李天

（山東濟(jì)鐵工程建設(shè)集團(tuán)有限公司，山東濟(jì)南，250000）

0 引言

軌道電路作為鐵路信號(hào)基礎(chǔ)設(shè)備，主要由電源屏、變壓器、電阻器、繼電器等器件組成，在控制列車(chē)運(yùn)行中發(fā)揮重要作用。非正常紅光帶是軌道電路常見(jiàn)故障，其故障誘因較為復(fù)雜、應(yīng)急處理難度較大，需結(jié)合具體故障類(lèi)型與特征進(jìn)行針對(duì)性處理措施的編制，為列車(chē)運(yùn)輸秩序及安全提供保障。

1 軌道電路構(gòu)成與工作原理

25Hz相敏軌道電路由電源屏、阻抗聯(lián)接變壓器、軌道變壓器、阻流電阻器、繼電器、防護(hù)盒、鋼軌及接續(xù)線等設(shè)備與器材組成（軌道電路構(gòu)成及工作原理如圖1所示），其中電源屏為25Hz，阻抗聯(lián)接變壓器構(gòu)成牽引電流的回歸通路，軌道變壓器用于調(diào)節(jié)軌道電壓，鋼軌可作為傳輸通道[1]。在工作原理上，由軌道變頻器和局部變頻器分別負(fù)責(zé)向軌道電路、繼電器局部電路供電；依據(jù)不同軌道電路的類(lèi)型、長(zhǎng)度進(jìn)行送電端軌道變壓器的設(shè)置，并在受電端匹配相應(yīng)的繼電變壓器、阻抗聯(lián)接變壓器等，保證牽引電流順利通過(guò)，并發(fā)送25Hz軌道信息；選取二元二位繼電器安裝在軌道上，將防護(hù)盒兩端并接在繼電器軌道線圈上，形成中心頻率為50Hz的并聯(lián)諧振電路；在送電端設(shè)置2.2Ω電阻，既能夠起到限流作用，在軌道電路送電端軌面發(fā)生短路的情況下保護(hù)送電電源和變壓器不被燒毀，同時(shí)也可以提高軌道電路分路靈敏度。

2 非正常紅光帶故障原因及處理方法分析

25Hz相敏軌道電路非正常紅光帶的故障誘因大體包含三種類(lèi)型：其一是軌道電路開(kāi)線或線間絕緣損壞故障；其二是信號(hào)設(shè)備或器材老化、損耗；其三是牽引電流不平衡或電氣化干擾。對(duì)此結(jié)合典型故障案例進(jìn)行故障查找與處理措施的探討：

■2.1 軌道電路開(kāi)線或線間絕緣損壞

當(dāng)全站軌道區(qū)段、一個(gè)咽喉或一束軌道電源的所有區(qū)段同時(shí)發(fā)生紅光帶故障時(shí)，應(yīng)檢查電源屏是否出現(xiàn)故障、各束軌道電源有無(wú)電壓輸出，并區(qū)分各區(qū)段的送電端、受電端是否共用同一電纜，排查是否因電纜斷線引發(fā)紅光帶故障。當(dāng)相鄰兩區(qū)段出現(xiàn)非正常紅光帶現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)檢查分界處的絕緣有無(wú)脫落、破損問(wèn)題，并查看兩相鄰阻抗聯(lián)接變壓器回流線與中性連接板的連接情況，利用封連線進(jìn)行短接處理，直至無(wú)異常問(wèn)題。當(dāng)某一單獨(dú)區(qū)段出現(xiàn)非正常紅光帶時(shí)，應(yīng)結(jié)合軌道電路線路分支端的具體設(shè)備情況進(jìn)行區(qū)分，例如針對(duì)一送多受區(qū)段，需查看各分支軌道繼電器是否均被吸起，針對(duì)區(qū)段定型組合中軌道繼電器等接點(diǎn)處的工作狀態(tài)進(jìn)行分析，并分室內(nèi)、室外兩種情況進(jìn)行具體探討[2]。

