淺談軌道電路分路特性的影響因素及改善措施

覃 燕

1 概述

軌道電路是檢查鐵路線路上有無列車、傳遞列車占用信息，以及實現地面與列車間信息傳遞的電路。它以鋼軌作導體，利用車列金屬車輪對兩根鋼軌短路引起接收端軌道電路信號降低的原理，實現對列車的占用檢查。車輪對鋼軌短路可以用分路電阻來表示，分路電阻由車輪與鋼軌的輪軌接觸電阻和車輪輪軸電阻2部分構成，如圖1所示。輪軸電阻值基本恒定，而輪軌接觸電阻值由車輪與鋼軌的接觸情況決定，受鋼軌表面清潔度、車輪踏面清潔度和車輪與鋼軌的接觸位置等因素影響。

圖1 分路電阻的組成

近年來，我國鐵路建設快速發展，伴隨著鐵路運輸組織模式的變化和新型裝備的上線，一方面鐵路實施了戰略裝車點，關停了部分車站貨運業務，調車作業減少導致大量軌道區段長期不行車；另一方面，客貨分離的運輸組織模式，誕生了客運專線，客專使用CTC進行集中調度，車站內進路固定，站線運輸使用不對稱；再一方面，新型動車組投入使用，其更為穩定的車體結構使車輪對鋼軌磨耗降低，軌面的氧化層不能通過正常的行車磨損。上述原因都增加了軌道電路分路電阻增大的可能。2011年，鄭西、武廣、海南東環等多條客運專線，不同程度地暴露出在牽引供電系統的分相區降弓停電時出現分路不良的情況；更為嚴重的是2013年10月，京廣線許昌—臨潁間發生單機連續多區段失去分路情況，此后多線陸續發生多起單機失去分路的情況。分路不良問題對行車安全的影響已經不容忽視，尋找出軌道電路分路性能的影響因素，并有針對性地提出改善措施，是電務部門急需解決的問題之一。

2 典型案例及分析

軌道電路分路不良問題由來已久，這類問題早期一般為偶發，并且原因比較明確，多為軌面生銹、機車撒沙等外部因素引起。因此，一直沒有針對軌道電路分路性能影響因素進行過較為系統的分析研究。但是，隨著近年分路不良問題的增多，且外部因素也不夠明確，有必要對其他因素進行分析研究。下面針對3起典型案例逐一進行分析：

案例1：京廣線許昌至臨穎間單機失去分路

2013年10月21日13：49，52005次 “東風7G型”內燃單機在許昌至臨穎間的下行線路7649G、7661G、7675G、7689G、7701G、7713G、7847G、7859G等8個區段內，斷續失去分路；7727G、7739BG、7739AG、7753BG、7753AG、7767G、7781G、7793G、7807G、7821G、7833G等11個區段內，全區段失去分路。

10月26日，在許昌至臨潁間組織了單機的模擬運行試驗，再現了斷續失去分路的現象。

為了查清原因，電務部牽頭組織通號設計院、鄭州局和路內相關專家組成調查組，從以下4個方面進行了全面排查、測試和試驗。

1．外部迂回通道構成 “第三軌”。外部通道包括靜態外部通道和動態外部通道。靜態外部通道是指地面固定連接的回流線、橫向連接線及接地線（接入貫通地線），在鋼軌線路不平衡的條件下，構成第三軌；動態外部通道是指由前行、后續列車通過接觸網構成的回路，如圖2所示。

圖2 動態外部迂回通道示意圖

分別對7807G、7821G、7833G、7847G接收端空心線圈、臨潁X行進站BE、K786＋685吸上線處BE（回變電所）、7859G內橫向連接BE、7807G內K781＋490吸上線處BE、上行線側K786＋680吸上線處BE （回變電所）、S1LQ發送端空心線圈等，共計10個測試點的中心點電流波形進行測試與頻譜分析，均未測試到軌道電路信號特征的電流；又測試了左右線圈電流平衡性，電流均衡，未出現不平衡的情況。由此說明不存在靜態外部通道形成的 “第三軌”。

