关于轨道电路道床电阻若干问题的探讨

耿 燕

(中铁第六勘察设计院集团有限公司，天津 300308)

1 概述

目前，全路的道床分有砟和无砟两种，有砟道床的轨下基础为石质散粒，即碎石，无砟道床则采用混凝土整体基础代替有砟道床的碎石基础。道床电阻是指单位长度(1 km)轨道电路中，由一根钢轨经过轨枕、道床到另一根钢轨的漏泄电阻，又称道砟电阻，单位为Ω·km，其影响着钢轨中轨道电路信号的衰减。在我国南方的部分铁路线路上，桥梁、隧道较多，加上气候潮湿，都能造成道床电阻接近最小值，严重影响轨道电路的正常工作。为保证轨道电路稳定可靠地工作，提高轨道电路的工作质量，应尽可能的提高道床电阻值。

2 道床电阻的组成

道床电阻的大小取决于扣件系统、绝缘垫板、轨枕、道砟的绝缘性能，其绝缘性能越好，则道床电阻值越大，否则，道床电阻值越小。其中，扣件系统包括钢轨弹条，轨枕螺栓，挡板座及预埋套管。

有砟道床上单根轨枕的组成如图1所示，斜线阴影区域均为绝缘材料。根据道床电阻的定义，单位长度的道床电阻即为1 km长度内所有单根轨枕绝缘电阻的并联，也就是说，道床电阻取决于每一根轨枕的绝缘电阻情况。

图1 道床结构示意图Fig.1 Schematic diagram of track bed structure

无砟道床与上图的区别是其中的道砟变成整体混凝土块。

3 道床电阻对轨道电路的影响

轨道电路是将钢轨作为其传输通道的一种轨道电路，送端设备将轨道电路信号送至两根钢轨，经过一段长度钢轨的传输，受端设备对轨道电路信号进行接收。道床电阻越小，轨道电路信号在钢轨中传输时衰减越大，受端设备接收到的轨道电路信号越小。

从以上分析来看，道床电阻值低对轨道电路的调整状态不利，容易产生“红光带”故障，但对轨道电路的分路状态有利，不容易产生分路不良问题。

另外，轨道电路的极限长度与道床电阻有关。道床电阻越低，轨道电路极限长度越短，不利于工程应用。

当轨道电路道床电阻低至一定程度时，站内为＜0.6Ω·km，区间为＜1.0 Ω·km，需要对道床进行改善，以提高道床电阻值。

4 道床电阻的相关规定

关于道床电阻的最低值，各类标准规范都进行了相应的限定。

TB 1445-1982《轨道电路参数》中2.2条规定如表1所示。

TB 10007-2017《铁路信号设计规范》中4.2.5条规定，确定轨道电路的工程设计长度时，最低道床电阻的取值应符合下列规定。

表1 道砟电阻标准值Tab.1 Standard values of ballast resistance

客货共线铁路

1) 站内有砟轨道不应大于0.6 Ω·km；

2) 区间有砟轨道不应大于1.0 Ω·km。

高速铁路、城际铁路

1) 有砟轨道不应大于2.0 Ω·km；

2) 无砟轨道不应大于3.0 Ω·km。

以上条款指出信号专业在设计轨道电路长度时，道床电阻取值过高，则在铁路现场可能出现轨道电路无法调整的问题。

4.2.6 条规定，道床电阻低于0.5 Ω·km，不宜单独采用轨道电路。该条规定表明了轨道电路对道床电阻的最低极限要求，否则，轨道电路将肯定不能可靠工作。

原铁道部发布的《无砟轨道条件下ZPW-2000系列轨道电路传输特性关键参数技术条件（暂行）》（铁科技[2006]188号文）中3.2条规定，轨道电路的道床电阻不小于3 Ω·km。该条规定对无砟道床的最小道床电阻做了限定。

5 影响道床电阻的因素

根据本文第2节的介绍，道床电阻与扣件系统、绝缘垫板、轨枕、道砟的绝缘性能有关，这里一一进行说明。

5.1 扣件系统

扣件系统中钢轨弹条和轨枕螺栓为金属材料，其与钢轨直接接触。挡板座和预埋套管为绝缘材料，将钢轨弹条、轨枕螺栓与轨枕隔离。因此，挡板座和预埋套管的性能是否失效直接对道床电阻产生影响。

