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一种轨道电路短路故障快速诊断的仪表

3西安铁路局电务处　教授级高工,

710054　

西安　

33西安铁路局电务处　工程师,710054　西安　333西安安路信铁路技术有限公司　工程师,710054　西安　收稿日期:2009201214一种轨道电路短路故障快速诊断的仪表

王耀杰3　周汝明33　刘正祥333

摘　要:介绍一种基于测试轨道电路阻抗的轨道电路短路故障快速查找的方法和仪表,可广泛应

用于各种制式的轨道电路。

关键词:轨道电路;短路;诊断

Abstract:Thearticleintroducedafastdiagnosismeterfortrackcircuitshort,whichisbasedontrack

circuitimpedancetestandcouldbeappliedtovariouskindsoftrackcircuit.

Keywords:Trackcircuit;Short;Diagnosis

轨道电路轨端绝缘破损、轨距杆漏电、道岔绝

缘不良、水泥枕内部钢筋短路等原因,经常造成轨

道电路出现红光带。这种故障是日常维护中经常遇

到而且最难处理的故障,用经典的电流感应法难以

短时间处理。因此研究解决该类问题的方法,成为

信号维护工作的一项重要课题。

1　各种测试方法分析

1.直流电阻法。即直接用万用表测试轨道电路的直流电阻,找到电阻为零的点即为故障点。该

方法仅适用于非电化区段的轨道电路,而且必须甩

开送、受电端设备,无法进行在线测试。

2.电压法。即用万用表测试彼此绝缘设备间的电压,根据电压的大小,判断绝缘的好坏。该方

法仅能对轨道电路的各部绝缘进行定性检测,无法

做到定量分析和故障定位。

3.电压比较法。利用微机监测记录的相邻区段电压同时下降的趋势进行分析。该方式仅能对装

设扼流变压器的电化区段,利用绝缘单边破损扼流

变压器半边效应,对轨端绝缘破损单一故障进行定

性分析。当轨道电路中存在干扰,或轨道电路停

电,以及非电化区段不适用。

4.电流感应法。利用装有电感线圈(感应器)的检测仪器在轨道上推行,根据感应电流的

大小来判断绝缘是否良好。该方式分无源型和有源

型2种。无源型是利用原轨道电路的信号作为测试信号源;而有源型是利用测试仪输出信号作为信号

源。该方式缺点在于对感应器制造要求较高,且携

带不方便。

5.等效法。测试仪内置一自激振荡放大器和作为反馈回路的可调电阻,可调电阻调整越低,振

荡输出越大。把被测设备和可调电阻用控制开关接

到被测端子上,使用时首先断开可调电阻,接入被

测设备,记录其振荡输出值;然后断开被测设备,将可调电阻接入并调整,当振荡输出与原测试振荡

输出一致时,该可调电阻值就是被测设备的绝缘电

阻值。该方法对各种轨道电路都能够进行在线测

试,但使用不方便,且稳定性、准确性、可重复

性差。

为解决轨道电路短路故障点快速定位问题,研

制了一种基于测试轨道电路阻抗的短路故障诊断

仪,它不受轨道电路信号的频率、幅度、牵引电流等

条件的限制,可快速查找出轨道电路短路故障点。

2　设计思路

1.在线测量。为了做到对各种制式的轨道电路都能在线测量,必须采用有源仪表。由该测试仪

产生一个标准信号加载到被测设备的两端,仪器通

过测试计算出被测轨道电路的阻抗。由于测试仪输

出信号阻抗高,所以不对25Hz、50Hz相敏、国

产移频、UM系列轨道回路产生影响,并能方便地

从轨道电路的信号中分离出来。

2.故障定位。钢轨对常用信号的阻抗为

1～10Ω/km,与道床组成低阻传输网路。因此,用一般的低频信号很难测量出一个轨道区段内的短

路点。由钢轨阻抗计算公式(1)～(4)式可以

看出,钢轨阻抗随着信号频率的升高增大。如果选

—63— 2009年9月铁道通信信号September2009 第45卷　第9期RAILWAYSIGNALLING&COMMUNICATIONVol145　No19　

阻抗足够大,就可以测量出其短路故障点。

钢轨阻抗的计算

Z=R+jωL　=2(r+rd)+jω[Lω+2(Ln+Ld)](1)

r=1pμi×ρ×ω(2)

Ln=9515rf(3)

Lω=0141ln(2πap-1)(4)

其中,r为单根钢轨道交流阻抗;rd为轨端接续

线的交流阻抗;Ln为单根钢轨的内电感;Ld为轨端

接续线的内电感;Lω为钢轨回路的外电感。当信号

源的频率选择分别为1kHz、50kHz、100kHz时,忽略轨端接续线和钢轨的内电感及接续线电阻,则

50kg/m钢轨的阻抗可分别计算为:6179∠7819°、

332192∠8814°、66518∠88187°Ω/km。通过计算,可得出结论:当测试仪输出信号频率低于或等于

1kHz时,钢轨阻抗小于01007∠7819°Ω/m,无法实现短路故障点测定;而测试仪输出信号频率高于

50kHz时,钢轨阻抗可大于0133∠8814°Ω/m,实现了短路故障点的可测性。

3.使用、携带方便。考虑到轨道电路在漏电流非常小情况下的运用和制做高灵敏度感应器的困

难,应采用直接接触式测量方式。配备一定能量的

锂电池,并有剩余电量显示,同时具有电压测试功

能,方便现场运用。

4.按照铁道部有关规定和运用经验,可对绝缘不合格和绝缘已经损坏危及行车安全的情况作出

警示。

3　系统设计

1.硬件电路构成。硬件电路框图如图1所示,主要由滤波电路、A/D、DSP、高频信号产生器、

存储器、电源、输入输出接口电路等组成。完成高

频信号的产生、发送,采样滤波等处理及显示。采

样信号经过放大、高通滤波、精密整流、峰值检测

电路进入微处理器进行A/D转换,将模拟量转化

为数字量,根据测量值及其预置门限值判断设备的

绝缘状态。

2.软件构成。软件程序设置框图如图2所示,主要包括以下几部分:数据输入、A/D转换及

数据处理

;