分析10月26日的試驗監測記錄數據試驗場景：在2列貨物大列間插入1個試驗單機；試驗單機在7727G停車后，前車繼續行進，并駛離本區間，而7727G的殘壓在單機倒行的時段內 （除斷開電纜時降為零以外）均穩定保持在60mV左右，說明單機殘壓與前車運行位置無關；試驗單機在7727G試驗完畢后，獨自前行，后車未動，直至單機駛離本區間，在7727G及后續區段中均出現殘壓波動，因此與后車運行位置無關。基于 “與前車運行位置無關”和 “與后車運行位置無關”的情況，可以說明不存在通過前后車輪經牽引變壓器連接到接觸網構成的動態外部 “第三軌”。

2．工頻及諧波干擾。根據10月26日試驗監測記錄數據，試驗單機在7727G停車時段，分別進行了斷接收端單根、雙根電纜及關閉發送器等試驗，無論是關閉室內發送器還是斷開接收端電纜，其殘壓均下降為零，且無波動；恢復電纜連接后殘壓恢復與斷開前一致；重新打開發送器后，殘壓再次出現。對比12月6、7日的軌旁接收端軌面電壓的波形頻譜，7727G信號殘壓不是干擾信號或工頻諧波干擾信號，而是其自身軌道電路信號。

3．軌道電路調整不當。經現場排查，軌道電路調整符合 《維規》要求。

4．輪軌接觸異常。在12月7日試驗中，試驗單機出現殘壓超標時，添乘人員要求單機停車，并下車對現場進行了調查：用手擦拭單機車輪，有明顯黑色物質附著，輪緣污濁；軌面有殘留的黑色物質附著；軌面踏面兩側存留很多黑色半液態粘稠狀物質，且明顯為新滴落，沿線路前行，長距離均存在。此物質為貨物列車的遺撒煤和抑塵劑的混合物，導致單機與鋼軌接觸出現異常而發生 “飛車”現象。

案例2：武廣高鐵動車組短時失去分路

2011年5月～7月，武廣線中繼6、赤壁北站區間相繼出現軌道電路短時失去分路現象，造成聯鎖漏解鎖、車次號丟失等故障。

經現場調查、數據分析、試驗測試，確定其原因是：軌面存在銹層薄膜，動車組在分相區內斷電惰行時，因無牽引電流擊穿銹層，分路電阻增加，使軌道電路的分路殘壓升高，出現瞬間失去分路。

案例3：京原線薛孤至原平間單機失去分路

2013年10月28日，京原線薛孤至原平間單機運行在4147G軌道區段時發生短時失去分路。

現場調查發現單機HXN5與軌面僅兩線接觸，接觸位置處于鋼軌的內邊緣，而鋼軌的內邊緣銹蝕嚴重，明顯屬于輪軌接觸異常。

3 影響因素歸納

根據軌道電路工作原理，可能導致軌道電路分路性能惡化的原因主要有2方面：①軌道電路的調整不規范，超標準調整導致區段電壓過高；②輪軌接觸異常，導致分路電阻值超標。

第一方面的原因屬于管理層面的問題，具體整治措施在下文中論述。

第二方面的原因屬于技術層面，涉及自然環境、運用環境、裝備特性、裝備材料、相關專業的維修作業影響、運輸組織、貨運組織、駕駛操作等諸多方面。綜合本文中的典型案例，并參考 《國際鐵路聯合會規程—為提高軌道電路分路靈敏度的措施》，輪軌接觸異常而導致分路不良的影響因素可歸納為3類18條，詳細如圖3所示。

圖3 分路不良因素圖

4 改善措施及整治

4．1 管理層面

嚴格規范管理日常軌道電路的調整與使用工作，按照調整表的規定進行調整；加強分路不良區段的日常檢查和測試，強化分路不良區段動態管理和分路殘壓試驗工作；做好分路不良區段標識并及時登記，及時處理并按規定組織行車。尤其是對既有線的分路不良區段，采取列車、調車車列或機車進行壓道或鋼軌打磨等措施。

本研究結果證實，Netrin-1、Kim-1為新生兒窒息后AKI發生的獨立影響因素，且兩者聯合檢測時預測AKI風險的價值較高，有利于及時制定治療方案，以改善預后。但本研究也存在局限性，如所納入病例為新生兒，窒息診斷存在主觀性，AKI評價標準因受研究范圍、版本更新等影響存在差異，且納入樣本數量較少。

除此之外，從TDCS和CTC設備層面增加列車占用丟失報警功能，提示行車調度人員采取相應的管理措施，以保障行車安全。

4．2 技術層面

輪軌接觸異常是導致產生分路不良的主要原因，18個影響因素在鐵路運輸中客觀存在，并且分路不良也是世界上采用軌道電路國家普遍遇到的技術難題。根據其特點，從2個方面采取措施。

