鐵路信號軌道電路介紹及故障分析

王衛(wèi)國

摘 要：鐵路信號軌道電路是鐵路運行控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)備之一，對保障鐵路運輸安全與暢通發(fā)揮著重要的作用。軌道電路可以監(jiān)督檢查某一區(qū)段內(nèi)的線路是否有車占用，并能檢查該區(qū)段內(nèi)的鋼軌是否完整，通過軌道電路可以將地面信號傳輸給機車，進而為列車運行提供條件。鐵路信號現(xiàn)場工作人員在日常作業(yè)中會遇到各種各樣的軌道電路故障現(xiàn)象，軌道電路故障導(dǎo)致的信號升級顯示會危及行車安全，軌道電路故障較長延時，會對鐵路運輸效率產(chǎn)生消極影響。文章對鐵路信號軌道電路的作用、組成、分類和基本原理進行研究。結(jié)合日常工作經(jīng)驗和現(xiàn)場所處理的各類故障，并對故障進行分析，對于預(yù)防故障發(fā)生和及時處理故障具有積極意義。

關(guān)鍵詞：鐵路安全；軌道電路；故障處理

中圖分類號：U284.2 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）03-0121-03

Abstract： Railway signal track circuit is one of the basic equipment of railway operation control system， which plays an important role in ensuring the safety and smooth flow of railway transportation. The track circuit can supervise and check whether the line in a certain section is occupied by a vehicle， and can check whether the rail in the section is complete or not. Through the track circuit， the ground signal can be transmitted to the locomotive， thus providing conditions for the train operation. Railway signal field workers will encounter various phenomena of track circuit failure in their daily operations. The signal upgrade caused by track circuit failure will endanger traffic safety， and the track circuit fault will have a long delay. Will have a negative impact on railway transport efficiency. In this paper， the function， composition， classification and basic principle of railway signal track circuit are studied. According to the daily work experience and all kinds of faults dealt with on the spot， it is of positive significance to prevent the occurrence of the faults and deal with the faults in time by analyzing the faults.

Keywords： railway safety； track circuit； trouble shooting

1 軌道電路的作用、組成及分類

1.1 作用

中華人民共和國鐵道行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《軌道電路通用技術(shù)條件》TB/T2852-2015中軌道電路定義為：利用鐵路線路的鋼軌作為導(dǎo)體傳遞信息，實現(xiàn)區(qū)段空閑和占用檢查的電路系統(tǒng)。

鐵路信號軌道電路通過絕緣節(jié)（電氣絕緣節(jié)或者機械絕緣節(jié)）將軌道電路劃分為不同的區(qū)段，軌道電路的工作狀態(tài)有：正常占用、故障占用、失去分路、出清等。在站內(nèi)電碼化區(qū)段和自動閉塞區(qū)間一般根據(jù)軌道電路的工作狀態(tài)結(jié)合其他技術(shù)手段處理（例如區(qū)間邏輯占用檢查手段）可以反映該軌道電路區(qū)段是否正常，有無列車占用。

1.2 組成

導(dǎo)體：軌道電路的導(dǎo)體部分包括：鋼軌、鋼軌接續(xù)線、25Hz軌道扼流連接線、ZPW-2000A軌道調(diào)諧引接線等。

鋼軌絕緣：25Hz相敏軌道電路軌道絕緣一般采用機械絕緣，ZPW-2000A型軌道電路一般采用電氣絕緣節(jié)。需要說明：站內(nèi)一離去和三接近區(qū)段屬于站內(nèi)與區(qū)間的交界，一般采用機械絕緣節(jié)。

送電端設(shè)備包括：軌道電源（無論站內(nèi)還是區(qū)間軌道電路一般均由特定的電源屏模塊進行供電）、變壓器（扼流變壓器，軌道變壓器/匹配變壓器）、熔斷器、防雷等。

受電端設(shè)備包括：扼流變壓器、軌道變壓器、限流電阻、匹配變壓器、調(diào)諧單元、空心線圈、防雷、防護盒、接收器、繼電器等。

1.3 軌道電路的分類

本文將按照站內(nèi)軌道電路和區(qū)間軌道電路分別進行介紹。站內(nèi)著重介紹25Hz相敏軌道電路，區(qū)間介紹ZPW-2000A型無絕緣移頻自動閉塞軌道電路。