电压

、电流检测定量判断;液晶字符图形显示及报警。

3.数字信号处理。采集到的信号当中掺杂了

移频、25Hz和牵引电流等信号。为了不对测量构

成影响,必须采用一定的措施将这些信号的影响去

除。一方面利用滤波电路进行处理;另一方面在算

法上考虑将这些信号滤除掉。采用数字滤波可将这

些信号与发送的高频信号区分开来。

4　运用方法

根据铁道部运基信号[2007]484号关于印发

《工、电联合整治道岔项目及标准》的通知,对钢

轨绝缘的要求为>20Ω。短路故障测试仪在绝缘

节两侧轨道电路空闲时,测试出的绝缘值一般≥

20Ω。轨道电路两轨间的绝缘值也一般≥20Ω

(道岔区段和叠加其他附加轨道电路除外)。

1.两轨间任意点短路故障判断(含轨距杆、

道岔转换装置、轨枕、道床):轨道电路空闲时两

轨间的阻抗受道床电阻的影响,一般用测试仪在轨

面任意点测试应在8～36Ω间,当钢轨存在分路

点时,钢轨间阻抗值下降。将测试仪两表棒分别置

于两根钢轨轨面,读出钢轨阻抗值,向被测点两侧

移动3m,再次进行测量,比较测量结果,阻抗值

—73—RAILWAYSIGNALLING&COMMUNICATION　Vol145　No19　2009　

降低的方向就是短路点方向,

阻抗值最小点就是短

路点(可按钢轨阻抗015Ω/m估算,减少测量次

数,加快判断速度)。

2.钢轨轨端绝缘破损造成同侧钢轨短路故障判断:将测试仪两表棒分别置于被测绝缘节两端,正常时绝缘值大于或等于20Ω;5～19Ω为绝缘

不良,当绝缘值小于5Ω时,就会导致轨道继电

器电压下降,影响到轨道电路正常工作;在绝缘值

小于3Ω时,必须立即进行更换。5　结束语

该仪器于2008年通过西安铁路局技术鉴定,经现场验证适用于轨道电路的短路和漏电故障点快

速查找;采用锂电池供电,节电设计,开机校零后

和普通万用表一样使用方便,是电务、工务处理故

障时必不可缺的重要仪表。(责任编辑:温志红

)　3天津滨海快速交通发展有限公司　工程师,300170　天津　收稿日期:20092062

30城轨交通

津滨轻轨ATC系统

王东波3

津滨轻轨信号系统是由北京市华铁信息技术开

发总公司同美国联合道岔与信号国际有限公司(USSI)共同开发的列车自动控制系统(Automatic

Traincontrol)ATC。津滨轻轨东段工程全长451409km,其中高架

线路39192km。全线共设19个车站,预留车站

5个。在胡家园设车辆段1个,段内设试车线1条,长1175km。控制中心设在开发区第七大街。中山

门西段工程是东段工程的续建工程,西起天津站,终

到东段工程起点站中山门站,均为地下车站,共

5个。控制中心和东段合用。信号系统中的列车自动控制系统是城市轨道交

通系统中保证列车运行安全、缩短列车运行间隔、

提高列车运行质量的核心设备。它采用计算机及网

络技术实现对列车自动控制的各项专用功能。

ATC系统由列车自动防护系统ATP、列车自动运行系统ATO、列车自动监控系统ATS和计算

机联锁系统(ComputerInterlocking,CI)构成。

ATP系统是保证列车运行的重要安全设备,自动控制列车的运行间隔和超速防护;ATO系统在ATP系统的基础上,实现列车自动运行,优化列车运行

曲线,并在车站站台准确停车;ATS系统根据列车

时刻表,自动监控列车运行,并实现列车运行自动

调整;计算机联锁系统是ATP系统的组成部分,保证列车运行进路上的道岔位置正确和运行安全。

1　ATP子系统

ATP子系统由ATP车载设备和ATP轨旁设备

组成,是保证列车行车安全,缩短列车运行间隔的

重要安全系统。该系统分为固定闭塞和移动闭塞

2种方式。固定闭塞又分为速度码模式和目标距离

模式。津滨轻轨采用的目标距离模式(准移动闭

塞),与上海地铁2、3号线,广州地铁1、2号线,南京、深圳地铁相同。广州地铁3号线和武汉轨道

交通1号线采用移动闭塞。上述3种闭塞方式均可

以使列车运行设计间隔达到90s,移动闭塞理论运

行间隔还可以缩短。目标距离模式的ATC系统具

有以下技术特点。

1.线路划分为若干固定的闭塞分区。

2.一个闭塞分区只能由一列车占用。

3.闭塞分区长度按最长列车、满载、最高允

许速度、最不利制动率及最小列车运行间隔时间等

最严格条件来设计。

4.列车间隔为若干闭塞分区,根据列车实时

速度距离计算列车制动起点,生成速度2距离制动

曲线,终点是前方列车占用闭塞分区的边界。

5.采用连续曲线控制方式,只需要一定长度

的保护距离。

6.准移动闭塞方式列车控制精度高、列车运

行舒适度好,降低了司机的疲劳强度。

—83— 2009年9月铁道通信信号September2009 第45卷　第9期RAILWAYSIGNALLING&COMMUNICATIONVol145　No19　

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