4．2．1 從軌道電路技術方面

依據分路不良軌道區段的實際情況，分別采取了提高軌道電路軌面電壓，不對稱高壓脈沖軌道電路技術；軌面噴涂或熔敷堆焊等措施。從近幾年的實際運用效果看，基本達到了預期效果，尤其是客運專線的區間。

為了進一步提高客專ZPW－2000A站內一體化軌道電路的性能，在保留其技術優勢的前提下，充分發揮高壓不對稱脈沖信號對銹層擊穿的技術優勢，設備研制單位在成熟技術的基礎上，研制出了脈沖和移頻信號混合式的ZPW－2000A移頻脈沖軌道電路。

ZPW－2000A移頻脈沖軌道電路工作原理：移頻與脈沖信號疊加混合；接收設備同時處理脈沖信號和移頻信號，當2個信號均符合調整狀態條件時，才輸出軌道空閑；任意一個信號不符合調整狀態條件，均輸出軌道占用。技術特點：既保留了移頻信號在斷軌檢查、側線股道雙端回流和機車信號發碼等技術方面的優勢；也發揮了多特征脈沖信號在改善分路不良、分支并聯跳線部分缺失后的分路檢查和絕緣破損檢查等技術方面的優勢；尤其是利用了脈沖信號的頻率和極性特征，確保了軌道電路的絕緣破損和扼流引接線單側斷線等累積故障條件下，相鄰區段有車的軌道電路安全防護。

如圖4所示的場景，被竄回路有車占用后，如果絕緣破損和扼流變壓器鋼軌引接線斷線，導致F1脈沖信號的極性因區段有車占用而與F2極性一致，但是因其兩者脈沖頻率不同，因此，竄到被竄區段的信號無法錯誤動作其軌道繼電器。該制式軌道電路經長期現場試點站試用，使用單位反映良好，達到了預期的效果。

圖4 絕緣破損積累斷線故障條件下的安全防護

4．2．2 從信號系統技術方面

“區間邏輯順序占用檢查防護技術”，顧名思義，就是依照各軌道區段的先后位置關系，檢查列車 （或機車車輛）進入區間的邏輯順序先后占用、出清各軌道區段的防護技術。如果列車 （或機車車輛）在區間正方向運行至某一邏輯檢查區段并 “正常占用”后，該區段的軌道電路接收設備表示為空閑狀態，而其下一區段的軌道電路接收設備未表示區段占用時的情況，稱為 “占用丟失”。通過 “區間邏輯順序占用檢查防護技術”，實現了當正常運行列車出現占用丟失時的紅燈防護，從而提高了自動閉塞區間列車運行的安全性，改善了運輸應急處置方式，最大限度地降低了對運輸效率的影響。

總體要求：列車在自動閉塞線路運行，當在閉塞分區發生列車占用丟失時，其后方至少有一架信號機保持紅燈進行防護。隨著當前列車運行，信號系統按照邏輯關系順序檢查后，可對占用丟失的區間防護措施進行自動解除，后續列車可按照車載或地面信號機顯示正常運行。當因某種特殊情況，系統故障或不具備自動解除防護措施時，需使用區間解鎖按鈕按照規定程序進行人工解鎖。

實現原理：將原有直接利用軌道電路輸出作為軌道電路的狀態判定依據，修改為利用其軌道電路區段前、后的關聯軌道電路區段的占用出清順序和狀態變化關系，綜合判定本區段的軌道狀態。包含2個主要點：①軌道區段占用時，檢查其運行的后方區段狀態，以此判斷列車是否正常駛入本軌道區段；②軌道區段空閑時，檢查其運行的前方區段狀態，以判斷列車是否正常駛離本區段。