2 25Hz相敏軌道電路工作原理

25Hz相敏軌道電路工作電壓頻率為25Hz，與供電牽引電壓（50Hz）頻率不同。通過不同的頻率將軌道電源與供電牽引電源加以區(qū)分，提高了抗干擾能力。25Hz相敏軌道電路電源屏供電輸出軌道電源和局部110V電源。局部電源直接給二元二位繼電器局部線圈供出110V電壓。軌道電源經(jīng)由軌道電源屏送至分線盤，分線盤通過室外電纜送至軌道送端XB箱盒，經(jīng)過軌道電路送端軌道變壓器、扼流變壓器的降壓和限流電阻限流等后將軌道電源電壓信號送至送端鋼軌，經(jīng)鋼軌傳輸，軌道電壓信號到達軌道電路受端，經(jīng)過扼流變壓器、軌道變壓器的升壓后，通過電纜將軌道電路受端電壓信號送回機械室分線盤。而后經(jīng)過組合架軌道電路受端電壓到達二元二位繼電器的軌道側(cè)線圈。25Hz相敏軌道電路二元二位繼電器正常工作需要滿足以下幾個條件：（1）局部電壓正常110V；（2）軌道電壓正常（有效電壓不低于15V）；（3）相位角滿足條件，局部電壓超前軌道電壓90度。這三個條件都滿足后軌道區(qū)段二元二位繼電器可以正常工作。正常情況無車占用軌道區(qū)段二元二位繼電器吸起，表示軌道區(qū)段正常，有車時二元二位繼電器落下，表示有車占用。

3 ZPW-2000A型無絕緣移頻自動閉塞軌道電路工作原理

ZPW-2000A型無絕緣移頻自動閉塞軌道電路與站內(nèi)25Hz相敏軌道電路不同，主要由主軌道電路和29m調(diào)諧區(qū)小軌道電路兩部分組成。除與站內(nèi)交界處，區(qū)間ZPW-2000A型無自動閉塞軌道電路一般采用電氣絕緣節(jié)，站內(nèi)三接近與一離去區(qū)段采用機械絕緣節(jié)。ZPW-2000A發(fā)送器根據(jù)電路編碼產(chǎn)生的移頻電壓信號經(jīng)過站內(nèi)橫向、縱向防雷，室內(nèi)通過衰耗器，電纜模擬網(wǎng)絡(luò)盤將移頻信號送至室外發(fā)送端，室外發(fā)送端經(jīng)過匹配變壓器和調(diào)諧單元后移頻信號分別向主軌道和小軌道傳輸。移頻信號通過主軌道到達本區(qū)段的接收端，而后經(jīng)電纜將移頻信息傳輸至室內(nèi)接收器。本區(qū)段的29m調(diào)諧區(qū)小軌信息由下一區(qū)段的接收器接收后送回至下一區(qū)段的接收器，經(jīng)過下一區(qū)段接收器處理后，將處理后的XGJ、XGJH信息送至本區(qū)段的接收器。區(qū)間ZPW-2000A軌道電路的接收器既接收本區(qū)段的主軌道信息又要接收相鄰區(qū)段的小軌道信息。ZPW-2000A軌道電路在主軌道電路正常，并且XGJ、XGJH電壓正常的情況下驅(qū)動GJ吸起，表示該區(qū)段軌道電路正常。ZPW-2000A軌道電路正常工作時，區(qū)間空閑GJ吸起，有車占用GJ落下。

4 軌道電路的常見故障分析

本文將對站內(nèi)25Hz相敏軌道電路和區(qū)間ZPW-2000A型無絕緣自動閉塞軌道電路故障分別進行介紹。

4.1 25Hz相敏軌道電路一般故障分析

25Hz相敏軌道電路故障分析一般要區(qū)分是發(fā)碼區(qū)段故障還是非發(fā)碼區(qū)段故障。故障處理時需要注意檢查是否是電碼化區(qū)段發(fā)碼干擾。排除電碼化干擾后，發(fā)碼區(qū)段和非發(fā)碼區(qū)段故障處理思路大致類似。

4.1.1 25Hz相敏軌道電路發(fā)碼區(qū)段故障

電碼化區(qū)段發(fā)生故障時。應(yīng)該判斷故障區(qū)段是否正在發(fā)碼，如果故障區(qū)段正在發(fā)碼，故障處理時，必須考慮電碼化電路發(fā)碼的干擾。電碼化區(qū)段，股道區(qū)段為占用發(fā)碼，正線區(qū)段為預(yù)疊加發(fā)碼。電碼化區(qū)段發(fā)碼時，軌道電路的通道上既有25Hz軌道信息，又有電碼化發(fā)碼信息。區(qū)段故障處理時應(yīng)排除電碼化區(qū)段發(fā)碼干擾。

