铁路信号轨道电路介绍及故障分析

刘莹

【摘要】    铁路机车能够保持稳定运行依靠的是完整的运行控制传输系统，而在其中铁路信号轨道电路扮演着极其重要的角色，它能随时监控车辆的运行轨迹和状态，因此避免铁路信号轨道电路发生故障是极为重要的工作。铁路信号轨道电路的作用是检查车辆是否占用了某一区段的线路，以及钢轨的完整性，然后将检查的信号向机车传传输，以此为机车运行提供必要的信号支持。因此轨道电路保持稳定状态就显得尤为重要，但在日常运行当中，铁路信号轨道电路的故障问题比较容易出现，及时分析并排除故障是保证列车安全运行的关键。基于此，本文对铁路信号轨道电路做了简要介绍，同时分析了一些常见的故障及相應处理办法，以期能够有效提升铁路运行的安全性。

【关键词】    铁路信号轨道电路    工作原理   处理办法

引言：

列车在轨道上运行时，轨道电路会不断采集列车的运行信息，并将其反馈给控制中心，然后由控制中心分析当前列车的运行状态，从而判断列车运行是否安全，并为列车的运行提供信号支持。因此，一旦轨道电路出现故障，那么列车将无法及时得到数据反馈，这样就会造成其他的安全隐患。为了避免类似故障，需要详细了解铁路信号轨道电路，并掌握各种故障出现的原因，接下来才能有效解决。

一、铁路信号轨道电路介绍

1.1铁路信号轨道电路的作用

2016年1月1日，国家铁路局颁布了《中华人民共和国铁道行业标准》，其中对铁道信号轨道电路的作用做出了以下解释，“铁路信号轨道电路可以将钢轨作为传递信息的载体，然后检查不同区段铁路是否被占用，以及区段钢轨的健康状况，以此为列车运行提供信号支持，并确保列车运行的安全性。”铁路线路和轨道电路可依据电气或者机械绝缘节的方式区分轨道电路的不同区段，判断轨道电路是否处在正常占用、故障占用、失去分路、出清等状态，同时结合轨道电路工作状态以及相应技术手段判断站内的电码化区段和自动闭塞区间，这样轨道电路区段目前的实际状况就可得到真实反映。

1.2铁路信号轨道电路的组成

铁道信号轨道电路有导体、钢轨、绝缘送电端设备、受电端设备等部分组成。其中钢轨连接线、25Hz轨道、扼流连接线、ZPW-2000A轨道调谐引接线等构成了导体。钢轨绝缘的方式有机械绝缘和电气绝缘两种，其中应用机械结缘的是25Hz相敏轨道电路，应用电气绝缘的是ZPW-2000A型轨道电路，这里有一点需要注意，一般在接近站内的区段使用的都是机械绝缘，比如站内一离去区段和三接近区段。轨道电源、变压器、熔断器以及防雷设施等都是送电端设备。扼流变压器、轨道变压器、限流电阻、防雷设施、继电器等都是受电端设备。

二、铁路信号轨道电路的工作原理

2.1 25Hz相敏轨道电路

这种轨道电路在工作过程中使用特制的25Hz电压频率，其不同于50Hz的供电牵引电压频率，以此区分频率不同的轨道电源和供电牵引电源，这样可有效避免电路被干扰，保证了电路的稳定运行。轨道电源以及局部110伏电源都来自于25Hz相敏轨道电路的电源屏，其中局部110伏电源直接向二元二位继电器供电，轨道电源向分线盘供电，然后由分线盘输送到XB箱盒，再流经轨道变压器和扼流变压器，最后经过降压电阻和限流电阻到达钢轨端，经钢轨端接受电流信号以后，可以通过扼流变压器和轨道变压器升压，随后将电源信号传回到分线盘，最后再流向二元二位继电器。这样便完成了一次信号的传输和反馈，而电流若想能够在轨道电源和轨道之间正常流动，其以下几个条件必须具备：第一是110伏的局部电压必须能够正常工作，第二是轨道电压需要保持在15伏以上，而且信号正常。第三是局部电压、相敏轨道电压角度保持超前，应为90度。只有满足这三个条件轨道电路才能正常运行，也就可以获取轨道当前的实际情况，进而判断二元二位继电器的工作状态，如果被吸起，那么证明当前的区段无车占用，且能够正常运行，如果二元二位继电器落下，则表示当前区段被占用。