根據軌道電路的客專線列控中心編碼和普速線繼電編碼2種方式的不同，分別采取相應的技術措施，實現區間邏輯順序占用檢查防護。

1．列控中心編碼的邏輯順序檢查防護。客運專線在不影響既有TCC功能實現基礎上，在車站、中繼站原TCC軟件中增加軟件模塊。其技術要求如下。

1）TCC應采用相對獨立軟件模塊，實現區間占用邏輯檢查功能。

2）TCC以閉塞分區為區間占用邏輯檢查單位。

3）TCC應具備按區間配置占用邏輯檢查功能，區間兩端車站及區間內各中繼站的TCC應同時啟用占用邏輯檢查功能。

4）區間具備占用邏輯檢查功能時，TCC根據閉塞分區邏輯狀態，實現對區間發碼、點燈、方向電路控制等功能。

5）區間具備占用邏輯檢查功能時，TCC對列車正反向運行均能實現區間占用邏輯檢查功能。

6）TCC應將閉塞分區的邏輯狀態實時發送給CTC和集中監測。

7）TCC應將閉塞分區的正常占用、故障占用、失去分路按照正常占用狀態發送給CBI和TSRS。

8）區間不具備占用邏輯檢查功能時，TCC處理與現行技術條件保持一致。

2．繼電編碼的邏輯順序檢查防護。普速鐵路是在不影響既有區間自動閉塞電路功能的基礎上，通過修改局部邏輯電路設計實現的。其技術要求如下。

1）邏輯檢查電路應具有防護功能和報警功能。

2）邏輯檢查電路應以邏輯檢查區段為單元進行邏輯檢查。

3）正常運營場景下，邏輯檢查電路應能對自動閉塞區間進行邏輯檢查；各邏輯檢查區段的軌道電路接收設備動作時序不符合本技術條件時，邏輯檢查電路應能進行防護，60s后相關區段應輸出報警。

4）正常運營場景下，列車自邏輯檢查區段“占用丟失”時，邏輯檢查電路應進行防護；如該“占用丟失”持續60s，該區段應輸出報警；本區段報警后，若本區段或其下一區段正常占用，該報警應自動解除；本區段報警后，若其下一區段始終失去分路，該防護不得自動解除。

5）正常運營場景下，邏輯檢查電路進行區間邏輯檢查時，其安全性應不低于現行有關技術標準的規定。

下面以正常運營場景的區間繼電式邏輯檢查電路為例，簡要說明其邏輯。

如圖5所示，每個閉塞分區設置一臺記錄閉塞分區順序占用檢查繼電器JLJ（常態勵磁吸起），以b區段為例，電路原理如下。

列車順序占用上一閉塞分區 （aGJ↓）、本閉塞分區bQGJ↓時，bJLJ失磁落下；列車占用下一閉塞分區 （cGJ↓）且出清本閉塞分區 （bQGJ↑）后，bJLJ恢復勵磁并自閉。通過JLJ，完成對 “列車占用上一閉塞分區→占用本閉塞分區→出清上一閉塞分區→占用下一閉塞分區→出清本閉塞分區”的邏輯檢查。一旦出現JLJ落下不再吸起，證明列車在b分區占用后出現 “失去分路”，或在c分區出現 “完全失去分路”。在此情況下將bJLJ吸起條件納入bGJ勵磁電路，如圖6所示。

圖5 閉塞分區JLJ電路原理圖

圖6 GJ勵磁電路修改圖

由圖6可知，參與信號控制 （通過信號機點燈電路及閉塞分區編碼電路）的GJ勵磁條件，除需QGJ勵磁外，還需檢查本閉塞分區的JLJ亦處于勵磁狀態。進而實現列車 “占用丟失”防護功能。

5 結束語

經過幾年來全路電務人員認真不斷地開展整治工作，設備研制單位在現場調查、原因分析和措施制定上給予的大力支持，使得我國軌道電路的現場整治取得了一定的效果，為鐵路的安全運行提供了基本保障。但是，由于鐵路運輸的現場環境十分復雜，在未來應用中還會不斷暴露出新的問題，希望同仁繼續發揚實事求是的優良傳統，從裝備技術、系統技術層面開展更多的研究，為我國鐵路信號技術發展、鐵路裝備的不斷進步發揮更大的作用，做好鐵路安全運輸衛士的工作。

［1］ 阿·米·布列也夫，尤·阿·克拉夫錯夫，阿·伏·希師良柯夫 ．軌道電路的分析與綜合［M］．北京：中國鐵道出版社，1981．

［2］ UIC 737－2－2004．國際鐵路聯合會規程—為提高軌道電路分路靈敏度的措施［S］．2004．

［3］ 中華人民共和國鐵道部 ．鐵路通信信號技術標準［S］．（合訂本）．北京：中國鐵道出版社，2006