浅谈轨道电路分路特性的影响因素及改善措施

覃 燕

1 概述

轨道电路是检查铁路线路上有无列车、传递列车占用信息，以及实现地面与列车间信息传递的电路。它以钢轨作导体，利用车列金属车轮对两根钢轨短路引起接收端轨道电路信号降低的原理，实现对列车的占用检查。车轮对钢轨短路可以用分路电阻来表示，分路电阻由车轮与钢轨的轮轨接触电阻和车轮轮轴电阻2部分构成，如图1所示。轮轴电阻值基本恒定，而轮轨接触电阻值由车轮与钢轨的接触情况决定，受钢轨表面清洁度、车轮踏面清洁度和车轮与钢轨的接触位置等因素影响。

图1 分路电阻的组成

近年来，我国铁路建设快速发展，伴随着铁路运输组织模式的变化和新型装备的上线，一方面铁路实施了战略装车点，关停了部分车站货运业务，调车作业减少导致大量轨道区段长期不行车；另一方面，客货分离的运输组织模式，诞生了客运专线，客专使用CTC进行集中调度，车站内进路固定，站线运输使用不对称；再一方面，新型动车组投入使用，其更为稳定的车体结构使车轮对钢轨磨耗降低，轨面的氧化层不能通过正常的行车磨损。上述原因都增加了轨道电路分路电阻增大的可能。2011年，郑西、武广、海南东环等多条客运专线，不同程度地暴露出在牵引供电系统的分相区降弓停电时出现分路不良的情况；更为严重的是2013年10月，京广线许昌—临颍间发生单机连续多区段失去分路情况，此后多线陆续发生多起单机失去分路的情况。分路不良问题对行车安全的影响已经不容忽视，寻找出轨道电路分路性能的影响因素，并有针对性地提出改善措施，是电务部门急需解决的问题之一。

2 典型案例及分析

轨道电路分路不良问题由来已久，这类问题早期一般为偶发，并且原因比较明确，多为轨面生锈、机车撒沙等外部因素引起。因此，一直没有针对轨道电路分路性能影响因素进行过较为系统的分析研究。但是，随着近年分路不良问题的增多，且外部因素也不够明确，有必要对其他因素进行分析研究。下面针对3起典型案例逐一进行分析：

案例1：京广线许昌至临颖间单机失去分路

2013年10月21日13：49，52005次 “东风7G型”内燃单机在许昌至临颖间的下行线路7649G、7661G、7675G、7689G、7701G、7713G、7847G、7859G等8个区段内，断续失去分路；7727G、7739BG、7739AG、7753BG、7753AG、7767G、7781G、7793G、7807G、7821G、7833G等11个区段内，全区段失去分路。

10月26日，在许昌至临颍间组织了单机的模拟运行试验，再现了断续失去分路的现象。

为了查清原因，电务部牵头组织通号设计院、郑州局和路内相关专家组成调查组，从以下4个方面进行了全面排查、测试和试验。

1．外部迂回通道构成 “第三轨”。外部通道包括静态外部通道和动态外部通道。静态外部通道是指地面固定连接的回流线、横向连接线及接地线（接入贯通地线），在钢轨线路不平衡的条件下，构成第三轨；动态外部通道是指由前行、后续列车通过接触网构成的回路，如图2所示。

图2 动态外部迂回通道示意图

分别对7807G、7821G、7833G、7847G接收端空心线圈、临颍X行进站BE、K786＋685吸上线处BE（回变电所）、7859G内横向连接BE、7807G内K781＋490吸上线处BE、上行线侧K786＋680吸上线处BE （回变电所）、S1LQ发送端空心线圈等，共计10个测试点的中心点电流波形进行测试与频谱分析，均未测试到轨道电路信号特征的电流；又测试了左右线圈电流平衡性，电流均衡，未出现不平衡的情况。由此说明不存在静态外部通道形成的 “第三轨”。

