25Hz相敏軌道電路非正常紅光帶分析及處理研究

李天

（山東濟鐵工程建設集團有限公司，山東濟南，250000）

0 引言

軌道電路作為鐵路信號基礎設備，主要由電源屏、變壓器、電阻器、繼電器等器件組成，在控制列車運行中發揮重要作用。非正常紅光帶是軌道電路常見故障，其故障誘因較為復雜、應急處理難度較大，需結合具體故障類型與特征進行針對性處理措施的編制，為列車運輸秩序及安全提供保障。

1 軌道電路構成與工作原理

25Hz相敏軌道電路由電源屏、阻抗聯接變壓器、軌道變壓器、阻流電阻器、繼電器、防護盒、鋼軌及接續線等設備與器材組成（軌道電路構成及工作原理如圖1所示），其中電源屏為25Hz，阻抗聯接變壓器構成牽引電流的回歸通路，軌道變壓器用于調節軌道電壓，鋼軌可作為傳輸通道[1]。在工作原理上，由軌道變頻器和局部變頻器分別負責向軌道電路、繼電器局部電路供電；依據不同軌道電路的類型、長度進行送電端軌道變壓器的設置，并在受電端匹配相應的繼電變壓器、阻抗聯接變壓器等，保證牽引電流順利通過，并發送25Hz軌道信息；選取二元二位繼電器安裝在軌道上，將防護盒兩端并接在繼電器軌道線圈上，形成中心頻率為50Hz的并聯諧振電路；在送電端設置2.2Ω電阻，既能夠起到限流作用，在軌道電路送電端軌面發生短路的情況下保護送電電源和變壓器不被燒毀，同時也可以提高軌道電路分路靈敏度。

2 非正常紅光帶故障原因及處理方法分析

25Hz相敏軌道電路非正常紅光帶的故障誘因大體包含三種類型：其一是軌道電路開線或線間絕緣損壞故障；其二是信號設備或器材老化、損耗；其三是牽引電流不平衡或電氣化干擾。對此結合典型故障案例進行故障查找與處理措施的探討：

■2.1 軌道電路開線或線間絕緣損壞

當全站軌道區段、一個咽喉或一束軌道電源的所有區段同時發生紅光帶故障時，應檢查電源屏是否出現故障、各束軌道電源有無電壓輸出，并區分各區段的送電端、受電端是否共用同一電纜，排查是否因電纜斷線引發紅光帶故障。當相鄰兩區段出現非正常紅光帶現象時，應檢查分界處的絕緣有無脫落、破損問題，并查看兩相鄰阻抗聯接變壓器回流線與中性連接板的連接情況，利用封連線進行短接處理，直至無異常問題。當某一單獨區段出現非正常紅光帶時，應結合軌道電路線路分支端的具體設備情況進行區分，例如針對一送多受區段，需查看各分支軌道繼電器是否均被吸起，針對區段定型組合中軌道繼電器等接點處的工作狀態進行分析，并分室內、室外兩種情況進行具體探討[2]。

圖1 25Hz相敏軌道電路的基本構成及工作原理

■2.2 器材老化或損耗

2.2.1 故障區段是否正在發碼

在單個區段發生非正常紅光帶現象時，需判斷該區段是否正在發碼，例如當信號開放后，正線接發車的直進直出進路上某一區段或股道突然出現紅光帶，則說明故障區段均發碼。當判斷故障區段非正在發碼區段時，應以分線盤作為故障排查依據，選取MF-14萬用表針對故障區域受電端進行測量。當測得交流電壓保持在正常范圍內時，可初步判斷故障原因為軌道電路相位角調整不當或繼電器局部軌道線圈側發生故障。在測得電壓數值異常時，需甩線測量電纜側電壓值，當測得電壓值約為40V時，可推斷出室內設備出現故障；當測得電壓值偏低且掛上軟線后仍無法將軌道繼電器吸起時，可推斷出室外設備出現半短路或半開路故障；當測得電壓值為零時，需檢測室內送電端有無電壓送出，在測得有電壓送出時說明故障點位于室外，倘若未測得電壓則還需通過甩線測量進行故障判定。

2.2.2 室內設備故障

其一是開路故障，當觀察到軌道繼電器未被吸起時，需分別測量繼電器3號、4號線圈處的電壓。當測得電壓值低于正常數值時，可推斷出繼電器3號、4號線圈出現斷線問題；當測得電壓值約為正常數值的1/2時，可初步推斷為防護盒出現開路故障；當測得線圈電壓約為正常數值的1/3時，其故障原因多為硒堆過電壓擊穿；當測得線圈電壓為正常數值，且在1號、2號線圈局部測到有110V電壓時，通常故障原因為繼電器局部線圈開路或出現機械卡阻故障等；當在3號、4號線圈處未測到電壓值時，說明故障原因可能為由分線盤到繼電器段的局部線圈短接線斷開或出現短路故障[3]。

其二是短路故障，在處理短路故障時應將防雷硒堆或防護盒上的配線依次斷開，測量軌道繼電器3、4號線圈處的電壓數值，當發現某線圈處的電壓值突然增大，說明該處對應的器件出現故障。

其三是局部回路出現斷相故障，對此需分別測量軌道繼電器3、4線圈的電壓值是否正常，測量局部1、2線圈處是否出現110V電壓，并針對組合側面端子到繼電器處的配線是否連接正常進行檢查。