圖1 25Hz相敏軌道電路的基本構(gòu)成及工作原理

■2.2 器材老化或損耗

2.2.1 故障區(qū)段是否正在發(fā)碼

在單個(gè)區(qū)段發(fā)生非正常紅光帶現(xiàn)象時(shí)，需判斷該區(qū)段是否正在發(fā)碼，例如當(dāng)信號(hào)開(kāi)放后，正線接發(fā)車(chē)的直進(jìn)直出進(jìn)路上某一區(qū)段或股道突然出現(xiàn)紅光帶，則說(shuō)明故障區(qū)段均發(fā)碼。當(dāng)判斷故障區(qū)段非正在發(fā)碼區(qū)段時(shí)，應(yīng)以分線盤(pán)作為故障排查依據(jù)，選取MF-14萬(wàn)用表針對(duì)故障區(qū)域受電端進(jìn)行測(cè)量。當(dāng)測(cè)得交流電壓保持在正常范圍內(nèi)時(shí)，可初步判斷故障原因?yàn)檐壍离娐废辔唤钦{(diào)整不當(dāng)或繼電器局部軌道線圈側(cè)發(fā)生故障。在測(cè)得電壓數(shù)值異常時(shí)，需甩線測(cè)量電纜側(cè)電壓值，當(dāng)測(cè)得電壓值約為40V時(shí)，可推斷出室內(nèi)設(shè)備出現(xiàn)故障；當(dāng)測(cè)得電壓值偏低且掛上軟線后仍無(wú)法將軌道繼電器吸起時(shí)，可推斷出室外設(shè)備出現(xiàn)半短路或半開(kāi)路故障；當(dāng)測(cè)得電壓值為零時(shí)，需檢測(cè)室內(nèi)送電端有無(wú)電壓送出，在測(cè)得有電壓送出時(shí)說(shuō)明故障點(diǎn)位于室外，倘若未測(cè)得電壓則還需通過(guò)甩線測(cè)量進(jìn)行故障判定。

2.2.2 室內(nèi)設(shè)備故障

其一是開(kāi)路故障，當(dāng)觀察到軌道繼電器未被吸起時(shí)，需分別測(cè)量繼電器3號(hào)、4號(hào)線圈處的電壓。當(dāng)測(cè)得電壓值低于正常數(shù)值時(shí)，可推斷出繼電器3號(hào)、4號(hào)線圈出現(xiàn)斷線問(wèn)題；當(dāng)測(cè)得電壓值約為正常數(shù)值的1/2時(shí)，可初步推斷為防護(hù)盒出現(xiàn)開(kāi)路故障；當(dāng)測(cè)得線圈電壓約為正常數(shù)值的1/3時(shí)，其故障原因多為硒堆過(guò)電壓擊穿；當(dāng)測(cè)得線圈電壓為正常數(shù)值，且在1號(hào)、2號(hào)線圈局部測(cè)到有110V電壓時(shí)，通常故障原因?yàn)槔^電器局部線圈開(kāi)路或出現(xiàn)機(jī)械卡阻故障等；當(dāng)在3號(hào)、4號(hào)線圈處未測(cè)到電壓值時(shí)，說(shuō)明故障原因可能為由分線盤(pán)到繼電器段的局部線圈短接線斷開(kāi)或出現(xiàn)短路故障[3]。

其二是短路故障，在處理短路故障時(shí)應(yīng)將防雷硒堆或防護(hù)盒上的配線依次斷開(kāi)，測(cè)量軌道繼電器3、4號(hào)線圈處的電壓數(shù)值，當(dāng)發(fā)現(xiàn)某線圈處的電壓值突然增大，說(shuō)明該處對(duì)應(yīng)的器件出現(xiàn)故障。

其三是局部回路出現(xiàn)斷相故障，對(duì)此需分別測(cè)量軌道繼電器3、4線圈的電壓值是否正常，測(cè)量局部1、2線圈處是否出現(xiàn)110V電壓，并針對(duì)組合側(cè)面端子到繼電器處的配線是否連接正常進(jìn)行檢查。