分析10月26日的试验监测记录数据试验场景：在2列货物大列间插入1个试验单机；试验单机在7727G停车后，前车继续行进，并驶离本区间，而7727G的残压在单机倒行的时段内 （除断开电缆时降为零以外）均稳定保持在60mV左右，说明单机残压与前车运行位置无关；试验单机在7727G试验完毕后，独自前行，后车未动，直至单机驶离本区间，在7727G及后续区段中均出现残压波动，因此与后车运行位置无关。基于 “与前车运行位置无关”和 “与后车运行位置无关”的情况，可以说明不存在通过前后车轮经牵引变压器连接到接触网构成的动态外部 “第三轨”。

2．工频及谐波干扰。根据10月26日试验监测记录数据，试验单机在7727G停车时段，分别进行了断接收端单根、双根电缆及关闭发送器等试验，无论是关闭室内发送器还是断开接收端电缆，其残压均下降为零，且无波动；恢复电缆连接后残压恢复与断开前一致；重新打开发送器后，残压再次出现。对比12月6、7日的轨旁接收端轨面电压的波形频谱，7727G信号残压不是干扰信号或工频谐波干扰信号，而是其自身轨道电路信号。

3．轨道电路调整不当。经现场排查，轨道电路调整符合 《维规》要求。

4．轮轨接触异常。在12月7日试验中，试验单机出现残压超标时，添乘人员要求单机停车，并下车对现场进行了调查：用手擦拭单机车轮，有明显黑色物质附着，轮缘污浊；轨面有残留的黑色物质附着；轨面踏面两侧存留很多黑色半液态粘稠状物质，且明显为新滴落，沿线路前行，长距离均存在。此物质为货物列车的遗撒煤和抑尘剂的混合物，导致单机与钢轨接触出现异常而发生 “飞车”现象。

案例2：武广高铁动车组短时失去分路

2011年5月～7月，武广线中继6、赤壁北站区间相继出现轨道电路短时失去分路现象，造成联锁漏解锁、车次号丢失等故障。

经现场调查、数据分析、试验测试，确定其原因是：轨面存在锈层薄膜，动车组在分相区内断电惰行时，因无牵引电流击穿锈层，分路电阻增加，使轨道电路的分路残压升高，出现瞬间失去分路。

案例3：京原线薛孤至原平间单机失去分路

2013年10月28日，京原线薛孤至原平间单机运行在4147G轨道区段时发生短时失去分路。

现场调查发现单机HXN5与轨面仅两线接触，接触位置处于钢轨的内边缘，而钢轨的内边缘锈蚀严重，明显属于轮轨接触异常。

3 影响因素归纳

根据轨道电路工作原理，可能导致轨道电路分路性能恶化的原因主要有2方面：①轨道电路的调整不规范，超标准调整导致区段电压过高；②轮轨接触异常，导致分路电阻值超标。

第一方面的原因属于管理层面的问题，具体整治措施在下文中论述。

第二方面的原因属于技术层面，涉及自然环境、运用环境、装备特性、装备材料、相关专业的维修作业影响、运输组织、货运组织、驾驶操作等诸多方面。综合本文中的典型案例，并参考 《国际铁路联合会规程—为提高轨道电路分路灵敏度的措施》，轮轨接触异常而导致分路不良的影响因素可归纳为3类18条，详细如图3所示。

图3 分路不良因素图

4 改善措施及整治

4．1 管理层面

严格规范管理日常轨道电路的调整与使用工作，按照调整表的规定进行调整；加强分路不良区段的日常检查和测试，强化分路不良区段动态管理和分路残压试验工作；做好分路不良区段标识并及时登记，及时处理并按规定组织行车。尤其是对既有线的分路不良区段，采取列车、调车车列或机车进行压道或钢轨打磨等措施。

本研究结果证实，Netrin-1、Kim-1为新生儿窒息后AKI发生的独立影响因素，且两者联合检测时预测AKI风险的价值较高，有利于及时制定治疗方案，以改善预后。但本研究也存在局限性，如所纳入病例为新生儿，窒息诊断存在主观性，AKI评价标准因受研究范围、版本更新等影响存在差异，且纳入样本数量较少。

除此之外，从TDCS和CTC设备层面增加列车占用丢失报警功能，提示行车调度人员采取相应的管理措施，以保障行车安全。

4．2 技术层面

轮轨接触异常是导致产生分路不良的主要原因，18个影响因素在铁路运输中客观存在，并且分路不良也是世界上采用轨道电路国家普遍遇到的技术难题。根据其特点，从2个方面采取措施。