（1）站內(nèi)電碼化區(qū)段（股道，屬于占用發(fā)碼）發(fā)生故障后，為避免電碼化干擾應(yīng)斷開室內(nèi)電碼化區(qū)段發(fā)碼發(fā)送器。因為電碼化發(fā)送器有主備發(fā)送器和+1發(fā)送兩種模式，處理故障時斷開主發(fā)送器同時將備用發(fā)送器或者+1發(fā)送器也斷開。

（2）正線電碼化區(qū)段軌道電路發(fā)送故障時，該故障區(qū)段發(fā)碼電路也在工作，在處理正線區(qū)段故障時必須考慮占用發(fā)碼和預(yù)發(fā)碼的干擾。相應(yīng)故障區(qū)段的發(fā)送器均應(yīng)斷開。正線區(qū)段故障（預(yù)疊加發(fā)碼）在軌道電路傳輸通道上既有25Hz軌道電路信息又有電碼化信息，在處理故障時如果斷開發(fā)碼電路發(fā)送器不方便，也可以用具有頻率選擇功能的移頻在線測試記錄表（CD-96Z）進行測試，測試時注意卡鉗I、II側(cè)的選擇，應(yīng)選擇25Hz檔位進行測試。

發(fā)碼區(qū)段在排除電碼化干擾后，后續(xù)故障處理和非發(fā)碼區(qū)段思路一樣。

4.1.2 25Hz相敏軌道電路非發(fā)碼區(qū)段故障

（1）電源供電引起的軌道電路故障

如果某站多個軌道電路區(qū)段同時故障，重點檢查是否是電源供電引起。一般電源屏模塊故障會導(dǎo)致多個區(qū)段紅光帶。如電源屏軌道主備模塊故障，由該模塊提供電源的所有區(qū)段均會故障，軌道電源屏模塊局部110V電壓超標(biāo)也會導(dǎo)致多個區(qū)段故障。多個區(qū)段故障，確認(rèn)故障區(qū)段均由一束電源供電時，重點檢查電源屏。

（2）軌道相位角變化引起的故障

97型25Hz相敏軌道電路相位角應(yīng)滿足軌道超前局部（87±8度）的標(biāo)準(zhǔn)，如果軌道相位角不符合要求，有可能導(dǎo)致GJ落下。在處理軌道相位角變化引起的故障時，必須判斷是由于相位角不符合標(biāo)準(zhǔn)引起的故障時方可進行相位角標(biāo)調(diào)。處理時嚴(yán)禁盲目調(diào)整相位角，堅決杜絕由于軌道電壓變化導(dǎo)致相位角不符合標(biāo)準(zhǔn)而進行軌道相位角標(biāo)調(diào)。室外帶適配器的25Hz軌道電路區(qū)段如果相位角無法實現(xiàn)標(biāo)調(diào)，需要結(jié)合適配器一起調(diào)整。相位角故障一般發(fā)生在施工改造或者檢修更換扼流引接線時上反長短扼流引接線而引起。

（3）判斷故障點是在室內(nèi)還是在室外

在區(qū)分室內(nèi)外故障時，首先需要判斷室內(nèi)送出的電壓是否正常，甩開送端電纜測試送端皮線，如果電壓正常，則可以確認(rèn)送端室內(nèi)設(shè)備正常，如果甩開送端電纜測試皮線電壓不正常，判斷為室內(nèi)送端發(fā)生故障，重點查找室內(nèi)送端間設(shè)備與電纜有無短路或者開路故障。排除室內(nèi)送端故障后，在分線盤受端進行測試，如果分線盤電壓正常，則可以確認(rèn)故障在室內(nèi)，按照室內(nèi)故障處理流程處理，重點查找分線盤到組合架之間電纜配線；如果分線盤電壓高于正常值，也可以確認(rèn)故障發(fā)生在室內(nèi)，按照室內(nèi)故障處理流程處理；如果分線盤電壓低于正常值，需甩線繼續(xù)測試，甩開分線盤皮線后測試，若電壓正常或者高于正常值，則故障點在室內(nèi)，按照室內(nèi)故障處理流程處理；若甩開皮線后電壓低于正常值或者為零，則故障發(fā)生在室外，按照室外故障處理流程處理。分線盤電壓測試是快速定位室內(nèi)外故障點的有效方法，在進行分線盤測試時，如果電壓低，不可盲目臆斷故障點，還需甩線判斷，才能確認(rèn)故障究竟發(fā)生在室內(nèi)還是室外。

