摘要：国内站内电气化区段以25 Hz相敏轨道电路为主，非电气化区段以480轨道电路为主，分路不良导致的列车占用检查无法实现已成为全路的重大安全问题。通过对不良导电层的研究分析，确定了基于轨道电路以提高轨面电压击穿不良导电层为技术突破方向，提出解决方案并对比研究。

关键词：分路不良；3 V；高压脉冲；击穿

1 概述

站内轨道电路分路不良的原因是钢轨表面存在不良导电层，致使轮对与钢轨接触电阻异常，列车占用时无法对轨道电路形成电气短路，列车占用检查无法实现，存在进路提前错误解锁、道岔中途转换造成挤岔、脱线事故；列车尾部未出清时，错误显示道岔区段空闲引起侧面冲突事故等隐患。

2 原理分析及研究

2.1 现场分路不良区段恒定压力击穿试验

对分路不良程度大致可作如下分类：列车分路前后电压变化小于5 V为分路残压低；列车分路前后电压变化大于5 V为分路残压高；列车分路前后电压几乎没有变化为分路无反应。

1） 试验方法

对不良导电层的击穿电压，会受钢轨表面作用压力的影响，对钢轨表面施加24.5 kN的恒定压力。如图1所示。

在该电路中，通过测量标准电阻上的电压计算出电流值，被测对象的阻抗模值等于该电流值除以电压值，采用1 Ω的标准电阻，U1等于电路中电流值，如图2所示。

持续不断升高电压，当电压升高到一定值后，不良导电层电特性发生变化，电流急剧增加。连续实时记录介质层两端和标准采样电阻上的两个电压值（该电压值与通道内的电流等量），能够得到介质层的特性变化曲线。测试电路原理如图3所示。

2.2 数据分析及主要技术指标

如图4所示，氧化膜具有击穿特性，电压在一定范围内电流很小， 相应电压、电流比值较大，当电压超出该范围达到一定值后，电流会突然增大，发生击穿后，电流持续增大，坐标曲线斜率变缓，电阻值降低；对于不良导电介质，不发生突变击穿，但因为持续不断增大电流，导致阻值下降。对图4的坐标变换为“电流—电阻”关系后，如图5所示。

2.3 短路电流与分路电阻的确定

存在于轨面的氧化层具有击穿特性，在发生击穿前，阻抗值从数十欧到上百欧不等。发生击穿后，电流增大，电阻下降，但轨道电路分路灵敏度无法采用0.06 Ω，因为无法使分路电阻下降到该值。确定分路灵敏度的关键就是确定接触电阻所能达到的最低值。

实验结果表明，不良导电层的击穿状态影响分路电阻的确定，即通过轮对的短路电流影响分路电阻的确定，电流小，电阻大；电流大，电阻小。不良导电层击穿后，电流阻抗变化的曲线随着电流的不断增加，电阻值呈现下降的趋势，如图6所示。

多组数据全部集中于一起，根据上方轮廓选取，如图7所示。

由于分路电阻量的确定取决于短路电流，为保证有效分路，要求短路电流的量大于烧结该电阻需要的电流量。短路电流、分路灵敏度这对因素要一并考虑选取。

根据测试数据确定如下指标：

25 Hz相敏轨道电路，分路灵敏度0.25 Ω，最不利短路电流4 A，该指标同样适用于其他波形连续的轨道电路系统。

多特征脉冲轨道电路，分路灵敏度0.15 Ω，最不利短路电流20 A。

3 解决分路不良的系统方案对比

3.1 相敏轨道电路（UI型）

解决分路不良必须提升轨道电路功率，在设计中考虑对功率的优化，最大范围的利用既有设备，方案中尽量降低传输中信号角度的偏移，不新增相位调整设备。

提高钢轨受电端阻抗，能够解决利用既定分路灵敏度和实现钢轨轨面最低电压的要求，在方案设计过程中，轨道电路中既有的扼流设备可以利用。

对既有轨道电路的改造，综合考虑技术方案的有效、现场施工便利、造价成本低廉三方面因素。

3.1.1 技术方案指标要求

1）轨道电路分路灵敏度达到0.25 Ω；最小短路电流为4 A。

2）受电端轨面电压达到3 V时，室内接收器落下。

3）轨道电路长度：400 m（0.6 Ω· km） 、1 200 m（1.5 Ω·km）。

4）最大消耗功率：80 W（<300 m）、165 W（≤1 200 m）。

5）送受电端扼流变压器与外部设备有连接时，符合断轨检查要求。

6）改进后的系统在牵引回流10%不平衡状态下，可以正常工作。

3.1.2 现场施工便利

1）电码化系统正常运行，不受改造影响。

2）与既有轨道电路室内外设备的接口无障碍对接，最大程度节约改造天窗点时间。

3）一次调整的说明清晰易懂，便于实现。

3.1.3 造价成本低廉

1）室外送受电端扼流利用既有。

2）全部接收端轨道变压器利用既有。

3）短区段送电端轨道变压器利用既有。

4）室内相敏接收器或电子接收盒利用既有，返还系数≥90%。

5）电码化隔离设备原则上利旧，室内调整变压器容量不足时需更换。

3.2 GZ-2007A型多特征脉冲轨道电路

GZ-2007A型多特征脉冲轨道电路，系统技术条件关键点如下。

1）牵引电流600 A、不平衡电流60 A；

2）室内集中方式供电的制式下，电缆长度≤1.0 km；

3）轨道电路长度为800 m（0.6Ω·km）时，长度为1 050 m（1 Ω·km）时；

4）最小轨面电压≥20 V或≥80 V；

5）最小短路电流：≥20 A；

6）一段的轨道电路所消耗的功率在40～140 W之间；

7）系统的返还系数≤40%。

3.3 GZ-2007A型25 Hz相敏轨道电路

GZ-2007A型25 Hz相敏轨道电路是针对新建站场及线路所开发的新型制式，系统技术条件关键点如下：

1）牵引电流1 000 A、不平衡电流100 A；

2）室内集中方式供电的制式下，电缆长度≤3.0 km；

3）轨道电路长度为650 m（0.6 Ω·km）时；长度为1 200 m（1.5 Ω·km）时；

4）最小轨面电压：≥3 V；

5）最小短路电流：≥4 A；

6）分路灵敏度：0.25 Ω；

7）一段轨道电路所消耗的功率不大于150 W；

8）系统的返还系数≤80%。

4 结论

25 Hz相敏轨道电路（UI型）分路不良解决方案，接收端轨面电压不小于3 V（与电子接收器落下值相对应），接收器返还系数不小于90%，具有安全可靠、简单有效、易于改造的特点。

GZ-2007A型多特征脉冲轨道电路分路不良解决方案，轨面电压可达到20、80 V，进一步扩大解决分路不良的覆盖范围；采用多种脉冲频率、电子接收器波头/波尾比人工设置和软件处理方式，可解决瞬间电化干扰闪红问题，提高系统安全可靠性。

GZ-2007A型相敏轨道电路分路不良解决方案，采用电子化系统设计，在解决分路不良上与“UI型”有相同的效果。GZ-2007A型相敏轨道电路抗干扰测试达到100 A不平衡电流，系统构成简化了电码化器材，便于轨道电路调整。

上述3种解决方案均可用于电化和非电化区段，满足机车信号电码化要求，符合相关标准，轨道电路有良好的绝缘破损防护功能，满足轨道电路一次调整的使用要求。

来源： 铁路通信信号工程技术 作者：王文龙（北京北信丰元铁路电子设备有限公司 ）