4．2．1 从轨道电路技术方面

依据分路不良轨道区段的实际情况，分别采取了提高轨道电路轨面电压，不对称高压脉冲轨道电路技术；轨面喷涂或熔敷堆焊等措施。从近几年的实际运用效果看，基本达到了预期效果，尤其是客运专线的区间。

为了进一步提高客专ZPW－2000A站内一体化轨道电路的性能，在保留其技术优势的前提下，充分发挥高压不对称脉冲信号对锈层击穿的技术优势，设备研制单位在成熟技术的基础上，研制出了脉冲和移频信号混合式的ZPW－2000A移频脉冲轨道电路。

ZPW－2000A移频脉冲轨道电路工作原理：移频与脉冲信号叠加混合；接收设备同时处理脉冲信号和移频信号，当2个信号均符合调整状态条件时，才输出轨道空闲；任意一个信号不符合调整状态条件，均输出轨道占用。技术特点：既保留了移频信号在断轨检查、侧线股道双端回流和机车信号发码等技术方面的优势；也发挥了多特征脉冲信号在改善分路不良、分支并联跳线部分缺失后的分路检查和绝缘破损检查等技术方面的优势；尤其是利用了脉冲信号的频率和极性特征，确保了轨道电路的绝缘破损和扼流引接线单侧断线等累积故障条件下，相邻区段有车的轨道电路安全防护。

如图4所示的场景，被窜回路有车占用后，如果绝缘破损和扼流变压器钢轨引接线断线，导致F1脉冲信号的极性因区段有车占用而与F2极性一致，但是因其两者脉冲频率不同，因此，窜到被窜区段的信号无法错误动作其轨道继电器。该制式轨道电路经长期现场试点站试用，使用单位反映良好，达到了预期的效果。

图4 绝缘破损积累断线故障条件下的安全防护

4．2．2 从信号系统技术方面

“区间逻辑顺序占用检查防护技术”，顾名思义，就是依照各轨道区段的先后位置关系，检查列车 （或机车车辆）进入区间的逻辑顺序先后占用、出清各轨道区段的防护技术。如果列车 （或机车车辆）在区间正方向运行至某一逻辑检查区段并 “正常占用”后，该区段的轨道电路接收设备表示为空闲状态，而其下一区段的轨道电路接收设备未表示区段占用时的情况，称为 “占用丢失”。通过 “区间逻辑顺序占用检查防护技术”，实现了当正常运行列车出现占用丢失时的红灯防护，从而提高了自动闭塞区间列车运行的安全性，改善了运输应急处置方式，最大限度地降低了对运输效率的影响。

总体要求：列车在自动闭塞线路运行，当在闭塞分区发生列车占用丢失时，其后方至少有一架信号机保持红灯进行防护。随着当前列车运行，信号系统按照逻辑关系顺序检查后，可对占用丢失的区间防护措施进行自动解除，后续列车可按照车载或地面信号机显示正常运行。当因某种特殊情况，系统故障或不具备自动解除防护措施时，需使用区间解锁按钮按照规定程序进行人工解锁。

实现原理：将原有直接利用轨道电路输出作为轨道电路的状态判定依据，修改为利用其轨道电路区段前、后的关联轨道电路区段的占用出清顺序和状态变化关系，综合判定本区段的轨道状态。包含2个主要点：①轨道区段占用时，检查其运行的后方区段状态，以此判断列车是否正常驶入本轨道区段；②轨道区段空闲时，检查其运行的前方区段状态，以判断列车是否正常驶离本区段。

