覃 燕
軌道電路是檢查鐵路線路上有無列車、傳遞列車占用信息,以及實(shí)現(xiàn)地面與列車間信息傳遞的電路。它以鋼軌作導(dǎo)體,利用車列金屬車輪對(duì)兩根鋼軌短路引起接收端軌道電路信號(hào)降低的原理,實(shí)現(xiàn)對(duì)列車的占用檢查。車輪對(duì)鋼軌短路可以用分路電阻來表示,分路電阻由車輪與鋼軌的輪軌接觸電阻和車輪輪軸電阻2部分構(gòu)成,如圖1所示。輪軸電阻值基本恒定,而輪軌接觸電阻值由車輪與鋼軌的接觸情況決定,受鋼軌表面清潔度、車輪踏面清潔度和車輪與鋼軌的接觸位置等因素影響。
圖1 分路電阻的組成
近年來,我國鐵路建設(shè)快速發(fā)展,伴隨著鐵路運(yùn)輸組織模式的變化和新型裝備的上線,一方面鐵路實(shí)施了戰(zhàn)略裝車點(diǎn),關(guān)停了部分車站貨運(yùn)業(yè)務(wù),調(diào)車作業(yè)減少導(dǎo)致大量軌道區(qū)段長期不行車;另一方面,客貨分離的運(yùn)輸組織模式,誕生了客運(yùn)專線,客專使用CTC進(jìn)行集中調(diào)度,車站內(nèi)進(jìn)路固定,站線運(yùn)輸使用不對(duì)稱;再一方面,新型動(dòng)車組投入使用,其更為穩(wěn)定的車體結(jié)構(gòu)使車輪對(duì)鋼軌磨耗降低,軌面的氧化層不能通過正常的行車磨損。上述原因都增加了軌道電路分路電阻增大的可能。2011年,鄭西、武廣、海南東環(huán)等多條客運(yùn)專線,不同程度地暴露出在牽引供電系統(tǒng)的分相區(qū)降弓停電時(shí)出現(xiàn)分路不良的情況;更為嚴(yán)重的是2013年10月,京廣線許昌—臨潁間發(fā)生單機(jī)連續(xù)多區(qū)段失去分路情況,此后多線陸續(xù)發(fā)生多起單機(jī)失去分路的情況。分路不良問題對(duì)行車安全的影響已經(jīng)不容忽視,尋找出軌道電路分路性能的影響因素,并有針對(duì)性地提出改善措施,是電務(wù)部門急需解決的問題之一。
軌道電路分路不良問題由來已久,這類問題早期一般為偶發(fā),并且原因比較明確,多為軌面生銹、機(jī)車撒沙等外部因素引起。因此,一直沒有針對(duì)軌道電路分路性能影響因素進(jìn)行過較為系統(tǒng)的分析研究。但是,隨著近年分路不良問題的增多,且外部因素也不夠明確,有必要對(duì)其他因素進(jìn)行分析研究。下面針對(duì)3起典型案例逐一進(jìn)行分析:
案例1:京廣線許昌至臨穎間單機(jī)失去分路
2013年10月21日13:49,52005次 “東風(fēng)7G型”內(nèi)燃單機(jī)在許昌至臨穎間的下行線路7649G、7661G、7675G、7689G、7701G、7713G、7847G、7859G等8個(gè)區(qū)段內(nèi),斷續(xù)失去分路;7727G、7739BG、7739AG、7753BG、7753AG、7767G、7781G、7793G、7807G、7821G、7833G等11個(gè)區(qū)段內(nèi),全區(qū)段失去分路。
10月26日,在許昌至臨潁間組織了單機(jī)的模擬運(yùn)行試驗(yàn),再現(xiàn)了斷續(xù)失去分路的現(xiàn)象。
為了查清原因,電務(wù)部牽頭組織通號(hào)設(shè)計(jì)院、鄭州局和路內(nèi)相關(guān)專家組成調(diào)查組,從以下4個(gè)方面進(jìn)行了全面排查、測(cè)試和試驗(yàn)。
1.外部迂回通道構(gòu)成 “第三軌”。外部通道包括靜態(tài)外部通道和動(dòng)態(tài)外部通道。靜態(tài)外部通道是指地面固定連接的回流線、橫向連接線及接地線(接入貫通地線),在鋼軌線路不平衡的條件下,構(gòu)成第三軌;動(dòng)態(tài)外部通道是指由前行、后續(xù)列車通過接觸網(wǎng)構(gòu)成的回路,如圖2所示。
