50HZ相敏轨道电路.docx

1、50HZ相敏轨道电路直流单轨条牵引50Hz相敏轨道电路系统北京全路通信信号研究设计院2007年 北京单轨条牵引50Hz相敏轨道电路系统1城市交通轨道电路简介城市铁路、地铁工程车辆段内的列车无机车信号显示，因此其轨道电路的功能仅为列车占用检查。地铁电力机车一般为直流牵引，且牵引回流为单条钢轨，加设滤波器防护50 Hz交流连续式轨道电路，因滤波器故障不能保证安全，故轨道电路须采用单轨条回流方式的50 Hz相敏轨道电路。现将单轨条式50 Hz相敏轨道电路有关设计资料提供如下。1.1工作环境 环境温度：-40+60； 相对湿度：不大于90%（温度+25）； 大气压力：70106 kPa（相当于海拔高度

2、为3000 m以下）； 振动：振动不大于15 Hz，振幅不大于0.45 mm； 工作环境：工作于无爆炸危险的介质中，无足以腐蚀金属和破坏绝缘的气体与导电尘埃； 工作位置：水平。1.2技术条件 本设计资料所提供的轨道电路制式及所有相关设备是专为城市铁路及地铁工程车辆段研制的。根据工程不同其适用范围也不同，因此必须根据各自的要求设计。 本制式的电路系统能适应的最大直流牵引电流为4000 A。 本制式考虑的基础为股道按四根牵引轨条并联使用。 轨道电路的分路电阻为0.15 。 轨道电路的极限长度为300 m。 在钢轨阻抗为0.860/km、道碴电阻为1 km、50 Hz电源电压范围为220 V6.6

3、V时，在轨道电路极限长度内，该轨道电路能满足调整和分路检查的要求，并实现一次调整。 微电子相敏轨道电路接收器的返还系数大于85%。 设备电源采用直流24 V3.6 V，交流分量不大于1 V。 当环境温度为-2560时，微电子设备可靠工作。250 Hz相敏轨道电路2.1简介 什么是“50 Hz相敏轨道电路”？顾名思义，首先，在该轨道电路内传输和赖以工作的信号频率是50 Hz；其次，该轨道电路的接收器对该信号的相位有一定要求，即当接收器收到合适的相位时，才能正常工作，一般称其为具有“相敏”特性。所以该制式轨道电路的核心部分是其轨道接收器，即二元二位轨道继电器。 50 Hz相敏轨道电路制式的轨道继电

4、器采用JRJC型交流二元插入式继电器，又称为50 Hz的二元二位相敏继电器，该轨道继电器既具有频率选择特性，又具有相位选择特性。 依靠频率选择性，保证了二元二位相敏轨道继电器在接收到直流牵引电流时不会使其错误动作；只有在其局部线圈侧加上50 Hz、220 V交流电压，而该继电器的轨道线圈侧又接收到由钢轨内传送来的轨道信息，其频率为50 Hz、相位又合适时，当此两个条件都满足才能正常工作，该两个特性缺一不可。 因为，在直流牵引区段的钢轨内，虽然流通的是直流电流，但该直流电流通常是靠三相全波整流取得，这使牵引变电所的输出端，除有牵引机车需要的直流分量外，还有对信号设备会产生有害影响的波纹电压。因而

5、，在电力牵引供电回路中造成各种小的交流电流；同时因为电力机车牵引控制的需要，譬如列车起车、停车、调节不同的运行速度、列车载重量的变化等，以及牵引供电中直流斩波技术设备的使用，由于这些因素的存在，均会引起牵引供电回路内直流电流的变化，它也使钢轨回路内产生了丰富的谐波成分。如果50 Hz谐波成分的干扰量足够动作一般的单元继电器时，就会因此产生误动，使设备失去安全保证。正因为如此，在我国铁路部门的电力牵引区段不允许使用交流连续式轨道电路(又称交流整流型轨道电路)，因为它使用的是单元的整流型继电器。 据了解，北京地铁“车场电气集中联锁”设备中，曾经使用了单轨条交流连续式轨道电路，为防护牵引谐波电流的干

6、扰，在其轨道电路的接收器(轨道继电器)的前级设置了滤波器。但是，众所周知，一般滤波器是由电容、电感元件构成，以信号设备的要求衡量，则它属于非安全元件。因为，当它们发生故障时，是无法保证设备导向安全的。 正因为该轨道电路制式不仅具有频率选择性，又具有相位选择性，所以，它就能较好地防护来自牵引电流的各种谐波干扰。在上海、广州、伊朗地铁及长春、大连、北京轻轨、广州、深圳、南京等城市轨道交通的车辆段或正线已经广泛采用了此轨道电路系统，经过几年来的运用考验，不仅没有发生制式上的问题，而且普遍反映设备简单、维修方便。可见，该制式在现阶段是车场电气集中设备中较为理想的轨道电路制式。 本制式轨道电路的局部电源

