来源于钢轨轨面生锈,在潮湿的空气中,钢轨表面吸附了一层薄薄的水膜,这层水膜里含有少量的H+和OH-,还溶解了氧气,结果在钢铁表面形成了一层电解质溶液,它跟钢铁里的铁和少量的碳(因钢铁不纯)恰好形成无数微小的原电池。在这些原电池里,铁是负极,碳是正极。铁失去电子而被氧化,电化学腐蚀是造成钢铁腐蚀的主要原因。铁锈层的存在导致列车轮对和钢轨之间的电阻阻值加大,出现分路不良。
2.营运环境影响。
在轮对和钢轨轨面之间除了铁锈之外还有其他物质导致导通困难,比如货场一类容易产生大量粉尘的环境,粉尘落在钢轨轨面或者由轮对裹带至钢轨轨面,经轮对碾压后形成绝缘层,导致分路不良,油污、沙土、盐碱严重地域也会有类似效果。
3.高速轻载列车碾压效果不良。
列车在行进中轮对和钢轨间产生摩擦,可以有效清除钢轨轨面的锈迹和其他绝缘层。在高铁营运线路上虽然车流量不少,但是营运车辆车速快,自重轻,导致碾压过程中摩擦力不足,“打磨”效果欠佳,部分线路的钢轨轨面的光洁面积只有30%甚至更低,呈细长条靠近钢轨内缘,极易产生分路不良。相对而言在重载线路上不易出现分路不良现象。
4.车流量不足导致碾压效果不良。
在站场内一些侧线区段,列车长时间占用或者使用频率不高,造成钢轨轨面碾压频率不足,不能有效清除绝缘层物质。部分线路由于车流量偏小,类似各种专用线,线路碾压频率不足,都容易造成分路不良。
5.列车分路电阻大。
列车车辆进入轨道区段时,车辆轮对对轨道分路形成回路,此时车辆轮对的自身阻值、轮对和钢轨接触面的阻值之和为分路阻值。标准分路电阻阻值在不同制式时有区别,如25Hz 相敏轨道电路标准分路电阻值为0.06Ω,如果分路阻值大于标准,就会产生分路不良。
三、解决轨道电路分路不良的措施
1.25Hz相敏轨道电路UI型(3V化方式)。
此种方法主要是在97型轨道电路上进行改进,通过降低受电端轨道变压器变比来提升轨面电压。其系统原理在全站25Hz相敏轨道电路室内设备不变的基础上,通过更换室外扼流变压器和信号变压器箱内设备,提高轨面电压至2~5V,用以击穿半导体薄膜,实现轨道电路分路特性的改进,使轨道电路能够有良好的分路。
3V化轨道电路优点如下:
(1)轨道电路分路灵敏度明显提高,适用于轻度污染地区。
(2)保留97型轨道电路工作的稳定性,利用计算机进行仿真计算,制定计算、模拟盘、现场安装三个一致的调整表。
(3)整套系统在原有设备基础上,只需更换室外扼流变压器和信号变压器箱内设备,在不改变室内设备情况下,即可实现轨道电路分路特性的改进。
(4)新器材研制采用了各种措施,明显的改进了轨道电路的分路特性,适用于25Hz相敏轨道电路区段。
(5)在单项器材的研发上充分考虑了其利旧和通用性。
(6)采用改进型自复式保险开关做轨道电路的熔断器。
(7)系统电路成熟,符合“故障-安全”原则。
(8)可以实施积木化的施工改造,根据需要逐区段改造,施工简单易行、节省投资。
3V化轨道电路缺点如下:
(1)使轨道继电器和防护盒与轨道电路失配。
(2)增大了电源功率。如轨道电路长度为100m,原轨道电路功率为2W,提升轨面电压后功率为20W;轨道电路长度为1200m,原轨道电路功率为10W,提升轨面电压后功率为100W。这样将使既有的电源屏很难满足要求。
(3)机车信号短路电流减少一半。
(4)对于短轨道电路分路电阻有所提高,但是对长轨道电路分路灵敏度提高不大。
2.计轴式轨道电路。
计轴式轨道电路,在轨道区段的两端安装计轴传感器,将计轴控制条件与既有轨道电路控制条件相结合,将计轴条件纳入既有联锁控制条件。当列车经过计轴传感器时,车轮的通过信号被传感器记录,经调制转换后传入室内,数据经过处理后在控制台上给出相应区段占用或者空闲的状态显示。
计轴式轨道电路优点:
与钢轨轨面生锈及道床漏泄状态无关,不受轨道电路电气特性影响。
计轴式轨道电路缺点:
(1)灵敏度高,一旦传感器受到干扰就开始计轴,并立即显示该区段列车占用红光带,尤其对已经开放的信号影响严重。
(2)恢复清零确认手续复杂,影响运输效率。
(3)不能改善分路不良区段地面机车信号的传输。
(4)造价较高,施工复杂。
(5)计轴设备对轨道区段的检查是非连续式,存在安全问题。
计轴式轨道电路系统框图如图1:
3.高压不对称脉冲轨道电路。
高压不对称轨道电路是利用瞬间较大功率高压脉冲来检查轨道电路的占用或者分路情况,它能够穿透部分生锈的钢轨轨面,返还系数较高,在一定程度上可以改善分路不良的情况。
缺点:在一送多受区段内发生绝缘破损的情况下,会失去列车分路效应,此方式对既有设备进行分路不良整治时,设备更换比较多,存在一定的技术风险。
4.多特征脉冲轨道电路。
脉冲轨道电路系统,是针对当前站内存在的锈蚀较严重的分路不良区段,结合我国高压不对称脉冲轨道电路,吸收近年来法国高压脉冲轨道电路的经验而设计的一种脉冲轨道电路。系统安全性、可靠性有了较大的提高。该轨道电路充分利用输出瞬间功率极高(近万瓦,100 V,100A)的特点,完成对站内腐蚀较严重轨道区段锈层、污染物的击穿作用,从而实现列车的良好分路。
发送器信号增加了多种脉冲频率,同时接收器在我国具有在高压不对称脉冲轨道电路的解凋方式基础上,增加了对脉冲频率,脉冲波形等特征的判断。电化传输环节增加了防干扰设计,在扼流二次侧增加室外补偿器,减少了牵引电流对系统的干扰,增加了系统抗电气化干扰的性能。通过专门设计的电码化隔离电路,彻底解决了高压脉冲轨道电路和移频信号难以叠加的难题,保证了机车信号的连续性。
根据接收轨面电压的不同,多特征高压脉冲轨道电路分为两种类型:一般分路不良区段采用最低电压20V,最小电流20A,分路电阻0.15Ω;在严重的分路不良区段或常年走车少的短轨道区段采用最低电压80V,最小电流20A,分路电阻0.5Ω。
扼流变压器不利旧时,系统构成见图2(以脉冲室内发送为例)。
扼流变压器利旧时,系统构成见图3(以脉冲室外发送为例)。
多特征脉冲电路技术特点:
(1)轨面瞬间功率最大能够达到近万瓦,符合解决分路不良的技术条件。
(2)功耗低。每个轨道电路平均消耗功率80w。轨道电路采用脉冲信号作为传输信号,其占空比仅为1%,因而轨道电路功率消耗较低。
(3)轨道电路的功率消耗与列车占用与否、轨道电路负载变化无关,仅取决于其脉冲发送器内部储能电容器的储能大小。
(4)脉冲信号的“不对称”特性,提高了系统的抗干扰能力。正脉冲(峰头)的电压幅值远大于负脉冲(峰尾),同时正脉冲的宽度远小于负脉冲的宽度,因而系统对于牵引电流、移频信号及绝缘破损等有很强的防护能力。
(5)系统采用了4种脉冲频率,增加了轨道电路的特征信息量。
(6)充分考虑现场供电方式的多样性(室内供电、室外25 Hz、50 Hz供电),能够适应各种环境,方便现场改造。
5.受电端并联防护盒方式。
提高二元二位轨道继电器落下值可以提高其返还系数。为了提高落下值,可以在二元二位继电器线圈输入端并联接人电子监控装置,采集轨道电路电压。当监测开关的输入电压高于一定数值时,此时监测开关并不影响轨道电路调整状态下的工作特性。当轨道电路处于分路状态时,监测开关的输入电压低于该值时,监测开关立即切断二元二位继电器的局部电源,迫使其落下。由于轨道电路并联接入电子监测开关,这样既保留了二元二位继电器存调整状态原有的频率、相位和电压等工作特性,又可在列车分路轨道电路时有效提高二元二位继电器的落下电压。通过调整防护盒的参数来调整轨道电路的相位角,进一步提高轨道继电器的可靠工作性能。
缺点:
(1)分路灵敏度过高会导致轨道电路工作不稳定和影响轨道电路的动作时间。
(2)并联在防护盒的取样线断线后,返还系数恢复原样。
6.数字接收。
采用多路数字接收器,利用现代电子技术,大幅度地提高系统的抗干扰性能,扩充的通信接口能够与连锁系统通信连接,可构成无接点
全电子化系统,同时减少了设备的成本。通过数字接收器,需要参考的电源能量少,确保电源屏能量主要用在轨道电路上,提高了电源屏实际有效利用率,进一步降低了整个轨道电路的功率,实现对室外防护和电容漏电、内部短线、外部连接线断线、钢轨接续线接触不良、钢丝绳引接线接触不良等所有导致轨面电压降低后,不能击穿不良导电层故障的防护。
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原文名称:轨道电路分路不良常见问题分析
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