圖2 動(dòng)態(tài)外部迂回通道示意圖
分別對(duì)7807G、7821G、7833G、7847G接收端空心線圈、臨潁X行進(jìn)站BE、K786+685吸上線處BE(回變電所)、7859G內(nèi)橫向連接BE、7807G內(nèi)K781+490吸上線處BE、上行線側(cè)K786+680吸上線處BE (回變電所)、S1LQ發(fā)送端空心線圈等,共計(jì)10個(gè)測(cè)試點(diǎn)的中心點(diǎn)電流波形進(jìn)行測(cè)試與頻譜分析,均未測(cè)試到軌道電路信號(hào)特征的電流;又測(cè)試了左右線圈電流平衡性,電流均衡,未出現(xiàn)不平衡的情況。由此說明不存在靜態(tài)外部通道形成的 “第三軌”。
分析10月26日的試驗(yàn)監(jiān)測(cè)記錄數(shù)據(jù)試驗(yàn)場(chǎng)景:在2列貨物大列間插入1個(gè)試驗(yàn)單機(jī);試驗(yàn)單機(jī)在7727G停車后,前車?yán)^續(xù)行進(jìn),并駛離本區(qū)間,而7727G的殘壓在單機(jī)倒行的時(shí)段內(nèi) (除斷開電纜時(shí)降為零以外)均穩(wěn)定保持在60mV左右,說明單機(jī)殘壓與前車運(yùn)行位置無關(guān);試驗(yàn)單機(jī)在7727G試驗(yàn)完畢后,獨(dú)自前行,后車未動(dòng),直至單機(jī)駛離本區(qū)間,在7727G及后續(xù)區(qū)段中均出現(xiàn)殘壓波動(dòng),因此與后車運(yùn)行位置無關(guān)?;?“與前車運(yùn)行位置無關(guān)”和 “與后車運(yùn)行位置無關(guān)”的情況,可以說明不存在通過前后車輪經(jīng)牽引變壓器連接到接觸網(wǎng)構(gòu)成的動(dòng)態(tài)外部 “第三軌”。
2.工頻及諧波干擾。根據(jù)10月26日試驗(yàn)監(jiān)測(cè)記錄數(shù)據(jù),試驗(yàn)單機(jī)在7727G停車時(shí)段,分別進(jìn)行了斷接收端單根、雙根電纜及關(guān)閉發(fā)送器等試驗(yàn),無論是關(guān)閉室內(nèi)發(fā)送器還是斷開接收端電纜,其殘壓均下降為零,且無波動(dòng);恢復(fù)電纜連接后殘壓恢復(fù)與斷開前一致;重新打開發(fā)送器后,殘壓再次出現(xiàn)。對(duì)比12月6、7日的軌旁接收端軌面電壓的波形頻譜,7727G信號(hào)殘壓不是干擾信號(hào)或工頻諧波干擾信號(hào),而是其自身軌道電路信號(hào)。
3.軌道電路調(diào)整不當(dāng)。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)排查,軌道電路調(diào)整符合 《維規(guī)》要求。
4.輪軌接觸異常。在12月7日試驗(yàn)中,試驗(yàn)單機(jī)出現(xiàn)殘壓超標(biāo)時(shí),添乘人員要求單機(jī)停車,并下車對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了調(diào)查:用手擦拭單機(jī)車輪,有明顯黑色物質(zhì)附著,輪緣污濁;軌面有殘留的黑色物質(zhì)附著;軌面踏面兩側(cè)存留很多黑色半液態(tài)粘稠狀物質(zhì),且明顯為新滴落,沿線路前行,長距離均存在。此物質(zhì)為貨物列車的遺撒煤和抑塵劑的混合物,導(dǎo)致單機(jī)與鋼軌接觸出現(xiàn)異常而發(fā)生 “飛車”現(xiàn)象。
案例2:武廣高鐵動(dòng)車組短時(shí)失去分路