7、和轨道电源是采用同一个工频交流电源，故两者的相位要么同相、要么反相。由于该轨道电路制式具有相位选择性，也即对局部线圈和轨道线圈间的相位有一定的要求，因此必须考虑信号在传输过程中的相移问题。在研制50 Hz相敏轨道电路系统时，应采取相应措施，使轨道继电器接收到符合相位要求的信号。 另外，本制式轨道电路要适用于直流牵引区段，由于在牵引轨条内有大量的直流牵引电流流过，如前所述，“轨道电路是利用铁路线路的钢轨为导体”工作的电路系统，故该制式轨道电路的轨道变压器是并接在牵引轨条和非牵引轨条之间的，于是，在轨道电路送、受电端的轨道变压器和非牵引轨条间构成一条牵引电流的分支电路，因而，在轨道变压器中有一定量

8、的直流牵引电流流过并对其磁化。因此，本制式轨道电路的轨道变压器必须考虑直流电流的磁化作用，不能使用一般普通型的轨道变压器（包括电源变压器和中继变压器），必须研制适用于经一定量的直流电流磁化后、仍能正常工作的新型专用送、受电端轨道变压器。 本制式轨道变压器能适用在直流磁化电流不大于5 A的条件下，确保轨道电路系统正常工作。本制式轨道电路在室外的主要设备为送电端轨道电源变压器和受电端轨道中继变压器等，它们分别置于室外的轨道电路送、受电端变压器箱内；室内除需要设置相应的50 Hz电源设备，分别为其送电端供给电源和为受电端的二元轨道继电器供给局部电源外，还需设置二元二位相敏轨道继电器和与其配套的电路组

9、合，作为受电端的接收设备，构成轨道电路系统。相敏轨道电路系统制式简单、使用方便、维修周期长、易学好懂、便于设计、施工和维修。2.250 Hz相敏轨道电路信号传输中的相移问题 50 Hz相敏轨道电路中轨道继电器的理想角为：“局部电流导前轨道电流90”。实际应用中两者间的相位关系不可能正好符合理想角，这是因为轨道电路在传输过程中存在着各种不同的因素和条件，因此实际的相位角与理想角之间一定会有一个差值，这个差值被称为“失调角”。由前述公式可知，失调角大到一定程度必会导致正转矩下降，继电器可能吸不起来，甚至可能产生负转矩。因此必须采取相应的措施，尽量缩小失调角，使其限制在一定范围内，根据最不利条件下的

10、轨道电路计算，一般希望其为20，才能保证系统电路的正常工作。 由此可知，使轨道电压的相位和局部电压的相位达到理想角十分重要，25 Hz相敏轨道电路是在电源屏内部，通过变频机及定相电路，确保其输出的局部电源电压相位导前轨道电源电压相位90，这是该制式轨道电路正常运作所必要的保证措施。而向50 Hz相敏轨道电路提供的为50 Hz的电源，因其电源无须变频，所以电源屏直接取自50 Hz工频电源，比较简单，造价也较低，也不设移相定相电路，屏内的轨道和局部电源都取自于同一个工频交流电，因此该两者在相位上的关系只能是或者同相，或者反相。因此，必须采取措施，即进行“调相”使轨道电路信息在系统传输过程中自然产生

11、相移，最后使轨道线圈电流落后于局部线圈电流的相位，其相位差尽量接近理想角。调相的方法有多种，但经过比选后，现将本制式采取的具体措施介绍如下。 在受电端二元轨道继电器的轨道线圈侧回路内串接电容进行调相。经计算分析，该方案切实可行。为了尽量和现有器材相配套，采用电容串联调相法。采用该方法后，失调角可以限制在20以内。3WXJ50型微电子相敏轨道电路WXJ50型微电子相敏轨道电路接收器以微处理机为基础，采用数字处理技术对轨道电路中的信息进行分析、检出有用信息，除去干扰，完成50 Hz相敏轨道电路接收功能。 WXJ50型微电子相敏轨道电路接收器取代原JRJC型二元二位相敏继电器，解决了原继电器接点卡阻

12、、抗电气化干扰能力不强、返还系数低等问题，与原继电器的接收阻抗、接收灵敏度相同，提高了安全性和可靠性。WXJ50型微电子相敏轨道电路室内设备包括WXJ50型微电子相敏轨道电路接收器（WXJ50）和调相防雷变压器（TFQ）。WXJ50接收器采用不同的组合配置，可以构成单套设备使用结构，也可以构成双套设备并联使用结构，以提高系统的可靠性、方便维修，其使用器材完全一致，只是组合配置不同。3.1WXJ50型微电子相敏轨道电路接收器技术条件WXJ50型微电子相敏轨道电路接收器安装在安全型继电器罩内，采用继电器插座。其端子分配如图1所示：图1 WXJ50型微电子相敏轨道电路接收器端子图WXJ50型微电子相