2.2 ZPW-2000A型无绝缘移频自动闭塞轨道电路

这种轨道电路相较于25Hz相敏轨道电路很大不同，其具备两个主要构成部分，分别为主轨道电路和29m调谐区小轨道电路。其中在区间电路上一般采用的绝缘方式为电气绝缘，主站一离去和三接近区所使用的绝缘方式为机械绝缘。这种电路发送的移频电压信号首先经过站内防雷设备、衰耗器、电缆模拟网络盘等，当传输到室外的发送设备后，由室外发送设备匹配变压器以及调节单元，最后将移频电压信号传输到主轨道和小轨道。当区段的接收设备接收到移频电压信号以后，可以通过电缆将移频电压信号向室内的接收器进行传输，而小轨道接受的信号可以向下一个区段的接收器传输，然后由下一个接收器再继续向下传输，同时当下一个区段的接收器接收到信号以后，可对信息进行处理然后再传回上一个区段的接收器。也就是说，同一个区段的接收器既要向上一个区段传输信息，同时也要向下一个区段传输信息，这样就形成了信号在不同区段之间的循环往复，如果信息能够在不同区段之间正常传输，那么表示区段可保持正常运行，否则就证明该区段出现了故障，无法正常使用。

三、铁路线和轨道电路特点及故障处理办法

3.1 25Hz相敏轨道电路

以25Hz相敏轨道电路为例，其具备的特点如下：第一，运行稳定，25Hz相敏轨道十分可靠，这是因为其具备两个特点就是可靠的相位选择和频率选择，可为轨道提供保护，促进轨道的安全运行。第二，传输稳定，25Hz相敏轨道的传输性能比较优秀，这是因为这种轨道不考虑牵引电流大小，不受工频电流的影响，可以连续输出电压信号，避免继电器出现错误运行，这样继电器所传回的信号就更加准确，相较于其他频率的轨道，25H相敏轨道受道砟电阻影响较小，如果外界条件相同，可以有效提升电路传输特性，并且轨道电路的维修期还可得到有效延长，减轻了维修工作的压力。第三，频率稳定，25Hz相明轨道的频率比较稳固，这种轨道的设计原理源自于50Hz相敏轨道，而50Hz相敏轨道其稳定性非常高，可以在恒定的频率下保持连续工作状态，因此25Hz下面轨道也可以保持稳定运行。第四，相位固定，25Hz相敏轨道可以将相位集中，这是因为这种轨道工作时的电压差为90度，因此可有效调节电路相位，并且可以将相位集中后进行统一调节。第五，定向传输，相较于其他频率的轨道，25Hz相邻轨道不可逆，因为室内独立分频器供电控制着轨道的继电器局部线圈，因此轨道继电器没有连接到钢轨和轨道分频器，其中的电源信号不流经室外电缆，在运行过程中50Hz的干扰电压不会对其产生任何影响，这样继电器就不会产生错误电流，进而出现不正常的工作状态，而且反馈的信号也会更加准确。

以上特点决定了25Hz相邻轨道在铁路运行中的作用重要性，因此接下来主要分析25Hz相邻轨道的故障以及相应的处理办法。

3.2 25Hz相敏轨道故障处理办法

1.轨道电路故障和处理办法

轨道电路故障分析：25Hz相敏轨道电路导致电路故障的原因主要有以下三点：

第一是钢轨折断，受钢轨折断影响，轨道电路在折断区域院会出现空闲红光带，而钢轨折断通常是受天气影响，也就是说当空气温度特别低时，钢轨的脆性会有所提升，此时小半径曲线（小于500米半径）如果遭受外力就很容易折断，进而导致红光带一直出现。这种问题很容易被发现，而且可明确具体的区域，经过及时处理即可排除故障。但另外一种钢轨折断的情况是，现场时间为春季或初冬季节，或者折断环境位与大桥位置或隧道内，就会出现折断处还有少部分连接的情况，而在这种情况下并不会出现稳定的红光带，因此当信号传递却发生了异常，工作人员无法通过红光带的反应及时确定故障区域，导致不能迅速将故障排除。

第二是绝缘接头故障，如果绝缘接头的接触不良就会很容易导致这一故障发生，基本讲这一故障问题都发生在一侧，而且一侧的接触不良会引发另一侧的短路。如果绝缘接头处在极性交叉处，那么短路问题也比较容易出现，这两种短的问题都会产生空闲红光带。还有就是接头部位部分机械绝缘部分绝缘件表面由于长时间裸漏造成铁的氧化物（铁锈）附着造成短路形成红光带。

第三是25Hz如果位于站台、道口以及受环境影响积水道床或污染严重的轨道区段，由于道床泄流较大容易造成机车回流通过该区段时工频电流在传输过程中形成迷流，造成继电器误动和闪红光带出现。

第四是轨道电路因为不可抗拒的自然灾害（雷击、机车拉弧等）或者其他因素所导致的短路和设备故障，这些故障一般不发生在轨道电路的关键位置，但同样会干扰线路正常运行，并导致空闲时红光带的产生。