2011年5月~7月,武廣線中繼6、赤壁北站區(qū)間相繼出現(xiàn)軌道電路短時(shí)失去分路現(xiàn)象,造成聯(lián)鎖漏解鎖、車次號(hào)丟失等故障。
經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、數(shù)據(jù)分析、試驗(yàn)測(cè)試,確定其原因是:軌面存在銹層薄膜,動(dòng)車組在分相區(qū)內(nèi)斷電惰行時(shí),因無牽引電流擊穿銹層,分路電阻增加,使軌道電路的分路殘壓升高,出現(xiàn)瞬間失去分路。
案例3:京原線薛孤至原平間單機(jī)失去分路
2013年10月28日,京原線薛孤至原平間單機(jī)運(yùn)行在4147G軌道區(qū)段時(shí)發(fā)生短時(shí)失去分路。
現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)單機(jī)HXN5與軌面僅兩線接觸,接觸位置處于鋼軌的內(nèi)邊緣,而鋼軌的內(nèi)邊緣銹蝕嚴(yán)重,明顯屬于輪軌接觸異常。
根據(jù)軌道電路工作原理,可能導(dǎo)致軌道電路分路性能惡化的原因主要有2方面:①軌道電路的調(diào)整不規(guī)范,超標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整導(dǎo)致區(qū)段電壓過高;②輪軌接觸異常,導(dǎo)致分路電阻值超標(biāo)。
第一方面的原因?qū)儆诠芾韺用娴膯栴},具體整治措施在下文中論述。
第二方面的原因?qū)儆诩夹g(shù)層面,涉及自然環(huán)境、運(yùn)用環(huán)境、裝備特性、裝備材料、相關(guān)專業(yè)的維修作業(yè)影響、運(yùn)輸組織、貨運(yùn)組織、駕駛操作等諸多方面。綜合本文中的典型案例,并參考 《國際鐵路聯(lián)合會(huì)規(guī)程—為提高軌道電路分路靈敏度的措施》,輪軌接觸異常而導(dǎo)致分路不良的影響因素可歸納為3類18條,詳細(xì)如圖3所示。
圖3 分路不良因素圖
嚴(yán)格規(guī)范管理日常軌道電路的調(diào)整與使用工作,按照調(diào)整表的規(guī)定進(jìn)行調(diào)整;加強(qiáng)分路不良區(qū)段的日常檢查和測(cè)試,強(qiáng)化分路不良區(qū)段動(dòng)態(tài)管理和分路殘壓試驗(yàn)工作;做好分路不良區(qū)段標(biāo)識(shí)并及時(shí)登記,及時(shí)處理并按規(guī)定組織行車。尤其是對(duì)既有線的分路不良區(qū)段,采取列車、調(diào)車車列或機(jī)車進(jìn)行壓道或鋼軌打磨等措施。
本研究結(jié)果證實(shí),Netrin-1、Kim-1為新生兒窒息后AKI發(fā)生的獨(dú)立影響因素,且兩者聯(lián)合檢測(cè)時(shí)預(yù)測(cè)AKI風(fēng)險(xiǎn)的價(jià)值較高,有利于及時(shí)制定治療方案,以改善預(yù)后。但本研究也存在局限性,如所納入病例為新生兒,窒息診斷存在主觀性,AKI評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)因受研究范圍、版本更新等影響存在差異,且納入樣本數(shù)量較少。
除此之外,從TDCS和CTC設(shè)備層面增加列車占用丟失報(bào)警功能,提示行車調(diào)度人員采取相應(yīng)的管理措施,以保障行車安全。
輪軌接觸異常是導(dǎo)致產(chǎn)生分路不良的主要原因,18個(gè)影響因素在鐵路運(yùn)輸中客觀存在,并且分路不良也是世界上采用軌道電路國家普遍遇到的技術(shù)難題。根據(jù)其特點(diǎn),從2個(gè)方面采取措施。