13、敏轨道电路接收器工作电源为直流24 V3.6 V，交流分量不大于1 V，可由电源屏供给，也可另加独立整流电源供给。每套接收器耗电小于100 mA（包括驱动JWXC-1700型轨道继电器的电流）。WXJ50型微电子相敏轨道电路接收器局部电源为11050 Hz，由电源屏或另加独立电源供给(当电源屏没有110 V输出时，每个咽喉采用一个BG2-300变压器供电，设置在继电器架上)。每套接收器局部输入阻抗为30 k，输入电流约为3.7 mA。WXJ50型微电子相敏轨道电路接收器的最后执行继电器JWXC-1700安全型继电器。轨道接收阻抗：Z=50020 ，= 0。轨道接收信号与局部电源为理想相位0时，

14、工作值为12.51 V，返还系数大于80%。具有可靠的绝缘破损防护性能。轨道输入采用防雷变压器，具有较强的雷电防护能力。防雷补偿器（TFQ）也安装在安全型继电器罩内，每个继电器罩安装2套设备，供两段轨道电路使用，其电路图及接线端子如图6所示。其中“轨道输入”和“轨道输入”接轨道电路，“轨道输出”和“轨道输出”接WXJ50接收器的“73”、“83”端子。图2 TFQ防雷补偿器端子图3.2WXJ50型微电子相敏轨道电路WXJ50型微电子相敏轨道电路每段轨道电路使用两套WXJ50接收器，共同驱动一个轨道继电器，其两套设备中只要有一套正常工作，就能保障系统正常运行，进一步提高了系统的可靠性；如果其中一

15、套发生故障，能及时报警，通知维修人员进行维修，而且对其中单套维修时，不影响系统使用，方便现场维修。WXJ50型微电子相敏轨道电路每个组合安装4段轨道电路设备和1个报警盒(BJH)。报警盒也安装在安全型继电器罩内，其接线端子图见图7，其中报警输入接各微电子相敏接收器“BJ-”，报警电源接各微电子相敏接收器“BJ”，报警盒上有报警表示灯，能明确显示哪个设备发生故障，并使报警继电器（BJJ）吸起报警，报警盒的“报警输出”接KZ24 V，本车站所有报警盒的“报警输出”并联，接报警继电器（JWXC-1700）的线圈“1”，线圈“4”接KF24 V(每个车站采用一个BJJ，全站BJH并联使用)。图3 报警

16、盒端子图3.3单轨条式50 Hz微电子相敏轨道电路原理图。图4 50Hz相敏轨道电路原理图设备的构成：1)WXJ50：50 Hz微电子相敏接收器2)BJH：50 Hz微电子相敏接收器报警盒3)TFQ：调相防雷器4)BGD-A：直流电化送电端电源变压器5)BZD-A：直流电化受电端中继变压器6)R1、R2(R1-4.4/440)：送、受电端防护电阻（送电端R1同时又是限流电阻）；7)RD1、RD2、RD3：熔断器。WXJ50型微电子相敏轨道电路室内设备包括WXJ50型微电子相敏轨道电路接收器（WXJ50）和防雷补偿器（TFQ）。3.4轨道电路室外布置 一个送电端、一个受电端的轨道区段，如图5所示

17、。图5 一个送电端、一个受电端、带三个无受电分支的轨道区段，每个无受电分支长度均小于65 m，如图6所示。图6 一个送电端、两个受电端、带一个无受电分支的轨道区段，该无受电分支的长度小于65 m，如图7所示。图7 轨道电源的线路允许压降不大于30 V。 电源要求为220 V6.6 V。 每段轨道电路用电量为45 VA。 受电端单芯电缆控制长度不大于1000 m。3.5一送多受轨道电路控制方法WXJ50型微电子相敏轨道电路接收器在一送多受时，每个分支用一个执行继电器，在主接收器的执行继电器的吸起回路中串接其他分支执行继电器的上接点，如图8所示。图8 一送多受时各分支的控制方法4有交叉渡线的轨道电

18、路图 9设有交叉渡线的轨道电路如图9所示，若按非电气化区段布置轨端绝缘，则在上、下两个区段（A段及B段）轨道电路有一根钢轨相连，如图9的粗线所示。在电气化区段因设有扼流变压器，相邻两段轨道电路扼流变压器的中点相连，使上述A、B两段轨道电路的另一根轨条通过一定的迂回阻抗也相连，如图9的虚线所示，这就造成了轨道电路工作不稳定。表现在下列情况：4.1轨道电路本身问题a. 调整这两个区段时，改变任一区段的供电电压，影响另一区段轨道继电器的电压； b. 改变任一区段供电电压极性时（电压保持不变），另一区段的继电器电压变化很大； c. 任一区段分路时，另一区段继电器电压也降低，甚至不能保持吸起。4.2牵引