2.2.3 室外設(shè)備故障

開(kāi)路故障通常包含以下三種情況：其一是送電端出現(xiàn)開(kāi)路故障，需分別檢查抗流線塞釘與鋼軌眼有無(wú)松動(dòng)或銹蝕問(wèn)題、抗流線與鋼軌連接是否存在虛接問(wèn)題；測(cè)量送電端電纜端子處是否出現(xiàn)220V電壓，倘若未測(cè)得電壓說(shuō)明可能存在電纜斷線問(wèn)題；測(cè)量變壓器一次側(cè)是否存在電壓，倘若未測(cè)得電壓說(shuō)明可能存在配線斷線情況；隨后測(cè)量變壓器二次側(cè)是否有電壓輸出，倘若未檢測(cè)到電壓輸出則推斷為變壓器自身出現(xiàn)故障或存在接頭松動(dòng)、封連線斷線問(wèn)題；測(cè)量阻抗聯(lián)接變壓器信號(hào)圈處有無(wú)電壓，當(dāng)未測(cè)得電壓時(shí)說(shuō)明可能存在電纜斷線問(wèn)題；測(cè)量阻抗聯(lián)接變壓器牽引圈處有無(wú)電壓輸出，倘若未測(cè)得電壓說(shuō)明可能變壓器自身出現(xiàn)故障。其二是受電端出現(xiàn)開(kāi)路故障，需檢測(cè)受電端軌面電壓值是否保持在正常范圍內(nèi)，并依次測(cè)量信號(hào)圈、牽引圈電壓值，針對(duì)塞釘是否出現(xiàn)松動(dòng)、銹蝕等問(wèn)題進(jìn)行核查；當(dāng)測(cè)得軌面電壓值與牽引圈處保持一致，且信號(hào)圈處未測(cè)得電壓輸出時(shí)，說(shuō)明故障原因?yàn)樽杩孤?lián)接變壓器出現(xiàn)斷線問(wèn)題；當(dāng)測(cè)得信號(hào)圈電壓值保持在正常范圍內(nèi)時(shí)，需分別測(cè)量變壓器一次側(cè)、二次側(cè)的電壓值，并針對(duì)各部位端子、封連線連接狀況進(jìn)行檢查，判斷是否為軌道變壓器內(nèi)部出現(xiàn)故障，完成故障排查。其三是軌道電路出現(xiàn)開(kāi)路故障，需沿鋼軌逐段測(cè)量軌面電壓值，將電壓值突變點(diǎn)或區(qū)段定義為開(kāi)路點(diǎn)及開(kāi)路區(qū)段。

短路故障同樣分為三種情況：其一是送電端出現(xiàn)短路故障，需檢查鋼軌引接線、中性連接板間的封連線連接情況，利用鉗形電流表進(jìn)行抗流線處的檢測(cè)，倘若未檢測(cè)到感應(yīng)電流需將阻抗聯(lián)接變壓器的信號(hào)圈端子配線拆下，倘若在電纜處測(cè)得電壓值，說(shuō)明故障原因?yàn)樽儔浩骶€圈出現(xiàn)短路問(wèn)題；倘若未檢測(cè)到電壓，則需判斷電纜線間絕緣是否出現(xiàn)損壞問(wèn)題。其二是受電端出現(xiàn)短路故障，其故障查找步驟與送電端基本一致，需注意判斷軌道變壓器二次側(cè)處是否能夠測(cè)到電壓值，倘若未測(cè)到電壓值說(shuō)明可能存在電纜線間絕緣損壞問(wèn)題；倘若測(cè)得電壓值，需將二次側(cè)配線重新連接，并針對(duì)變壓器一次側(cè)進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)未檢測(cè)到電壓時(shí)說(shuō)明變壓器內(nèi)部出現(xiàn)故障。