4.2.1 從軌道電路技術(shù)方面
依據(jù)分路不良軌道區(qū)段的實(shí)際情況,分別采取了提高軌道電路軌面電壓,不對(duì)稱高壓脈沖軌道電路技術(shù);軌面噴涂或熔敷堆焊等措施。從近幾年的實(shí)際運(yùn)用效果看,基本達(dá)到了預(yù)期效果,尤其是客運(yùn)專線的區(qū)間。
為了進(jìn)一步提高客專ZPW-2000A站內(nèi)一體化軌道電路的性能,在保留其技術(shù)優(yōu)勢(shì)的前提下,充分發(fā)揮高壓不對(duì)稱脈沖信號(hào)對(duì)銹層擊穿的技術(shù)優(yōu)勢(shì),設(shè)備研制單位在成熟技術(shù)的基礎(chǔ)上,研制出了脈沖和移頻信號(hào)混合式的ZPW-2000A移頻脈沖軌道電路。
ZPW-2000A移頻脈沖軌道電路工作原理:移頻與脈沖信號(hào)疊加混合;接收設(shè)備同時(shí)處理脈沖信號(hào)和移頻信號(hào),當(dāng)2個(gè)信號(hào)均符合調(diào)整狀態(tài)條件時(shí),才輸出軌道空閑;任意一個(gè)信號(hào)不符合調(diào)整狀態(tài)條件,均輸出軌道占用。技術(shù)特點(diǎn):既保留了移頻信號(hào)在斷軌檢查、側(cè)線股道雙端回流和機(jī)車信號(hào)發(fā)碼等技術(shù)方面的優(yōu)勢(shì);也發(fā)揮了多特征脈沖信號(hào)在改善分路不良、分支并聯(lián)跳線部分缺失后的分路檢查和絕緣破損檢查等技術(shù)方面的優(yōu)勢(shì);尤其是利用了脈沖信號(hào)的頻率和極性特征,確保了軌道電路的絕緣破損和扼流引接線單側(cè)斷線等累積故障條件下,相鄰區(qū)段有車的軌道電路安全防護(hù)。
如圖4所示的場(chǎng)景,被竄回路有車占用后,如果絕緣破損和扼流變壓器鋼軌引接線斷線,導(dǎo)致F1脈沖信號(hào)的極性因區(qū)段有車占用而與F2極性一致,但是因其兩者脈沖頻率不同,因此,竄到被竄區(qū)段的信號(hào)無法錯(cuò)誤動(dòng)作其軌道繼電器。該制式軌道電路經(jīng)長期現(xiàn)場(chǎng)試點(diǎn)站試用,使用單位反映良好,達(dá)到了預(yù)期的效果。
圖4 絕緣破損積累斷線故障條件下的安全防護(hù)
4.2.2 從信號(hào)系統(tǒng)技術(shù)方面
“區(qū)間邏輯順序占用檢查防護(hù)技術(shù)”,顧名思義,就是依照各軌道區(qū)段的先后位置關(guān)系,檢查列車 (或機(jī)車車輛)進(jìn)入?yún)^(qū)間的邏輯順序先后占用、出清各軌道區(qū)段的防護(hù)技術(shù)。如果列車 (或機(jī)車車輛)在區(qū)間正方向運(yùn)行至某一邏輯檢查區(qū)段并 “正常占用”后,該區(qū)段的軌道電路接收設(shè)備表示為空閑狀態(tài),而其下一區(qū)段的軌道電路接收設(shè)備未表示區(qū)段占用時(shí)的情況,稱為 “占用丟失”。通過 “區(qū)間邏輯順序占用檢查防護(hù)技術(shù)”,實(shí)現(xiàn)了當(dāng)正常運(yùn)行列車出現(xiàn)占用丟失時(shí)的紅燈防護(hù),從而提高了自動(dòng)閉塞區(qū)間列車運(yùn)行的安全性,改善了運(yùn)輸應(yīng)急處置方式,最大限度地降低了對(duì)運(yùn)輸效率的影響。
總體要求:列車在自動(dòng)閉塞線路運(yùn)行,當(dāng)在閉塞分區(qū)發(fā)生列車占用丟失時(shí),其后方至少有一架信號(hào)機(jī)保持紅燈進(jìn)行防護(hù)。隨著當(dāng)前列車運(yùn)行,信號(hào)系統(tǒng)按照邏輯關(guān)系順序檢查后,可對(duì)占用丟失的區(qū)間防護(hù)措施進(jìn)行自動(dòng)解除,后續(xù)列車可按照車載或地面信號(hào)機(jī)顯示正常運(yùn)行。當(dāng)因某種特殊情況,系統(tǒng)故障或不具備自動(dòng)解除防護(hù)措施時(shí),需使用區(qū)間解鎖按鈕按照規(guī)定程序進(jìn)行人工解鎖。