2.2.3 室外設備故障

開路故障通常包含以下三種情況：其一是送電端出現開路故障，需分別檢查抗流線塞釘與鋼軌眼有無松動或銹蝕問題、抗流線與鋼軌連接是否存在虛接問題；測量送電端電纜端子處是否出現220V電壓，倘若未測得電壓說明可能存在電纜斷線問題；測量變壓器一次側是否存在電壓，倘若未測得電壓說明可能存在配線斷線情況；隨后測量變壓器二次側是否有電壓輸出，倘若未檢測到電壓輸出則推斷為變壓器自身出現故障或存在接頭松動、封連線斷線問題；測量阻抗聯接變壓器信號圈處有無電壓，當未測得電壓時說明可能存在電纜斷線問題；測量阻抗聯接變壓器牽引圈處有無電壓輸出，倘若未測得電壓說明可能變壓器自身出現故障。其二是受電端出現開路故障，需檢測受電端軌面電壓值是否保持在正常范圍內，并依次測量信號圈、牽引圈電壓值，針對塞釘是否出現松動、銹蝕等問題進行核查；當測得軌面電壓值與牽引圈處保持一致，且信號圈處未測得電壓輸出時，說明故障原因為阻抗聯接變壓器出現斷線問題；當測得信號圈電壓值保持在正常范圍內時，需分別測量變壓器一次側、二次側的電壓值，并針對各部位端子、封連線連接狀況進行檢查，判斷是否為軌道變壓器內部出現故障，完成故障排查。其三是軌道電路出現開路故障，需沿鋼軌逐段測量軌面電壓值，將電壓值突變點或區段定義為開路點及開路區段。

短路故障同樣分為三種情況：其一是送電端出現短路故障，需檢查鋼軌引接線、中性連接板間的封連線連接情況，利用鉗形電流表進行抗流線處的檢測，倘若未檢測到感應電流需將阻抗聯接變壓器的信號圈端子配線拆下，倘若在電纜處測得電壓值，說明故障原因為變壓器線圈出現短路問題；倘若未檢測到電壓，則需判斷電纜線間絕緣是否出現損壞問題。其二是受電端出現短路故障，其故障查找步驟與送電端基本一致，需注意判斷軌道變壓器二次側處是否能夠測到電壓值，倘若未測到電壓值說明可能存在電纜線間絕緣損壞問題；倘若測得電壓值，需將二次側配線重新連接，并針對變壓器一次側進行檢測，當未檢測到電壓時說明變壓器內部出現故障。

■2.3 牽引電流不平衡或電氣化干擾

牽引電流不平衡將導致受電端變壓器一次側電壓出現異常升降問題，導致防雷硒堆被擊穿，軌道繼電器落下，造成紅光帶故障，在故障排查過程中需著重圍繞鋼軌引接線、接續線等部位進行檢查，判斷是否出現斷線、虛接等問題；當因機車升弓、啟動等因素導致牽引電流急劇升高，加之回流不暢引發牽引電流不平衡問題時，易造成信號圈、保險等燒毀問題，對此需注意檢查回流線是否存在虛接現象等，并完成故障處理。

3 故障診斷及應急處置措施優化

■3.1 模糊神經網絡模型

引入FNN模型進行25Hz相敏軌道電路紅光帶故障問題的診斷（如圖2所示），選取繼電器局部電壓、軌道電壓與相位角3項特征參量輸入系統中，系統輸出5種故障類型，其中紅光帶故障包含道砟電阻過低、電源電壓偏低以及防護盒斷線三種情況。系統輸入層、輸出層節點數量分別為3個和5個，輸出值區間范圍為[0,1]，經由仿真實驗計算出隱含層神經元共包含16個。接下來進行模型訓練，分別選取180組樣本作為學習樣本、20組樣本作為預測樣本，將動量常數、學習速率分別設為0.95和0.01。通過觀察訓練結果可知，該模糊網絡的收斂速度較快，經由1359次迭代后達到目標精度，能夠為25Hz相敏軌道電路的故障診斷提供技術支持。

圖2 模糊神經網絡模型結構示意圖

■3.2 故障應急處置措施

通常在鐵路不同區段現場設有移頻表，故障檢修人員可獲取到不同點位的電壓、電流數值，經由數值比較實現對室內外故障點的有效區分，減少因甩錯線等情況引發的作業風險。在室內故障排查與處理環節，可利用移頻表進行受電端電壓、電流數值的測量，通過比較接點前后電壓變化完成故障發生位置的定位，并且注意將故障處理情況、故障成因等信息在行車設備檢查登記簿上進行詳細標明，借此有效節約后續上道檢查時間，進一步提高故障排查與處理效率。

4 結論

總體來看，25Hz相敏軌道電路是保障列車行車安全的關鍵設備，在處理非正常紅光帶問題時需將計算機采集數據與模糊神經網絡模型相結合，通過數據分析與對比實現對室內外故障的有效判斷區分，并且在上道前做好絕緣測試檢查與線路固定處理，安排專人負責開展日常巡視檢查工作，及時更換、維修老舊設備、受損設備，配合故障應急處置方案的編制，更好地為行車安全提供保障，提高鐵路運輸生產效能。