站內97型25 Hz相敏軌道電路的合理配置

張廣軍

(中鐵工程設計咨詢集團有限公司,北京 100055)

1 概述

97型25 Hz相敏軌道電路系統及其配套器材,是針對原25 Hz相敏軌道電路抗干擾能力差,傳輸距離短等問題研制的,目前已經在全路廣泛應用。

《97型25 Hz相敏軌道電路圖冊》[通號(99)0047]標準圖中明確規定了軌道電路“適用于鋼軌內連續牽引總電流不大于800 A,鋼軌內不平衡牽引電流不大于60 A的交流電氣化牽引區段的站內及預告的軌道區段。”同時，《鐵路信號維護規則》軌道電路調整表中針對97型25 Hz相敏軌道電路(新型)各種類型分支最大長度有明確要求。

隨著大秦等萬噸、重載鐵路的陸續開通運行,鋼軌內連續牽引總電流超標或軌道電路分支長度超長等現象越來越普遍,當鋼軌內連續牽引總電流大于800 A或軌道電路分支長度超過規定長度時,《97型25 Hz相敏軌道電路圖冊》中規定的軌道電路通用器材將不能滿足現場使用需求。因此，針對特殊車站的軌道電路器材相繼研發、應用,使97型25 Hz相敏軌道電路得到了進一步完善。就這些特殊軌道電路器材的選型和配置進行分析,并參考大秦、渝懷、包西等鐵路軌道電路器材的配置,結合正在實施的工程進行舉例分析。

2 97型25 Hz相敏軌道電路主要器材介紹

2.1 97型25 Hz相敏軌道電路原理

97型25 Hz相敏軌道電路原理見圖1。

圖1 97型25 Hz相敏軌道電路原理

97型25 Hz相敏軌道電路原理圖中主要設備、器材名稱見表1。

表1 97型25 Hz相敏軌道電路主要設備、器材

2.2 主要設備、器材介紹

(1)扼流變壓器

作用：應用在電氣化鐵路,設置在軌道電路的發送端和接收端或需要連通牽引電流的地方。用來把軌道電路的發送和接收設備同鋼軌連接起來以傳輸軌道電路信息和通過牽引電流。

分類及應用：扼流變壓器的選型由牽引電流容量和牽引線圈阻抗的大小來決定。目前主要應用的有下列幾種。

①采用400 Hz鐵芯,主要用于軌道電路實施移頻電碼化的區段,主要包括BE1-400/25、BE1-600/25、BE1-800/25等型號。

②采用50 Hz鐵芯,主要用于一般軌道電路區段,主要包括BE2-400/25、BE2-600/25、BE2-800/25等型號。

③為滿足萬噸重載鐵路的需要,又產生了400 Hz鐵芯的BE1-1000/25、BE1-1600/25等型號,50 Hz鐵芯的BE2-1000/25、BE2-1600/25等型號。

(2)軌道變壓器

作用：在97型25 Hz相敏軌道電路中作為送電端供電變壓器或受電端的匹配變壓器,起傳遞軌道信息和阻抗匹配之用。

分類及應用：目前廣泛應用的是BG2-130/25、BG3-130/25型,其中BG2-130/25采用CD型400 Hz鐵芯,主要用于移頻電碼化區段；BG3-130/25采用CD型50 Hz鐵芯,應用在一般軌道區段。

為滿足萬噸重載鐵路的需要,提高系統抗沖擊干擾能力,研發了BG4-220/25型軌道變壓器。同時針對一些車站道岔區段,一送多受軌道區段分支長度大于80 m的特殊需求,又研發了BG4-150/25型軌道變壓器。

(3)防護盒

作用：防護盒主要用于鐵路25 Hz相敏軌道電路中,防護JRJC型軌道繼電器,使其不受50 Hz牽引電流干擾；對25 Hz信號頻率的無功分量進行補償；減少25 Hz信號在傳輸中的衰竭和相移；保證JRJC型軌道繼電器的正常工作。