實(shí)現(xiàn)原理:將原有直接利用軌道電路輸出作為軌道電路的狀態(tài)判定依據(jù),修改為利用其軌道電路區(qū)段前、后的關(guān)聯(lián)軌道電路區(qū)段的占用出清順序和狀態(tài)變化關(guān)系,綜合判定本區(qū)段的軌道狀態(tài)。包含2個(gè)主要點(diǎn):①軌道區(qū)段占用時(shí),檢查其運(yùn)行的后方區(qū)段狀態(tài),以此判斷列車是否正常駛?cè)氡拒壍绤^(qū)段;②軌道區(qū)段空閑時(shí),檢查其運(yùn)行的前方區(qū)段狀態(tài),以判斷列車是否正常駛離本區(qū)段。
根據(jù)軌道電路的客專線列控中心編碼和普速線繼電編碼2種方式的不同,分別采取相應(yīng)的技術(shù)措施,實(shí)現(xiàn)區(qū)間邏輯順序占用檢查防護(hù)。
1.列控中心編碼的邏輯順序檢查防護(hù)??瓦\(yùn)專線在不影響既有TCC功能實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)上,在車站、中繼站原TCC軟件中增加軟件模塊。其技術(shù)要求如下。
1)TCC應(yīng)采用相對(duì)獨(dú)立軟件模塊,實(shí)現(xiàn)區(qū)間占用邏輯檢查功能。
2)TCC以閉塞分區(qū)為區(qū)間占用邏輯檢查單位。
3)TCC應(yīng)具備按區(qū)間配置占用邏輯檢查功能,區(qū)間兩端車站及區(qū)間內(nèi)各中繼站的TCC應(yīng)同時(shí)啟用占用邏輯檢查功能。
4)區(qū)間具備占用邏輯檢查功能時(shí),TCC根據(jù)閉塞分區(qū)邏輯狀態(tài),實(shí)現(xiàn)對(duì)區(qū)間發(fā)碼、點(diǎn)燈、方向電路控制等功能。
5)區(qū)間具備占用邏輯檢查功能時(shí),TCC對(duì)列車正反向運(yùn)行均能實(shí)現(xiàn)區(qū)間占用邏輯檢查功能。
6)TCC應(yīng)將閉塞分區(qū)的邏輯狀態(tài)實(shí)時(shí)發(fā)送給CTC和集中監(jiān)測(cè)。
7)TCC應(yīng)將閉塞分區(qū)的正常占用、故障占用、失去分路按照正常占用狀態(tài)發(fā)送給CBI和TSRS。
8)區(qū)間不具備占用邏輯檢查功能時(shí),TCC處理與現(xiàn)行技術(shù)條件保持一致。
2.繼電編碼的邏輯順序檢查防護(hù)。普速鐵路是在不影響既有區(qū)間自動(dòng)閉塞電路功能的基礎(chǔ)上,通過修改局部邏輯電路設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的。其技術(shù)要求如下。
1)邏輯檢查電路應(yīng)具有防護(hù)功能和報(bào)警功能。
2)邏輯檢查電路應(yīng)以邏輯檢查區(qū)段為單元進(jìn)行邏輯檢查。
3)正常運(yùn)營場(chǎng)景下,邏輯檢查電路應(yīng)能對(duì)自動(dòng)閉塞區(qū)間進(jìn)行邏輯檢查;各邏輯檢查區(qū)段的軌道電路接收設(shè)備動(dòng)作時(shí)序不符合本技術(shù)條件時(shí),邏輯檢查電路應(yīng)能進(jìn)行防護(hù),60s后相關(guān)區(qū)段應(yīng)輸出報(bào)警。
