低道床電阻軌道電路傳輸分析及解決方案

王保松

ZPW-2000A軌道電路具有運行穩定、可靠性高、安全性能良好、適應性強的特點,可基本滿足各種環境下鐵路線路運營需求。但因道床電阻過低導致的“空閑紅光帶”已成為當前ZPW-2000A軌道電路中存在的典型故障,特別是在道床污染較為嚴重的地區,“空閑紅光帶”故障進一步限制了ZPW-2000A軌道電路的發展應用［1］。

為此,本文以大秦重載鐵路為例,結合軌道電路結構特點及現場實際應用情況,系統地分析了道床電阻影響因素及其對軌道電路傳輸性能的影響,提出一種可有效解決大秦重載鐵路及其他相關道床在電阻較低情況下產生“空閑紅光帶”的方法,并對該方法進行可行性探討。

1 低道床電阻故障現狀及故障機制分析

根據《太原鐵路局信號設備電氣特性測試管理辦法》（太鐵電〔2016〕603號）文件要求,2020年2月,大同電務段對管內大秦重載9 568個軌道電路進行全面標調整治,截至2020年3月1日,確定軌道電路道床漏泄大區段共計910個,占比約9.5%,分析結果見圖1。其中,圖1（a）為故障數量與區段長度的關系,可以看出,在0～300 m、300～1 200 m及1 200～2 100 m等3個區間長度內故障數均出現峰值,其中300～1 200 m區間內故障數量相對集中；圖1（b）為故障數量與故障原因的關系,表明道床漏泄原因有道床煤渣污染、土道床、卸土、土道床專用線、彎道、煤專線、道口排水不暢、煤面污染及雨雪天漏泄等。進一步對0～300 m、300～1 200 m及1 200～2 100 m等3個區段內道床漏泄故障原因進行分析,發現在300～1 200 m區段內除道床煤渣污染外,土道床與卸土等原因也占有一定的比例。

圖1 大同電務段軌道電路道床漏泄區段統計分析

眾所周知,鋼軌主要通過扣件、絕緣墊片等固定在軌枕上,絕緣墊片主要起到絕緣作用,可大幅降低鋼軌漏泄程度,提高道床電阻,增加軌道電路電信號傳輸效能。當大量煤渣在道床堆積,甚至超過軌腰時,遇到雨雪或者防凍液等導電體滲透到煤渣粉體之間,就易形成大量導電通道,造成鋼軌固定裝置中絕緣墊片失效,最終導致道床電阻變小,當軌道電路電信號通過時便造成“空閑紅光帶”［3?4］。該故障一旦發生,難以短時間消失,給列車安全運行帶來安全隱患。

2 低道床電阻故障解決方案

由于道床煤渣污染引起的道床漏泄故障概率較大,且易造成大面積線路故障,因此急需采取有效措施加以改進。目前通常采取的措施主要包括［5］:①在設計階段做好區段長度合理劃分及線路環境保障；②做好線路維護,按照相關規定進行專線整治,并提出將計軸設備與現有ZPW-2000A軌道電路系統疊加應用,充分發揮各自優勢,形成一套性能優越、安全可靠的鐵路信號系統。

計軸設備是利用安裝在鋼軌上的傳感器,記錄經過列車輪對數目,以實現軌道區間占用空閑檢查,具有與道床關聯較小,不受道床電阻變化影響的特點,可彌補現有ZPW-2000A軌道電路存在的缺陷,解決低道床電阻工況下軌道區間的占用/空閑檢查。但在現場直接安裝計軸設備勢必增加成本,特別是信號傳輸所用電纜成本的增加,則會進一步限制計軸疊加ZPW-2000A軌道電路系統的應用推廣。

本文提出一種基于共纜傳輸技術的計軸疊加軌道電路系統,即在原有ZPW-2000A軌道電路基礎上,通過共纜傳輸方式疊加一套計軸設備,充分利用計軸設備環境適應好、安全可靠性高的特點,與原ZPW-2000A軌道電路系統形成優勢互補,以徹底解決道床漏泄故障問題。

