關于軌道電路道床電阻若干問題的探討

耿 燕

(中鐵第六勘察設計院集團有限公司，天津 300308)

1 概述

目前，全路的道床分有砟和無砟兩種，有砟道床的軌下基礎為石質散粒，即碎石，無砟道床則采用混凝土整體基礎代替有砟道床的碎石基礎。道床電阻是指單位長度(1 km)軌道電路中，由一根鋼軌經過軌枕、道床到另一根鋼軌的漏泄電阻，又稱道砟電阻，單位為Ω·km，其影響著鋼軌中軌道電路信號的衰減。在我國南方的部分鐵路線路上，橋梁、隧道較多，加上氣候潮濕，都能造成道床電阻接近最小值，嚴重影響軌道電路的正常工作。為保證軌道電路穩定可靠地工作，提高軌道電路的工作質量，應盡可能的提高道床電阻值。

2 道床電阻的組成

道床電阻的大小取決于扣件系統、絕緣墊板、軌枕、道砟的絕緣性能，其絕緣性能越好，則道床電阻值越大，否則，道床電阻值越小。其中，扣件系統包括鋼軌彈條，軌枕螺栓，擋板座及預埋套管。

有砟道床上單根軌枕的組成如圖1所示，斜線陰影區域均為絕緣材料。根據道床電阻的定義，單位長度的道床電阻即為1 km長度內所有單根軌枕絕緣電阻的并聯，也就是說，道床電阻取決于每一根軌枕的絕緣電阻情況。

圖1 道床結構示意圖Fig.1 Schematic diagram of track bed structure

無砟道床與上圖的區別是其中的道砟變成整體混凝土塊。

3 道床電阻對軌道電路的影響

軌道電路是將鋼軌作為其傳輸通道的一種軌道電路，送端設備將軌道電路信號送至兩根鋼軌，經過一段長度鋼軌的傳輸，受端設備對軌道電路信號進行接收。道床電阻越小，軌道電路信號在鋼軌中傳輸時衰減越大，受端設備接收到的軌道電路信號越小。

從以上分析來看，道床電阻值低對軌道電路的調整狀態不利，容易產生“紅光帶”故障，但對軌道電路的分路狀態有利，不容易產生分路不良問題。

另外，軌道電路的極限長度與道床電阻有關。道床電阻越低，軌道電路極限長度越短，不利于工程應用。

當軌道電路道床電阻低至一定程度時，站內為＜0.6Ω·km，區間為＜1.0 Ω·km，需要對道床進行改善，以提高道床電阻值。

4 道床電阻的相關規定

關于道床電阻的最低值，各類標準規范都進行了相應的限定。

TB 1445-1982《軌道電路參數》中2.2條規定如表1所示。

TB 10007-2017《鐵路信號設計規范》中4.2.5條規定，確定軌道電路的工程設計長度時，最低道床電阻的取值應符合下列規定。

表1 道砟電阻標準值Tab.1 Standard values of ballast resistance

客貨共線鐵路

1) 站內有砟軌道不應大于0.6 Ω·km；

2) 區間有砟軌道不應大于1.0 Ω·km。

高速鐵路、城際鐵路

1) 有砟軌道不應大于2.0 Ω·km；

2) 無砟軌道不應大于3.0 Ω·km。

以上條款指出信號專業在設計軌道電路長度時，道床電阻取值過高，則在鐵路現場可能出現軌道電路無法調整的問題。

4.2.6 條規定，道床電阻低于0.5 Ω·km，不宜單獨采用軌道電路。該條規定表明了軌道電路對道床電阻的最低極限要求，否則，軌道電路將肯定不能可靠工作。

原鐵道部發布的《無砟軌道條件下ZPW-2000系列軌道電路傳輸特性關鍵參數技術條件（暫行）》（鐵科技[2006]188號文）中3.2條規定，軌道電路的道床電阻不小于3 Ω·km。該條規定對無砟道床的最小道床電阻做了限定。

5 影響道床電阻的因素

根據本文第2節的介紹，道床電阻與扣件系統、絕緣墊板、軌枕、道砟的絕緣性能有關，這里一一進行說明。

5.1 扣件系統

扣件系統中鋼軌彈條和軌枕螺栓為金屬材料，其與鋼軌直接接觸。擋板座和預埋套管為絕緣材料，將鋼軌彈條、軌枕螺栓與軌枕隔離。因此，擋板座和預埋套管的性能是否失效直接對道床電阻產生影響。