另外，扣件系统中积累的碎石、淤泥、油污也会导致道床电阻下降。

5.2 橡胶垫板

橡胶垫板将钢轨与轨枕隔离，其绝缘性能的失效将导致两根钢轨之间的绝缘性能减小，道床电阻随之降低。

5.3 轨枕

轨枕分木枕与混凝土枕两种。木枕在干燥时，两根钢轨之间的电压差并不能使其具备导电性能，但潮湿后导电，导致道床电阻减小。混凝土有一定的导电性。混凝土本身不是绝缘体，属于不良导体，其导电性能随着湿度增大而增加，不利于道床电阻的提高。

5.4 道砟

对于有砟道床，碎石的的主要成分是二氧化硅，本身不导电。对于无砟道床，由于其主要成分是混凝土，其导电性能与混凝土枕一样，这里不再赘述。

5.5 其他

粉尘在潮湿条件下具有导电性，因此，不论是轨枕、碎石还是混凝土道床，其在积累粉尘且潮湿后，都会对道床电阻产生不利影响。

铁锈具有导电性，钢轨生锈后产生的铁锈碎屑散落在道床上，也会导致道床电阻减小。

道床的排水性能也是非常关键的因素，排水性能差，则道床电阻变差。

道砟与钢轨应保持一定距离，更不能接触。

6 道床电阻的测试方法

目前道床电阻的测试方法主要有开路短路法、双短路法、估算法3种。这里就3种方法的原理、优点、缺点进行说明，为现场提供指导意见。

6.1 开路短路法

开路短路法的测试是在送电端用三电压表法分别对受电端开路阻抗Zk和受电端短路阻抗Zd进行测试。根据测试结果，计算出特性阻抗Zc和传输常数r，然后计算出道床电阻。测试示意如图2所示。

开路短路法的优点是测试结果比较准确，缺点是只能对机械绝缘节的轨道电路进行测试，测试地点需提供电源条件。

6.2 双短路法

图2 开路短路法测试示意图Fig.2 Schematic diagram of open circuit and short circuit test

双短路法的测试是在轨道电路中间进行测试，用三电压表法分别测试对称L长度的短路阻抗和对称2×L长度的短路阻抗，然后根据两个短路阻抗计算出特性阻抗Zc和传输常数r，最后计算出道床电阻。测试示意图如图3所示。

图3 双短路法测试示意图Fig.3 Schematic diagram of double short circuit test

双短路法的优点测试结果准确，对电气绝缘节和机械绝缘节轨道电路的道床电阻均可测试，缺点是在短路范围内（4×L）不能有补偿电容或其他轨旁设备，测试地点需提供电源条件。

6.3 估算法

估算法的原理是根据均匀传输线理论，对轨道电路进行建模，根据送电端的电压，不断改变道床电阻，计算出送电端的电压。当计算出的送电端的电压与实测值最接近时，该次计算所用的道床电阻即为当前轨道电路的道床电阻估算值。

估算法的优点是只需要对送电端电压和受电端电压进行测试即可，并且对电气绝缘节和机械绝缘节轨道电路的道床电阻均可测试，缺点是测试结果不如上述两种测试方法准确。

7 道床电阻的改善措施

针对铁路现场道床电阻偏低或不达标的情况，通过以下措施，道床电阻可以得到改善。

1) 检查轨道电路中扣件系统的挡板座和预埋套管是否有破损、绝缘性能失效，扣件系统中是否有淤泥、油污、碎石等，有则进行更换和清理。

2) 可能的条件下，将扣件系统中与钢轨接触的金属件更换为绝缘件，增加二次绝缘。

3) 对绝缘性能不满足要求、破损、丢失的橡胶垫板更换和增加。

4) 检查轨枕的绝缘性能是否满足要求，不满足则进行更换。

5) 检查道床是否干净，对存在粉尘积累、油污、铁锈碎屑的道床进行冲洗，保持道床干净。

6) 对于有砟道床，碎石必须与轨底保持一定距离。

7) 检查道床的排水性能，严禁存在翻浆现象，否则，应督促工务专业对道床进行清筛、捣固。

8 结束语

铁路现场维护人员掌握影响道床电阻的因素及合理的改善措施，配合对道床电阻进行正确的测试，可以为轨道电路提供好的道床条件，较高的道床电阻，保证轨道电路的可靠工作。