圖2為采用共纜傳輸技術的計軸疊加軌道電路系統示意圖。通過設置室內、外隔離裝置,可有效避免計軸和ZPW-2000A軌道電路間的信號互相干擾。軌道區段兩側計軸傳感器產生的信號,分別經過室外隔離裝置,與對應側軌道電路實際電纜進行疊加,如圖2所示,計軸傳感器A、B分別與軌道電路發送側、接收側實際電纜進行疊加,計軸信號最終經過室內隔離裝置,進入計軸主機進行分析判斷。這種在現有軌道電路共纜疊加計軸的方式,可減少電纜成本,同時降低鋪設電纜生成的施工成本。

圖2 基于共纜傳輸技術的計軸疊加軌道電路系統示意圖

參照《計軸加軌道電路應用技術要求（暫行）》中技術要求,將ZPW-2000A軌道電路繼電器與計軸繼電器設置為并接方式。當道床電阻還未降低時,軌道電路繼電器及計軸繼電器均為吸起狀態,即顯示該區段為空閑；當道床電阻降低至0.3～0.5Ω·km時,軌道電路按調整表0.5Ω·km進行一次調整［6］。此時雖未有列車經過,但軌道繼電器仍然落下,即為“空閑紅光帶”,而計軸繼電器因未檢查到列車經過,處于吸起狀態。由于2套子系統繼電器為并接方式,所以最終顯示該區段為空閑狀態。該疊加系統中,計軸完成區段占用檢查功能,ZPW-2000A軌道電路完成機車信號上碼功能。

3 計軸共纜疊加軌道電路系統現場試用

圖3為計軸共纜疊加軌道電路系統在大秦重載線大同電務段袁樹林站內試用情況。其中室內部分有計軸主機、室內隔離裝置及計軸繼電器等,見圖3（a）；室外部分則包括安裝在鋼軌上的計軸傳感器和裝配在計軸室外機柜中的隔離裝置,見圖3（b）。

圖3 計軸共纜疊加軌道電路系統現場試用情況

疊加系統運轉室操作盤可以顯示計軸及軌道電路系統的工作狀態。當計軸與軌道電路工作狀態不一致時,可通過蜂鳴報警器及報警燈進行報警。依據《計軸加軌道電路應用技術要求（暫行）》《計軸加軌道電路運用維護要求（暫行）》《計軸加軌道電路調整表》等文件要求,該操作盤可實現計軸及軌道電路的一鍵切換操作,即當道床電阻滿足軌道電路運轉標準時,可使用軌道電路獨立進行信號控制,并保持計軸設備處于正常工作狀態；當道床電阻降至0.3～0.5Ω·km時,在確認軌道電路“主軌入電壓”低于預警門限或出現“紅光帶”后,電務值班人員應與工務部門共同對設備進行檢查,待工務確認無斷軌安全隱患后,由車站值班員先確認該區段無車,再根據調度命令采用人工導入方式,由軌道電路轉為計軸加軌道電路工作模式［7］。需要說明的是,在導入之前,需按照調整表0.5Ω·km對軌道電路進行一次調整；電務人員確認道床電阻恢復到滿足軌道電路運用標準時,通知車站值班員確認該區段無車后,根據調度命令采用人工導出方式,切換回軌道電路獨立工作模式。

2020年10月?2021年3月期間,袁樹林站共計出現6次軌道電路空閑紅光帶故障,計軸共纜疊加軌道電路系統均成功實現占用空閑檢查,表明該計軸共纜疊加軌道電路系統運行穩定良好,符合預期,可解決長期困擾大秦重載鐵道線路的道床漏泄引起的“空閑紅光帶”問題。

4 結論

以大秦重載鐵道線路為例,對該線大同電務段內道床漏泄區段進行分析,并提出有效解決低道床電阻軌道電路故障的方法。計軸共纜疊加軌道電路系統通過在袁樹林站的實際應用,表明基于共纜技術形成的計軸疊加軌道電路系統,可解決大秦重載鐵道線路,或其他低道床電阻引起的“空閑紅光帶”故障。