分類及應用：防護盒主要有HF-25、HF2-25、HF3-25、HF4-25幾種類型。

其中HF2-25型防護盒是HF-25型的基礎上進行改進的,提高了品質因數Q值。

HF3-25型防護盒是HF2-25型的基礎上增加可調端子。通過調整3種諧振狀態獲得更佳50 Hz的防護和改善25 Hz信號相位角。

HF4-25型防護盒是HF3-25型的基礎上增加可調端子。通過調整5種諧振狀態獲得更佳50 Hz的防護和改善25 Hz信號相位角。

(4)扼流適配器

作用：匹配扼流變壓器使用,改善信號傳輸的匹配功能,提高信干比。適配器對25 Hz信號成容性,與扼流變壓器感抗構成并聯諧振,增大信號阻抗,提高了軌道電路抗牽引電流干擾的能力,特別對解決脈沖干擾造成軌道電路“紅光帶”的問題有著顯著的效果。

分類及應用：主要包括ESP1、ESP2、ESP3、ESP4、ESP5及QSP6(K)系列適配器。

①ESP1型由于牽引線圈阻抗較大,目前已經很少使用。

②ESP2型適用于25 Hz相敏軌道電路和25 Hz交流計數電碼化區段。

③ESP3型適用于25 Hz相敏軌道電路疊加國產4、8、18信息移頻電碼化區段。由ESP2附加不同頻率(分別為550、650、750、850 Hz)的電壓提升器構成。

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④ESP4型適用于25 Hz相敏軌道電路疊加UM71系列及ZPW-2000A電碼化區段。由ESP2附加不同頻率(分別為1 700、2 000、2 300、2 600 Hz、1 700/2 000(通用)、2 300/2 600(通用))的電壓提升器構成。

⑤ESP5型適用范圍與ESP4型相同,同時可匹配容量分為1 600、2 000 A大容量的扼流變壓器,適應鐵路提速重載的需要。

⑥QSP6(K)系列適配器應用于客運專線ZPW-2000A軌道電路,按載頻和不平衡電流可分為QSP6(K)-1700/2000型/80 A、QSP6(K)-2300/2600型/80 A、QSP6(K)-1700/2000型/100 A、QSP6(K)-2300/2600型/100 A 4種。

(5)其他器材

①軌道電路接收設備：包括二元二位繼電器和電子接收器2種。

二元二位繼電器主要采用JRJC1-70/240型。微電子接收器根據需要可分為單套設備和雙套設備，單套設備為JXW-25A型(安全型繼電器結構)或JXW-25A1型(JRJC二元二位繼電器結構)；雙套設備包括：JXW-25B型微電子相敏軌道電路接收器(安全型繼電器結構)、HBJ型接收變壓器盒(安全型繼電器結構)、HB型報警盒。

②電阻器：97型25 Hz軌道電路采用固定抽頭式電阻器,按照電阻值及允許通過電流分類,主要有R1-2.2/220、R1-4.4/440兩種類型,其允許通過電流值為10A。為滿足萬噸重載鐵路的需要,又研發了R1-4.4/630型電阻器,其允許通過電流值可達12 A。

③空扼流補償器：空扼流變壓器處設補償器,針對不同的自動閉塞區段,根據不同的機車信號制式確定不同的補償器,其中萬噸重載區段應采用BCQ4-U型。

④熔斷器：電路中限流保護用,應用在室外送、受端,通常RD1、RD3用10A容量,RD2采用1A容量。

3 站內97型25 Hz相敏軌道電路的配置

3.1 軌道電路器材的選型的決定因素

軌道電路器材的選型主要受以下幾個方面因素的影響。

(1)鋼軌內的最大牽引電流及最大不平衡牽引電流。

(2)軌道電路類型及扼流設置。

(3)軌道電路分支長度。

3.2 選型舉例

新街至恩格阿婁鐵路(以下簡稱新恩鐵路)為單線電氣化、萬噸重載鐵路,半自動閉塞,站內采用ZPW-2000A電碼化,股道有效長1 700 m,正線60 kg/m 12號SC330外鎖閉道岔。下面以新恩鐵路大牛地站的典型軌道區段為例,研究軌道電路器材的合理配置。典型軌道區段布置見圖2。

