大秦重载铁路ZPW-2000A轨道电路低道床现状分析及建议

王保松

（大秦铁路股份有限公司大同电务段，山西大同 037005）

ZPW-2000A轨道电路自2005年在大秦重载线路应用以来，运行稳定，系统安全性、可靠性高，适应了我国重载铁路快速发展的要求。然而，随着运行时间的推移，线路开始老化，污染逐渐严重，常出现道床过低导致的红光带故障。本文结合轨道电路现场实际运用情况和调整特性，对重载道床电阻的现状进行分析，提出有利于我国重载线路稳定运行的道床维护建议。

1 道床电阻成因及对轨道电路影响

1.1 道床电阻成因

道床电阻是轨道电路电气传输的重要参数，它是一根钢轨经过轨枕和道砟分往另一个钢轨的漏电流的大小确定于钢轨线路的绝缘电阻，是线路固有的分布参数。由于钢轨之间以及钢轨与大地之间的绝缘是不完善的绝缘物，如：道砟、轨枕及扣件系统，从而形成对地的漏泄。钢轨线路本质就是带有低绝缘电阻的电气回路，其绝缘电阻（道床电阻）是不稳定的，并且与很多因素有关：气候条件、道砟的质量和状态、道砟层的厚度、轨枕类型、轨枕的数目与状态、扣件系统的类型等。因此，道床电阻是一个分布参数。

钢轨线路通过扣件系统、钢轨垫板将两轨条固定于轨枕上，路基上用道砟掩埋轨枕。道床漏泄电阻成因原理如图1所示。

图1 道床漏泄电阻构成原理图Fig.1 Formation cause of ballast leakage resistance

R1和线路间的扣件系统与轨枕间的绝缘电阻有关，R2、R3和钢轨垫板、轨枕与道砟间及钢轨与道砟间的绝缘电阻有关。

R1值越低，Rd越低；R2、R3值越低，Rd越低。

1.2 对轨道电路的影响

规定的轨道电路道床电阻（Rd值）是满足轨道电路一次调整的重要条件。Rd值越大表征两轨条间的漏泄越小；Rd值越小表征两轨条间的漏泄越大。

所谓一次调整是：在最不利条件下，每段轨道电路内，可变环节的电气参数经首次调整后，能满足调整、分路、机车信号3种状态的要求，无需随外界参数的变化再次进行调整。根据《轨道电路通用技术条件》（TB/T 2852）“4.4 各种制式的轨道电路，在规定的技术性能范围内均应实现一次调整”。

因此，轨道的调整既需要道床电阻低的条件下满足调整要求，需轨出电压不小于240 mV，又需要在保证在道床最高的条件下满足分路要求，标准电阻分路残压不超过140 mV，如果调整电压提高，可能导致标准分路电阻分路失去分路，如图2所示。

2 重载铁路特点与道床电阻关系

2.1 轨道区段长

大秦线重载线路区段普遍较长，多数在1 000 m以上，甚至1 500 m。区段越长，相当于对地漏泄电阻并联越多，同样环境条件下道床电阻越小（需强调每公里道床电阻与区段长短无关），如图3所示。

图2 轨道电路调整与道床关系图Fig.2 Relation between track circuit adjustment and ballast

图3 长短区段道床漏泄原理图Fig.3 Causes of ballast leaking resistance in long and short sections

通过分析计算发现，满足轨道电路调整状态时，轨道区段越长所需的最低道床电阻会越大，如图4所示。

图4 轨道电路区段长度与最低道床电阻关系图Fig.4 Relation between the track circuit length and the minimum ballast resistance

因此，大秦重载铁路在长大区段更易发生因低道床导致的红光带故障。

2.2 煤运专线易掩埋轨底

大秦线是我国运煤专线，1992年开通至今已26年，部分线路污染严重，线路扣件等绝缘系统老化，已发生多次因道床下降导致的红光带故障，如：煤渣掩埋轨底，直接旁路扣件系统中的所有绝缘，使得原本保证钢轨对地绝缘的扣件系统失效，失效机理如图5所示。

图5 掩埋轨底钢轨对地绝缘失效原理图Fig.5 Underground rail bottom fail to be insulation to ground

上述故障经常发生，如：2014年，沙城站某线路2143BG轨出电压常年偏低，雨天频繁出现红光带。调查发现，线上积存了大量的煤粉，严重的已经淹没超过轨腰，如图6所示，反算当时道床电阻只有0.28 Ω·km，远低于标准的1 Ω·km。后续，工务专业对该范围进行了人工清筛，得到明显改善。

图6 沙城站煤渣掩埋轨底现场图Fig.6 Rail bottom buried by coal cinders in Chacheng station

2.3 开行重载长大列车长距离遗洒防冻液

在冬季，刚从洗煤厂出来含有水分的煤炭装车后，如果不在火车皮内侧及箱底喷淋防冻液，含有水分的煤炭在运输过程中就会冻结在车皮上，在卸煤时无法翻笼卸出，导致影响整个生产过程。因此，大秦线煤运列车在冬季作业时，均会喷洒防冻液，该液体是非绝缘的，会随着列车运行遗洒在线路绝缘扣件上，在春季第一场雨雪后，防冻液会随着雨水渗透整个扣件系统使得绝缘失效，引起低道床红光带。在大秦线由于开行重载长大列车，防冻液喷洒量大、遗洒距离长，使得该问题暴露的更为明显。

防冻液与雨雪溶解后的混合液体，填充在轨距挡板与钢轨间，形成导电途径。潮湿的轨枕降低了轨枕与螺旋道钉间的绝缘电阻，导致两轨条间道床漏泄电阻降低。漏泄电流流向示意如图7所示。

图7 防冻液导致钢轨对地绝缘失效原理图Fig.7 Rails fail to be insulation to ground due to anti-icing fluid

3 小结及建议

大秦线是我国开行的第一条重载煤运专线，开通至今已20多年，为我国重载铁路积累了大量的建设、维护和运营经验，也为我国重载铁路技术奠定了基础。本文通过现场维护中遇到的案例进行思考和总结，提出对于重载铁路道床维护建议如下。

1） 重载铁路随着运行时间的推移，线路污染不可避免，应在设计阶段做好区段长度合理划分及线路环境保障措施，例如：二次绝缘扣件的使用、隧道防漏通风等措施。

2）做好线路维护工作，对于掩埋轨底区段应按照《铁路线路修理规则》（铁运[2006]146号）第3.2.2条要求：“轨底处道床顶面应低于轨枕顶面20～30 mm。I型混凝土枕中部道床应掏空，顶面低于轨底不得小于20 mm。”进行专线整治。

3）做好当前线路低道床区段的应急处理预案，提高低道床原因研判能力，提升处置效率和能力。