关于上述轨道电路故障处理办法如下：第一，严格按照《铁路信号维护规则》做好轨道电路的日常巡视维护管理工作。相关工作人员要定期针对轨道电路开展全面检查，使其保持稳定运行，如果在检查过程中发现了隐患或障碍，要立即处理将隐患障碍排除，处理障碍过程中要做好工作记录，详细描述隐患障碍发生的位置和时间，以及处理办法，以此为今后的维修和维护工作提供参考。另外在一些特殊的环境下，为了保持轨道电路能够正常运行，需要对维护管理工作的频率进行适当提升，比如在空气环境温度较低的季节，由于容易发生钢轨断裂故障，因此可以通过高频率的维护维修来排除。相关工作人员一定要重视各种细节，如果在维护管理工作过程中发现轨道出现了螺栓磨损、表面脱落等情况要及时修复，必要的情况下可进行更换，同时要对绝缘接头进行严格检查，因此避免因街头所导致的短路故障。第二，开展维护管理工作过程中要对各种设备的质量进行详细检查，确保每一个设备的质量都能够完全满足轨道电路的运行要求，这样才能确保铁轨的安全运行。另外开展铁道电路相关工作时要对监制工作予以加强，以施工要求为基础严格筛选各种零件，同时严格依据相应规定进行施工，保证高质量、高效率、零失误地完成轨道电路的相应工作，完成施工以后要反复检测和调试各个部件，确保所有部件都能够正常运行，并且要详细记录施工的整个过程，包括方案制定、施工、验收、检测、调试等。

2.电源供电故障及处理办法

一般情况下，如果轨道电路故障比较集中，三个或者多个区段同时发生故障，证明电源供电出现了问题，此时红光带会在多个区段出现。如果故障在电源屏轨道的主模块上出现，那么和这一模块有关系的区段内都会出现故障，另外如果轨道电源屏电压超过110伏也会导致和其有关系的区段出现故障。因此，当发轨道电路发生上述故障时可着重开展电源供电检查，如果束电压正常就要考虑是否传输途径中的电缆断线发生，按此步骤当确定故障原因后就可相应措施予以排除，进而使轨道电路回到正常工作状态。

3.相位角变化故障及处理办法

25Hz相敏轨道电路的相位角标准为（87±8）度，这种现象多表现在电压有所降低，如果实际相位角和这一标准之间存在较大误差，那么继电器很有可能会落下。因此一旦继电器出现了不正常的下落，应立即分析是否存在错误的相位角，然后才能对相应故障进行处理。处理过程中禁止对相位角进行盲目调整，避免出现轨道电压变化引发相位角错误而调整的情况出现。如果带适配器的室外25Hz轨道电路区段如果不能调整相位角，那么可以同时调整适配器。和相位角有关的故障一般发生在施工和改造阶段，另外在维护检修过程中更换扼流引线也容易发生这一状况，因此在正确排除相位角故障时也要在这些阶段予以避免。

4.室内故障分析

以25Hz相邻轨道为例，其室内故障主要体现在两个方面，分别为短路和开路故障，地点包括室内和室外。前文已经对室外故障做了简单介绍，接下来主要介绍这种轨道电路的室内故障。通常来讲，室内故障是开展轨道电路维护管理工作时首先要检查的内容，工作过程中需要准确判断故障原因，利用万用表详细测量受电端子和送电端子，如果检查时端子的电压为110伏和220伏，那么就证明不存在室內故障，如果电压高于正常电压，那么就证明发生了室内故障。如果低于正常电压可以先甩开受电端子，然后再重新检测，当重新检测时电压上升，那么就证明故障发生在室内，如果重新检测的电压仍然低于正常电，压那么故障发生在室外。在检测室外故障时主要针对的内容是轨道电流，如果轨道电流低于正常电流，同时具有较高的轨面电压，那么就证明存在开路故障，而在开路故障条件下，回路电流会逐渐降低，送电端的电压会高于正常电压，在短路故障条件下，送电端电压会低于正常电压，而回路电流会逐渐上升，室内故障也是铁路信号轨道电路故障的一部分，在具体工作中可以结合相应原因开展分析，并对故障进行排除，进而使轨道电路保持在正常的工作状态。

四、结束语

综上所述，安全是铁路运行的基础，因此需充分掌握各故障原理，以此为避免和排除故障提供支持。本文首先简单介绍了铁路信号轨道电路，随后阐述了铁路信号轨道电路的工作原理，最后分析了铁路线和轨道电路特点及故障处理办法，以期本文对相关工作人员具有一定参考作用，进而帮助其有效排除铁路信号轨道故障，保障铁路能够安全、稳定的运行。

参  考  文  献

[1]惠萌.铁路信号集中监测系统的分析与运用[J].科技经济导刊，2020，28（31）：22-23.

[2]邓小斌.中国铁路信号系统智能监测技术研究[J].装备维修技术，2020（01）：46-47.

[3]白景文.铁路信号设备维护与安全管理机制分析[J].科学技术创新，2019（26）：35-36.

[4]张雨，狄龙，陈文帅.铁路信号设备维护与安全保障分析[J].科技资讯，2019，17（23）：64+66.