（4）室內(nèi)設(shè)備故障處理方法

在分線盤測試電壓正常即可判斷為室內(nèi)故障，一般為室內(nèi)開路故障。處理室內(nèi)開路故障時需要順著分線盤到組合側(cè)面順次到達軌道二元二位繼電器的3-4線圈，順次測試從分線盤至二元二位繼電器之間配線間的電壓，電壓由有至無即為故障點。如果分線盤至二元二位繼電器之間線纜均正常，則需檢查二元二位繼電器本身是否正常，二元二位繼電器1-2線圈的局部110V電壓是否滿足條件。分線盤電壓無或者電壓值低于正常值，甩開軟皮線后分線盤電壓正常，也可判斷為室內(nèi)故障，一般為室內(nèi)短路故障，室內(nèi)短路故障需要進一步甩線處理，順次甩開從分線盤至二元二位繼電器之間配線，然后測試電壓，電壓由無至有即為故障點。

（5）室外設(shè)備故障處理方法

分線盤甩開皮線測試回樓電壓低于正常值即可判斷故障發(fā)生在室外。確定為室外故障時，首先在送端XB箱進行測試，測試室內(nèi)送出的電壓有無，電壓無，檢查分線盤至送端XB箱之間的電纜。在處理室外軌道電路故障時盡量攜帶軌道電路故障診斷儀。處理室外故障時用軌道電路故障測試儀在送端軌面進行測試，如果流經(jīng)鋼軌的電流高于正常值，可以判斷室外送端至受端存在短路故障，順著鋼軌用軌道電路測試儀進行測試，重點關(guān)注軌道電路故障測試儀測試電流突變地點，電流由大突變到小時，檢查兩條鋼軌之間是否存在短路線，關(guān)注工務(wù)軌距桿，電務(wù)引接線等有無破損引起的兩軌條短路。軌道電路故障測試儀測試流經(jīng)鋼軌的電流低于正常值，則判斷室外存在開路點。處理室外開路需用萬用表順次從送端往受端進行測試，電壓由有到無為開路故障點。

4.2 ZPW-2000A型無絕緣移頻自動閉塞系統(tǒng)的故障處理分析

ZPW-2000A型區(qū)間軌道電路發(fā)送、接收設(shè)備均設(shè)有安全可靠的冗余功能，設(shè)備相對穩(wěn)定，故障率低。在發(fā)生故障時有冗余功能的設(shè)備一般不需要重點考慮（有冗余功能的設(shè)備主用發(fā)生故障，會倒+1或者備用，兩者同時發(fā)生故障的概率很低），重點考慮通道和無冗余功能的設(shè)備。當(dāng)然具有冗余功能的設(shè)備之間發(fā)生故障也需排除，如果主備之間或者+1之間無法正常切換，主用設(shè)備發(fā)生故障，也會造成區(qū)段紅光帶。

4.2.1 一般移頻故障報警，但是設(shè)備正常工作時故障處理方法

ZPW-2000A型無絕緣移頻軌道電路的發(fā)送、接受設(shè)備都有冗余備用設(shè)備，所以一般ZPW-2000A型移頻軌道電路發(fā)送器或者接收器故障時，控制臺會有語音報警信息，微機檢測和電務(wù)維修機也會有相應(yīng)的報警信息，對于這類“故障”，不會影響正常行車。但是報警反饋除正在使用的設(shè)備存在故障，需要進行處理。發(fā)送器故障一般會倒+1，接收器故障會倒備用接收器。這種情況通過查看微機檢測的ZPW-2000A實時值中主備發(fā)送器、接收器的工作指示就可以快速定位故障點。同樣，如果是發(fā)送器故障，該發(fā)送器正常工作指示燈亮紅燈，+1發(fā)送器工作指示燈點亮。

