轻车跳动影响调度集中正常使用的解决方案

赵晓风

（长春市轨道交通有限责任公司，长春 130061）

1 问题的提出

长春轻轨一期工程于2001年5月27日开工建设，2002年10月30日建成试运营。线路全长约14 km，设有17座车站，其中1座高架站，其余均为地面站。为了响应国家关于轨道交通建设尽量选用国产化设备的号召，长春轻轨一期工程信号系统全部采用国产化设备。信号系统包括调度集中系统、6502电气集中系统和自动站间闭塞系统。其中，站内和区间轨道电路均采用了25 Hz微电子相敏轨道电路。全线每200～300 m设置一个轨道区段。

运营初期发现，当车辆行驶过程中，特别是跨越轨道区段绝缘节时，经常出现轻车跳动现象,在控制台和调度集中系统工作站界面上表现出红光带闪动现象，如图1所示。2 G、4 G为相邻两个轨道区段，列车由4 G向2 G方向运行。车占用4 G后，4 G显示稳定红光带，当车运行在2 G和4 G轨道电路绝缘节处，2 G红光带就时现时无，接着2 G又出现稳定红光带。工作站上自动跟踪的车次号丢失，由调度集中系统实时绘制的运行图无法保持连续性。为保证行车安全，值班员只能手动排列接发车进路，调度集中系统的自动排列进路、列车按计划运行等功能均无法实现。

2 原因分析

针对运营中出现的轻车跳动现象，进行了多方面的观察。根据综合分析，产生轻车跳动的主要原因有以下几点。

（1）25 Hz微电子相敏轨道电路的分路灵敏度为0.06 Ω。长春轻轨车辆为提高运行平稳度，减小轮轨磨耗，其轮对由弹性车轮和空心车轴组成。弹性车轮由轮箍、轮心、压圈、锥形橡胶圈等组成，轮心与轮箍间仅有3根软线导通。空心车轴减轻了车轴自重，使车辆运行更加平稳，但车轮与车轴的结合强度稍差，车辆运行过程中易发生轮轴间松弛现象。当车辆在钢轨上运行时，轮对的综合分路电阻大于0.06 Ω，有的车辆为0.2 Ω左右，使轨道电路难以分路。特别是车辆运行在轨道电路绝缘处时，由于前后轮对跨在两个轨道电路区段，分路电阻增大。当分路残压达到12 V以上时，轮对失去分路，WXJ25型微电子相敏接收器就有DC 24 V电压输出，使其执行继电器GJ（JWXC-1700安全型继电器）吸起。当轮对完全进入前方区段（图1中2 G）时，车辆分路电阻减小，WXJ25型微电子相敏接收器无DC 24 V电压输出，执行继电器GJ落下，表现在控制台和调度集中系统工作站界面上是红光带闪动，即所谓的“轻车跳动”现象。

（2）轻轨运营的特点是昼行夜停，因而轨面容易形成绝缘层。特别是雨天，夜间有10 h停运，轨面极易生锈，次日清晨前几次车运行时，分路不良，经常发现轻车跳动现象。

（3）车辆运行在曲线段，由于外轨超高，加上速度快时，车辆分路状态不良，也容易出现轻车跳动现象。

（4）轻轨的轨道电路区段较短（小于350 m），当轨道电路电压过高，即WXJ25型微电子相敏接收器轨道输入电压（端子73、83端电压）超过26 V时，在上述3种情况下，更容易出现分路不良，由于残压过高，使GJ不落下或落下后又吸起。

