新型钢轨断裂检测方案研究

赵建

摘 要：为了弥补现有断轨检测方案的不足，该文建立了轨道电路断裂态的仿真模型，通过分析轨道电路断裂态下分路电流幅值的变化规律，提出一种以机车感应电压数据为依据的钢轨断裂检测方案，为钢轨断裂检测问题提供了新的解决思路。

关键词：轨道电路；断裂检测；分路电流

中图分类号：U284.23 文献标志码：A

钢轨线路的断裂故障是运营维护中危险等级较高的常发故障之一，如果列车运行在有裂纹的钢轨线路上，将是旅客人身财产安全的重大隐患。目前，断轨检测主要依靠钢轨检测车的周期性巡检实现，这种方法无法实时监测钢轨状态，存在较大的风险隐患。另外一种较为常见的检测方式是采用无绝缘轨道电路，但其对道床环境的要求较为苛刻，这使它对断轨检测的误报率较高，同样无法可靠预警断轨事故的发生。

轨道电路读取器（Track Circuit Reader）可以记录下机车运行过程中轨道电路分路电流变化的实时信息。目前，这些信息已被引入补偿电容、调谐区设备等的故障诊断研究，并取得了良好的实用效果。因此，该文首先分析了钢轨断裂对分路电流的影响，并提出可以利用TCR数据进行钢轨断裂故障诊断的新方案。

1 轨道电路断裂态建模

2 仿真分析

设置参数如下：总长度为1 600 m，补偿间距为100 m，载频为2 000 Hz，电压值为|Us（t） |；分路电阻Rf=0.15 Ω；补偿电容16个，容值均为50μF。公式中的相关参数取值为：Zg=14.75∠82.3°Ω/km，Rd=1.0Ω·km，E=1，P=9。选取断裂点等效阻抗为Zb=0.5 ZB，断裂点位置选取375 m、775 m和1 200 m进行仿真分析，仿真结果如图1所示。

（1）正常状态下，分路电流的幅值从接收端向发送端呈波浪式增长，这是由于离发送端越近，分路电流幅值的衰耗越少，电流幅值越大；而一段钢轨线路的特性阻抗呈感性，补偿电容的补偿作用一定程度上“中和”了钢轨线路上的感抗，这种作用使分路电流幅值呈波浪形式，2个极小值点对应补偿电容的位置，证明在补偿电容附近的补偿效果最好。

（2）对于在钢轨线路上存在断裂点的情况，分路电流幅值包络曲线呈现不同的变化情况，将断裂点坐标在仿真模型中任意点设置，仿真曲线上均会出现一个跳跃点，在数学模型中，这种类型的点被称为突变点。通过核实，任一曲线上的突变点与仿真时设置的断裂点是一致的。从接收端到突变点的分路电流曲线不再呈明顯的波浪式递增，这说明钢轨断裂破坏了补偿电容的电容补偿作用；而断裂点后的分路电路幅值曲线略有增大，这是由于瞬时的电压突变引起的，但该段曲线仍然呈波浪式递增，这说明钢轨断裂点之后的曲线已基本不受其影响。

综上所述，钢轨断裂点和分路电流幅值包络曲线的突变点存在唯一对应的相互关系。在实际中，可以利用这种相互关系实现对钢轨断裂的检测。

3 钢轨断裂故障检测方法

在实际使用中，Vg（t，x）数据容易获得，且时效性更好，直接将这一数据提取出来进行钢轨断裂的检测可以避免加装其他辅助设备，又可以多次提取和重复诊断，具有很强的实用性。

可将一定周期内的Vg（t，x）数据进行采样和去噪，然后输入数据诊断模块中，通过分析得出可能的故障点，对于疑似故障重新输入诊断模块，进行二次分析，并与正常状态下的数据进行对比，确定钢轨断裂点的具体位置，并进行预警。

4 结论

该文首先建立了无绝缘轨道电路的断裂态分析模型，然后对不同断裂点位置下的机车分路电流进行了分析，结果表明断裂点的位置和分路电流的突变点位置相互对应，利用这一特性，该文提出可利用机车感应电压幅值包络数据进行钢轨断裂故障的检测。该文提出的方法为钢轨断裂检测提供新的思路，可以提高检测的时效性，为运营维护提供方便。

参考文献

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