■2.3 牽引電流不平衡或電氣化干擾

牽引電流不平衡將導(dǎo)致受電端變壓器一次側(cè)電壓出現(xiàn)異常升降問(wèn)題，導(dǎo)致防雷硒堆被擊穿，軌道繼電器落下，造成紅光帶故障，在故障排查過(guò)程中需著重圍繞鋼軌引接線、接續(xù)線等部位進(jìn)行檢查，判斷是否出現(xiàn)斷線、虛接等問(wèn)題；當(dāng)因機(jī)車(chē)升弓、啟動(dòng)等因素導(dǎo)致?tīng)恳娏骷眲∩?，加之回流不暢引發(fā)牽引電流不平衡問(wèn)題時(shí)，易造成信號(hào)圈、保險(xiǎn)等燒毀問(wèn)題，對(duì)此需注意檢查回流線是否存在虛接現(xiàn)象等，并完成故障處理。

3 故障診斷及應(yīng)急處置措施優(yōu)化

■3.1 模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型

引入FNN模型進(jìn)行25Hz相敏軌道電路紅光帶故障問(wèn)題的診斷（如圖2所示），選取繼電器局部電壓、軌道電壓與相位角3項(xiàng)特征參量輸入系統(tǒng)中，系統(tǒng)輸出5種故障類(lèi)型，其中紅光帶故障包含道砟電阻過(guò)低、電源電壓偏低以及防護(hù)盒斷線三種情況。系統(tǒng)輸入層、輸出層節(jié)點(diǎn)數(shù)量分別為3個(gè)和5個(gè)，輸出值區(qū)間范圍為[0,1]，經(jīng)由仿真實(shí)驗(yàn)計(jì)算出隱含層神經(jīng)元共包含16個(gè)。接下來(lái)進(jìn)行模型訓(xùn)練，分別選取180組樣本作為學(xué)習(xí)樣本、20組樣本作為預(yù)測(cè)樣本，將動(dòng)量常數(shù)、學(xué)習(xí)速率分別設(shè)為0.95和0.01。通過(guò)觀察訓(xùn)練結(jié)果可知，該模糊網(wǎng)絡(luò)的收斂速度較快，經(jīng)由1359次迭代后達(dá)到目標(biāo)精度，能夠?yàn)?5Hz相敏軌道電路的故障診斷提供技術(shù)支持。

圖2 模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型結(jié)構(gòu)示意圖

■3.2 故障應(yīng)急處置措施

通常在鐵路不同區(qū)段現(xiàn)場(chǎng)設(shè)有移頻表，故障檢修人員可獲取到不同點(diǎn)位的電壓、電流數(shù)值，經(jīng)由數(shù)值比較實(shí)現(xiàn)對(duì)室內(nèi)外故障點(diǎn)的有效區(qū)分，減少因甩錯(cuò)線等情況引發(fā)的作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。在室內(nèi)故障排查與處理環(huán)節(jié)，可利用移頻表進(jìn)行受電端電壓、電流數(shù)值的測(cè)量，通過(guò)比較接點(diǎn)前后電壓變化完成故障發(fā)生位置的定位，并且注意將故障處理情況、故障成因等信息在行車(chē)設(shè)備檢查登記簿上進(jìn)行詳細(xì)標(biāo)明，借此有效節(jié)約后續(xù)上道檢查時(shí)間，進(jìn)一步提高故障排查與處理效率。

4 結(jié)論

總體來(lái)看，25Hz相敏軌道電路是保障列車(chē)行車(chē)安全的關(guān)鍵設(shè)備，在處理非正常紅光帶問(wèn)題時(shí)需將計(jì)算機(jī)采集數(shù)據(jù)與模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型相結(jié)合，通過(guò)數(shù)據(jù)分析與對(duì)比實(shí)現(xiàn)對(duì)室內(nèi)外故障的有效判斷區(qū)分，并且在上道前做好絕緣測(cè)試檢查與線路固定處理，安排專(zhuān)人負(fù)責(zé)開(kāi)展日常巡視檢查工作，及時(shí)更換、維修老舊設(shè)備、受損設(shè)備，配合故障應(yīng)急處置方案的編制，更好地為行車(chē)安全提供保障，提高鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)效能。