3 解决“轻车跳动”的方案

经过反复实践，先后采取了以下4种方案。

（1）固定电阻，限制电压。

送电端限流电阻固定在4.4 Ω，不允许变动；受电端限流电阻固定在2.2 Ω。WXJ25型微电子相敏接收器轨道输入电压限制在18～22 V之间。

（2）与车辆部门协调，减小轮对分路电阻。

对轻车跳动现象严重的车辆轮对进行改造。把弹性车轮的轮心与轮箍间连接软线的根数由3根增加至5根，使轮心与轮箍间导通良好，减小轮对分路电阻，提高分路灵敏度。

上述两项方案实施后，轻车跳动现象减少了，但仍未彻底解决。我们又组织了机关单位的工程技术人员深入研究后，实施了第三和第四种方案。

（3）增加25 Hz微电子相敏轨道电路的执行继电器GJ的复示继电器GJF，GJF采用缓吸电路。

1）缓吸电路接线方式及工作原理

25 Hz相敏轨道电路工作原理如图2所示，其执行继电器GJ的复示继电器GJF的缓吸电路如图3所示。GJF的1-2线圈和3-4线圈反向并联使用，线圈端子1、4并接在GJ的接点42上；GJF的第4组接点串接在4-3线圈回路中，即GJF接点43与线圈端子3相连，接点41、42分别与RC回路的电容（C）、电阻（R）相连；R与C的另一端与GJF的1-2线圈端子2并接在KF电源上。GJ、GJF均采用的是JWXC-1700安全型继电器，当它的前后线圈按照“1、3端子相连接电源正极，2、4端子相连接电源负极”的并联方式使用时，流经两线圈的电流产生的磁通方向相同，磁通共同作用产生的电磁力克服了衔铁机械力，衔铁吸起，动接点与前接点闭合，继电器吸起。当GJF的线圈按图3所示方法相连时，在轨道电路调整状态下，GJ吸起，GJF吸起；当有车占用时，GJ落下，GJF落下；当车辆出清轨道区段时，GJ吸起，DC 24 V电压作用于GJF缓吸电路，电容充电电路接通。充电电路为：KZ→GJ接点41→GJ接点42→GJF的4-3线圈→GJF接点43→GJF接点41→电容C→KF，此时，流经GJF的4-3线圈的电流i1（t）方向由4至3，同时流经GJF的1-2线圈的电流i2（t）方向由1至2。这时，由于流经前后线圈的电流产生的磁通方向相反，磁通相互抵消，GJF不能吸起。i2（t）的大小不变；随着电容电压Uc（t）逐渐增加，其值变化如图4所示；i1（t）由大逐渐减小，其值变化，如图5所示。当电容充电时间t=t1时，流经GJF线圈的总电流为i（t1）（其中i（t1）＝i2（t）-i1（t1））达到一定安匝数时，由于磁通作用产生的电磁力克服了衔铁机械力，GJF衔铁吸起，动接点与前接点闭合，其后接点43切断电容充电回路，电容充电结束，由此达到了GJF缓吸的目的。电容充电时间t1即为GJF的缓吸时间。GJF吸起后，已充电电容C开始在RC回路中放电，放电回路为：电容C正极→GJF接点41→GJF接点42→电阻R→电容C负极。

注：①零状态响应是在零初始状态下，由在初始时刻施加于电路的输入所产生的响应。

2）缓吸时间计算

因为GJF常态总是在吸起状态，因此，可以认为在GJF落下前，电容两端的电压Uc已经在RC回路中放电完毕，即Uc（0-）=0，由于电容电压不能跃变，在车辆出清轨道区段接通电容充电回路的瞬间，电容端电压仍为0，即Uc（0+）=0。满足电路零状态响应概念①。根据零状态响应相关计算公式得电容端电压 Uc（t）=Us（1-e-1/RCt)，t≥ 0，其中RC称为时间常数，通常用τ来表示，当R以Ω为单位时，C以F为单位时，RC的单位为s。

根据对GJF缓吸电路原理分析，我们认为，当t=t1时，流经GJF线圈的总电流i（t1）达到一定数量安匝时，GJF吸起；也就是GJF线圈的端电压达到其工作值，即16.8 V时，GJF吸起。在电容充电过程中，GJF的1-2线圈的电压为24 V，要使GJF的线圈电压达到16.8 V，加在GJF的4-3线圈 的 反 向 电 压 U4-3（t1）=24-16.8=7.2（V）；电容 端 电 压 Uc（t1）=24-U4-3=24-7.2=16.8（V）。根据公式 Uc（t）=Us（1-e-1/RCt)，其中 Us=24 V，R=1 700/2=850（Ω），C=1 000 uF=1×10-3F，t=t1，那么，16.8=24（1-e-1/RCt1)，t1=-RCln0.3 ＝1.02 s。因此，理想状态下，该电路的缓吸时间为1.02 s。通过现场观察，GJF的缓吸时间大约为1 s左右。

3）缓吸电路适用范围

信号电路设计遵循的主要原则是“故障-安全”。上述缓吸电路采用的是电解电容（型号为CD15-1 000F-50 V），其使用寿命受端电压、工作温度等影响较大。当电路中混入高电压（如信号常用的DC/AC 220 V电压）时，电容将被击穿，GJF将始终处于落下状态。当缓吸电路发生断线故障时，缓吸电路将不起作用。有关资料说明，电解电容的使用寿命与工作温度成反比关系，温度每提高10℃，寿命将缩短一半，当它接触或靠近发热元件时，很快会失效。电解电容工作的不可靠性，将给行车安全带来隐患。因此，在6502有关联锁电路中应采集GJ的接点条件和非联锁电路及调度集中与6502接口电路采集GJF的条件，从而使调度集中系统更加稳定可靠地工作，保证了行车安全。

（4）修改调度集中系统软件，增加GJF落下表示光带延时时间

通过在25 Hz微电子相敏轨道电路的执行继电器GJ的复示继电器GJF的电路中增加缓吸电路的方法，经一段时间现场观察，轻车跳动问题基本解决，保证了行车安全。为使调度集中系统车次号跟踪、实时运行图和自动排列进路等功能更好地实施，又修改调度集中系统软件，将无岔区段的GJF落下表示光带时间延时1.5 s，实际运用效果良好。

4 结束语

25 Hz微电子相敏轨道电路在长春轻轨的应用，是城市轨道交通中采用铁路传统轨道电路设备的尝试。针对运营过程中出现的轻车跳动问题，通过技术手段进行改造，使其工作更加稳定可靠。在设备日常维护过程中，努力消除设备（主要是电容）工作的不利因素，定期进行阻容元件测试，发现工作不良，立即更换。电容不靠近发热元件，保证机械室温度保持在10～24 ℃左右。通过日常精心维护，保证工作可靠性，延长其使用寿命。

[1]李瀚荪．电路分析基础（3版）[M]．北京：高等教育出版社，2006.

[2]湘潭电机股份有限公司．Q6W-1型70%低地板轻轨车简明培训手册.