根据轨道电路的客专线列控中心编码和普速线继电编码2种方式的不同，分别采取相应的技术措施，实现区间逻辑顺序占用检查防护。

1．列控中心编码的逻辑顺序检查防护。客运专线在不影响既有TCC功能实现基础上，在车站、中继站原TCC软件中增加软件模块。其技术要求如下。

1）TCC应采用相对独立软件模块，实现区间占用逻辑检查功能。

2）TCC以闭塞分区为区间占用逻辑检查单位。

3）TCC应具备按区间配置占用逻辑检查功能，区间两端车站及区间内各中继站的TCC应同时启用占用逻辑检查功能。

4）区间具备占用逻辑检查功能时，TCC根据闭塞分区逻辑状态，实现对区间发码、点灯、方向电路控制等功能。

5）区间具备占用逻辑检查功能时，TCC对列车正反向运行均能实现区间占用逻辑检查功能。

6）TCC应将闭塞分区的逻辑状态实时发送给CTC和集中监测。

7）TCC应将闭塞分区的正常占用、故障占用、失去分路按照正常占用状态发送给CBI和TSRS。

8）区间不具备占用逻辑检查功能时，TCC处理与现行技术条件保持一致。

2．继电编码的逻辑顺序检查防护。普速铁路是在不影响既有区间自动闭塞电路功能的基础上，通过修改局部逻辑电路设计实现的。其技术要求如下。

1）逻辑检查电路应具有防护功能和报警功能。

2）逻辑检查电路应以逻辑检查区段为单元进行逻辑检查。

3）正常运营场景下，逻辑检查电路应能对自动闭塞区间进行逻辑检查；各逻辑检查区段的轨道电路接收设备动作时序不符合本技术条件时，逻辑检查电路应能进行防护，60s后相关区段应输出报警。

4）正常运营场景下，列车自逻辑检查区段“占用丢失”时，逻辑检查电路应进行防护；如该“占用丢失”持续60s，该区段应输出报警；本区段报警后，若本区段或其下一区段正常占用，该报警应自动解除；本区段报警后，若其下一区段始终失去分路，该防护不得自动解除。

5）正常运营场景下，逻辑检查电路进行区间逻辑检查时，其安全性应不低于现行有关技术标准的规定。

下面以正常运营场景的区间继电式逻辑检查电路为例，简要说明其逻辑。

如图5所示，每个闭塞分区设置一台记录闭塞分区顺序占用检查继电器JLJ（常态励磁吸起），以b区段为例，电路原理如下。

列车顺序占用上一闭塞分区 （aGJ↓）、本闭塞分区bQGJ↓时，bJLJ失磁落下；列车占用下一闭塞分区 （cGJ↓）且出清本闭塞分区 （bQGJ↑）后，bJLJ恢复励磁并自闭。通过JLJ，完成对 “列车占用上一闭塞分区→占用本闭塞分区→出清上一闭塞分区→占用下一闭塞分区→出清本闭塞分区”的逻辑检查。一旦出现JLJ落下不再吸起，证明列车在b分区占用后出现 “失去分路”，或在c分区出现 “完全失去分路”。在此情况下将bJLJ吸起条件纳入bGJ励磁电路，如图6所示。

图5 闭塞分区JLJ电路原理图

图6 GJ励磁电路修改图

由图6可知，参与信号控制 （通过信号机点灯电路及闭塞分区编码电路）的GJ励磁条件，除需QGJ励磁外，还需检查本闭塞分区的JLJ亦处于励磁状态。进而实现列车 “占用丢失”防护功能。

5 结束语

经过几年来全路电务人员认真不断地开展整治工作，设备研制单位在现场调查、原因分析和措施制定上给予的大力支持，使得我国轨道电路的现场整治取得了一定的效果，为铁路的安全运行提供了基本保障。但是，由于铁路运输的现场环境十分复杂，在未来应用中还会不断暴露出新的问题，希望同仁继续发扬实事求是的优良传统，从装备技术、系统技术层面开展更多的研究，为我国铁路信号技术发展、铁路装备的不断进步发挥更大的作用，做好铁路安全运输卫士的工作。

［1］ 阿·米·布列也夫，尤·阿·克拉夫错夫，阿·伏·希师良柯夫 ．轨道电路的分析与综合［M］．北京：中国铁道出版社，1981．

［2］ UIC 737－2－2004．国际铁路联合会规程—为提高轨道电路分路灵敏度的措施［S］．2004．

［3］ 中华人民共和国铁道部 ．铁路通信信号技术标准［S］．（合订本）．北京：中国铁道出版社，2006