對發(fā)送：檢查電源、載頻、低頻編碼條件、功出電壓等，當(dāng)+1發(fā)送工作正常，可更換新發(fā)送器。

對接收：檢查電源、輸入電壓（主軌道、小軌道）等，并機如果可保證GJ正常工作，則該接收器故障，可更換新接收器。

4.2.2 ZPW-2000A型無絕緣移頻自動閉塞系統(tǒng)發(fā)送通道故障時處理方法

ZPW-2000A型無絕緣移頻軌道電路發(fā)送通道即指由發(fā)送器經(jīng)過電纜模擬網(wǎng)絡(luò)盤，經(jīng)過電纜模擬網(wǎng)絡(luò)盤的橫向和縱向防雷，然后將電源送至室外的匹配變壓器，通過匹配變壓器變壓后將電壓送至鋼軌這條通道。發(fā)送通道故障時，反映在控制臺上就是該發(fā)送通道控制的軌道區(qū)段紅光帶。所以，一般單個區(qū)段紅光帶故障時，重點考慮發(fā)送通道故障。

判斷小軌道條件。首先到故障區(qū)段的前一區(qū)段衰耗器“軌出2”測試本區(qū)段的小軌道信息。如果小軌道電壓正常，則排除由于小軌道條件不滿足引起的紅光帶故障；如果小軌道電壓為零或者低于正常工作值，則需查找小軌道區(qū)段是否發(fā)生斷軌，補償電容是否正常，電容與鋼軌的連接釘接觸是否良好。（如果是進站3接近區(qū)段，不存在小軌道電路。不考慮小軌道電路工作條件）

在送端分線盤測試送端電壓是否正常。如果分線盤電壓正常，證明發(fā)送通道室內(nèi)設(shè)備正常，重點查找分線盤到室外發(fā)送通道設(shè)備電氣特性有無異常。然后測試送端匹配變壓器E1E2和V1V2端子電壓，若E1E2電壓低于正常值或者為零，則說明分線盤至室外匹配變壓器之間存在虛斷或者開路故障；若E1E2和V1V2端子電壓正常且送端軌面電壓也正常，則說明故障點在送端軌面至受端軌面之間。

如果分線盤無電壓，先甩開室外電電纜再測試。如果甩開室外電纜仍然分線盤無電壓，此時初步判斷該故障點為室內(nèi)故障，重點查找發(fā)送器經(jīng)電纜模擬網(wǎng)絡(luò)盤、衰耗器等至分線盤之間的線纜存在開路故障。如果甩開室外電纜仍然分線盤有電壓，則故障點在室外，然后甩開匹配變壓器的E1E2端子，測試室內(nèi)送至送端匹配變壓器的E1E2的電纜有電壓，電纜有電，初步判斷匹配變壓器一次短路；甩開匹配變壓器的E1E2端子，測試室內(nèi)送至送端匹配變壓器的E1E2的電纜無電壓，則說明室內(nèi)分線盤至室外送端匹配變壓器之間線路短路。

4.2.3 ZPW-2000A型無絕緣移頻自動閉塞系統(tǒng)接收通道故障處理方法

ZPW-2000A型無絕緣移頻軌道電路接受通道既接受本區(qū)段的主軌道信息又要接受相鄰區(qū)段的小軌道信息。如果接收通道故障，一個區(qū)段主軌電壓無，該區(qū)段的前一區(qū)段小軌電壓無（XGJ 24V電壓無）。這種情況一般反映在控制臺上是相鄰兩個區(qū)段紅光帶（3接近區(qū)段除外）。對于這種情況，為快速處理故障，建議首先到列車運行的前一區(qū)段的分線盤進行測試。通過對分線盤電壓的測試可以快速判斷故障屬于室內(nèi)故障還是室外故障。如果分線盤有電，則故障位于室內(nèi)，重點查找室內(nèi)電纜模擬網(wǎng)絡(luò)盤、衰耗器和接收器；如果分線盤無電，則故障位于室外，重點查找室外接收端電纜、匹配變壓器、調(diào)諧單元等。

5 結(jié)束語

軌道電路是鐵路信號的重要組成部分，對于保障鐵路運輸安全意義重大。對于鐵路信號軌道電路故障的處理，主要是故障處理思路的建立，故障處理時熟練的處理思路是建立在對軌道電路基本工作原理的熟知和現(xiàn)場大量實踐之上。為更好的應(yīng)對鐵路信號軌道電路故障的應(yīng)急處置，要求我們必須以現(xiàn)場實際情況為根本，夯實理論基礎(chǔ)，密切注重理論聯(lián)系實踐。在實踐中總結(jié)經(jīng)驗，提高自身對設(shè)備故障處理水平。

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