圖2 大牛地站1-5DG軌道區段設備布置示意

3.2.1 軌道區段概況

(1)該軌道區段為一送兩受區段,帶一個無受電分支,帶扼流,有電碼化。

(2)經供電專業計算,該站電化區段正線鋼軌內最大牽引電流900 A,側線為400 A。

(3)圖2中分支長度L為絕緣節至道岔岔心或岔心至岔心的距離,各分支長度見表2。

表2 軌道區段分支長度

3.2.2 設備選型分析

設備布置見圖2,該軌道區段為電碼化區段,應采用400 Hz鐵芯的扼流變壓器和軌道變壓器。根據軌道電路類型情況,軌道電路可參考《鐵路信號維護規則》附錄二電氣化區段25 Hz相敏軌道電路調整的附表2-16的要求,見表3。

表3 軌道電路調整

97型25 Hz相敏軌道電路適用于牽引電流小于800 A,不平衡電流小于60 A的軌道區段,同時維規中又明確了舉例軌道區段所屬類型的分支長度≤120 m的要求。舉例車站最大牽引電流達到900 A,個別軌道分支長度超標(L2=170 m)。97型25 Hz相敏軌道電路通用圖冊中的通用器材將無法滿足本站需求。為使軌道電路可靠工作,可以參考大秦、包西等萬噸重載鐵路,使用97型25 Hz相敏軌道電路的改進器材,以滿足現場實際需求。

3.2.3 軌道電路器材選型

(1)對于主要受鋼軌內最大牽引總電流影響的軌道器材,可參考大秦鐵路軌道器材。

①扼流變壓器：正線選擇BE1-1000/25型,側線選擇BE1-600/25型。可以滿足正線最大牽引電流1 000 A、側線最大牽引600 A的需求。

②扼流適配器：可以選擇BES4型。根據新恩鐵路信號設計標準,本站不設扼流適配器。

③變阻器：Rx選擇4.4/630型變阻器,Rs正線選擇4.4/630型,側線可選擇2.2/220型變阻器。4.4/630型變阻器電阻4.4Ω,最大電流可達12A。2.2/220型變阻器電阻2.2Ω,最大電流10A。

④其他

接收器：根據新恩線信號設計標準,選擇二元二位繼電器作為軌道電路接收器。

熔斷器：R1,R3選擇10A型,R2選擇1A型。

防護盒：選擇HF4-25型。

空扼流補償器：本區段不設空扼流補償器。

(2)軌道變壓器的選型與牽引電流大小和軌道分支長度有關。為滿足舉例軌道區段的特殊需求,可采取兩個方案。

方案1：改變現有軌道電路布置方案,在1號道岔和5號道岔之間的適當位置增加一個絕緣節,將1-5DG分解成2個軌道區段,使各軌道區段分支長度滿足維規要求。軌道變壓器選型僅受大牽引電流影響,可參考既有大秦鐵路軌道變壓器,選擇BG4-220/25型軌道變壓器。

方案2：維持舉例區段軌道電路布置,為滿足大牽引電流的要求,軌道變壓器需滿足通過電流12 A,為滿足分支長度超標的要求,軌道變壓器需滿足最大輸出電壓22 V。目前符合上述要求的軌道變壓器即將在包西鐵路上應用,該類型軌道變壓器已經研發成功,不過產品型號還未正式公布。本區段可參考包西鐵路軌道變壓器的選型。

4 結語

97型25 Hz相敏軌道電路雖然目前已經在全路廣泛的應用,但是仍處于不斷完善的過程中,在進行軌道

電路設計時,在滿足《鐵路信號設計規范》、《97型25 Hz相敏軌道電路圖冊》、《鐵路信號維護規則》等文件要求的同時,還應該根據軌道電路現場的條件,參照既有已運營鐵路中成熟應用軌道電路器材,進行合理配置,同時在選用《97型25 Hz相敏軌道電路圖冊》所列之外的軌道電路器材時,還應注意向施工單位和維護部門提供相應的軌道電路調整表,確保軌道電路的正常使用。

[1]TB10007—99,鐵路信號設計規范[S]．

[2]鐵運[2006]127號,鐵路信號維護規則[S]．

[3][通號(99)0047]1999,中華人民共和國鐵道部標準圖《97型25 Hz相敏軌道電路圖冊》[S].

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