4)正常運(yùn)營場(chǎng)景下,列車自邏輯檢查區(qū)段“占用丟失”時(shí),邏輯檢查電路應(yīng)進(jìn)行防護(hù);如該“占用丟失”持續(xù)60s,該區(qū)段應(yīng)輸出報(bào)警;本區(qū)段報(bào)警后,若本區(qū)段或其下一區(qū)段正常占用,該報(bào)警應(yīng)自動(dòng)解除;本區(qū)段報(bào)警后,若其下一區(qū)段始終失去分路,該防護(hù)不得自動(dòng)解除。
5)正常運(yùn)營場(chǎng)景下,邏輯檢查電路進(jìn)行區(qū)間邏輯檢查時(shí),其安全性應(yīng)不低于現(xiàn)行有關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。
下面以正常運(yùn)營場(chǎng)景的區(qū)間繼電式邏輯檢查電路為例,簡要說明其邏輯。
如圖5所示,每個(gè)閉塞分區(qū)設(shè)置一臺(tái)記錄閉塞分區(qū)順序占用檢查繼電器JLJ(常態(tài)勵(lì)磁吸起),以b區(qū)段為例,電路原理如下。
列車順序占用上一閉塞分區(qū) (aGJ↓)、本閉塞分區(qū)bQGJ↓時(shí),bJLJ失磁落下;列車占用下一閉塞分區(qū) (cGJ↓)且出清本閉塞分區(qū) (bQGJ↑)后,bJLJ恢復(fù)勵(lì)磁并自閉。通過JLJ,完成對(duì) “列車占用上一閉塞分區(qū)→占用本閉塞分區(qū)→出清上一閉塞分區(qū)→占用下一閉塞分區(qū)→出清本閉塞分區(qū)”的邏輯檢查。一旦出現(xiàn)JLJ落下不再吸起,證明列車在b分區(qū)占用后出現(xiàn) “失去分路”,或在c分區(qū)出現(xiàn) “完全失去分路”。在此情況下將bJLJ吸起條件納入bGJ勵(lì)磁電路,如圖6所示。
圖5 閉塞分區(qū)JLJ電路原理圖
圖6 GJ勵(lì)磁電路修改圖
由圖6可知,參與信號(hào)控制 (通過信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈電路及閉塞分區(qū)編碼電路)的GJ勵(lì)磁條件,除需QGJ勵(lì)磁外,還需檢查本閉塞分區(qū)的JLJ亦處于勵(lì)磁狀態(tài)。進(jìn)而實(shí)現(xiàn)列車 “占用丟失”防護(hù)功能。
經(jīng)過幾年來全路電務(wù)人員認(rèn)真不斷地開展整治工作,設(shè)備研制單位在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、原因分析和措施制定上給予的大力支持,使得我國軌道電路的現(xiàn)場(chǎng)整治取得了一定的效果,為鐵路的安全運(yùn)行提供了基本保障。但是,由于鐵路運(yùn)輸?shù)默F(xiàn)場(chǎng)環(huán)境十分復(fù)雜,在未來應(yīng)用中還會(huì)不斷暴露出新的問題,希望同仁繼續(xù)發(fā)揚(yáng)實(shí)事求是的優(yōu)良傳統(tǒng),從裝備技術(shù)、系統(tǒng)技術(shù)層面開展更多的研究,為我國鐵路信號(hào)技術(shù)發(fā)展、鐵路裝備的不斷進(jìn)步發(fā)揮更大的作用,做好鐵路安全運(yùn)輸衛(wèi)士的工作。
[1] 阿·米·布列也夫,尤·阿·克拉夫錯(cuò)夫,阿·伏·希師良柯夫 .軌道電路的分析與綜合[M].北京:中國鐵道出版社,1981.
[2] UIC 737-2-2004.國際鐵路聯(lián)合會(huì)規(guī)程—為提高軌道電路分路靈敏度的措施[S].2004.
[3] 中華人民共和國鐵道部 .鐵路通信信號(hào)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[S].(合訂本).北京:中國鐵道出版社,2006