另外，扣件系統中積累的碎石、淤泥、油污也會導致道床電阻下降。

5.2 橡膠墊板

橡膠墊板將鋼軌與軌枕隔離，其絕緣性能的失效將導致兩根鋼軌之間的絕緣性能減小，道床電阻隨之降低。

5.3 軌枕

軌枕分木枕與混凝土枕兩種。木枕在干燥時，兩根鋼軌之間的電壓差并不能使其具備導電性能，但潮濕后導電，導致道床電阻減小。混凝土有一定的導電性。混凝土本身不是絕緣體，屬于不良導體，其導電性能隨著濕度增大而增加，不利于道床電阻的提高。

5.4 道砟

對于有砟道床，碎石的的主要成分是二氧化硅，本身不導電。對于無砟道床，由于其主要成分是混凝土，其導電性能與混凝土枕一樣，這里不再贅述。

5.5 其他

粉塵在潮濕條件下具有導電性，因此，不論是軌枕、碎石還是混凝土道床，其在積累粉塵且潮濕后，都會對道床電阻產生不利影響。

鐵銹具有導電性，鋼軌生銹后產生的鐵銹碎屑散落在道床上，也會導致道床電阻減小。

道床的排水性能也是非常關鍵的因素，排水性能差，則道床電阻變差。

道砟與鋼軌應保持一定距離，更不能接觸。

6 道床電阻的測試方法

目前道床電阻的測試方法主要有開路短路法、雙短路法、估算法3種。這里就3種方法的原理、優點、缺點進行說明，為現場提供指導意見。

6.1 開路短路法

開路短路法的測試是在送電端用三電壓表法分別對受電端開路阻抗Zk和受電端短路阻抗Zd進行測試。根據測試結果，計算出特性阻抗Zc和傳輸常數r，然后計算出道床電阻。測試示意如圖2所示。

開路短路法的優點是測試結果比較準確，缺點是只能對機械絕緣節的軌道電路進行測試，測試地點需提供電源條件。

6.2 雙短路法

圖2 開路短路法測試示意圖Fig.2 Schematic diagram of open circuit and short circuit test

雙短路法的測試是在軌道電路中間進行測試，用三電壓表法分別測試對稱L長度的短路阻抗和對稱2×L長度的短路阻抗，然后根據兩個短路阻抗計算出特性阻抗Zc和傳輸常數r，最后計算出道床電阻。測試示意圖如圖3所示。

圖3 雙短路法測試示意圖Fig.3 Schematic diagram of double short circuit test

雙短路法的優點測試結果準確，對電氣絕緣節和機械絕緣節軌道電路的道床電阻均可測試，缺點是在短路范圍內（4×L）不能有補償電容或其他軌旁設備，測試地點需提供電源條件。

6.3 估算法

估算法的原理是根據均勻傳輸線理論，對軌道電路進行建模，根據送電端的電壓，不斷改變道床電阻，計算出送電端的電壓。當計算出的送電端的電壓與實測值最接近時，該次計算所用的道床電阻即為當前軌道電路的道床電阻估算值。

估算法的優點是只需要對送電端電壓和受電端電壓進行測試即可，并且對電氣絕緣節和機械絕緣節軌道電路的道床電阻均可測試，缺點是測試結果不如上述兩種測試方法準確。

7 道床電阻的改善措施

針對鐵路現場道床電阻偏低或不達標的情況，通過以下措施，道床電阻可以得到改善。

1) 檢查軌道電路中扣件系統的擋板座和預埋套管是否有破損、絕緣性能失效，扣件系統中是否有淤泥、油污、碎石等，有則進行更換和清理。

2) 可能的條件下，將扣件系統中與鋼軌接觸的金屬件更換為絕緣件，增加二次絕緣。

3) 對絕緣性能不滿足要求、破損、丟失的橡膠墊板更換和增加。

4) 檢查軌枕的絕緣性能是否滿足要求，不滿足則進行更換。

5) 檢查道床是否干凈，對存在粉塵積累、油污、鐵銹碎屑的道床進行沖洗，保持道床干凈。

6) 對于有砟道床，碎石必須與軌底保持一定距離。

7) 檢查道床的排水性能，嚴禁存在翻漿現象，否則，應督促工務專業對道床進行清篩、搗固。

8 結束語

鐵路現場維護人員掌握影響道床電阻的因素及合理的改善措施，配合對道床電阻進行正確的測試，可以為軌道電路提供好的道床條件，較高的道床電阻，保證軌道電路的可靠工作。