19、电流引起的问题 渡线区段空闲时，其他区段有机车升弓，造成瞬间冲击电流，有可能熔断渡线区段的熔断器，或未熔断但轨道继电器瞬间落下。4.3解决的根本方法通过以上分析可知，造成上述几种不正常现象的根本原因是A、B两段轨道电路有一处直接相连。另一处经迂回后相连，这与轨道电路制式无关。所以电气化区段有交叉渡线的轨道电路，凡是采用双扼流者，任何制式都存在这些问题。而非电气化区段只有一处直接相连，所以不存在上述问题。解决的根本方法是将两处相连，改为只有一处相连。即在渡线处加装两处绝缘，使A、B两段轨道电路完全隔开加以解决。5WXJ50型微电子相敏轨道电路检测仪表5.1WXJ50轨道电路测试盘微电子相敏接收器

20、配置的轨道电路测试盘是在原轨道电路测试盘基础上增加了相位测试功能和轨道继电器电压测试功能，使得能够在测试轨道电路接收电压的同时测量接收信号与局部信号的相位和轨道继电器电压。轨道测试盘上配备有：a. 转换开关；b. 测量轨道接收电压50 Hz交流电压表；c. 测量轨道电源与局部电源之间相位角的50 Hz数字相位表(附电源开关，用50 Hz 110 V作为工作电源)；d. 测量执行继电器工作电压的直流电压表。50 Hz微电子相敏轨道电路测试盘，安装尺寸与标准测试盘相同，占用一个组合位置。图10 带相位表的轨道电路测试盘轨道测试盘配线表 表1测试对象侧面端子测试对象侧面端子直流交流直流交流输出+输出

21、-轨道输入+轨道输入-输出+输出-轨道输入+轨道输入-101-101-201-301-42506-706-806-906-10201-501-601-701-82606-1106-1206-1306-14301-901-1001-1101-122706-1506-1606-1706-18401-1301-1401-1501-162807-107-207-307-4501-1701-1802-102-22907-507-607-707-8602-302-402-502-63007-907-1007-1107-12702-702-802-902-103107-1307-1407-1507-1680

22、2-1102-1202-1302-143207-1707-1808-108-2902-1502-1602-1702-183308-308-408-508-61003-103-203-303-43408-708-808-908-101103-503-603-703-83508-1108-1208-1308-141203-903-1003-1103-123608-1508-1608-1708-181303-1303-1403-1503-163709-109-209-309-41403-1703-1804-104-23809-509-609-709-81504-304-404-504-63909-9

23、09-1009-1109-121604-704-804-904-104009-1309-1409-1509-161704-1104-1204-1304-144109-1709-1810-110-21804-1504-1604-1704-184210-310-410-510-61905-105-205-305-44310-710-810-910-102005-505-605-705-84410-1110-1210-1310-142105-905-1005-1105-124510-1510-1610-1710-182205-1305-1405-1505-164611-111-211-311-423

24、05-1705-1806-106-24711-511-611-711-82406-306-406-506-64811-911-1011-1111-12GJZ110112-13电话A12-17GJF110112-14电话B12-18GJZ110212-15GJF110212-165.2有效值测试相位表ME25/50相敏轨道电路测试表是一款铁路电务专用仪表。适合电务工区日常对25Hz（或50Hz）相敏轨道电路检测和维护使用。该仪表以数字信号处理技术为核心，采用精密的信号调理器件和点阵液晶屏显示。该仪表适用于室内相角测量、室外极性交叉测量以及其它工频电压(50Hz)的相角测量。本仪器由两路输入信号，

25、把局部、轨道信号接入仪器的相应输入端，约1秒钟，即可测出相位差、局部电压、轨道电压及轨道电压的有效值。5.3轨道电路极性交叉测试仪该测试仪有四条测试线，分别接于轨道电路绝缘节两端，可以非常方便的测试出该相邻两段轨道电路极性是否交叉，该设备对新开通的轨道电路和定期检查轨道电路极性交叉是非常必要的。6WXJ50I型微电子相敏轨道电路组合图11 WXJ50I型微电子相敏轨道电路组合正视图图12 WXJ50-I型微电子相敏轨道电路组合配线图7WXJ50II型微电子相敏轨轨道组合布置图13 WXJ50II型微电子相敏轨道电路组合正视图图14 WXJ50-II型微电子相敏轨道电路组合配线图850 Hz相敏

26、轨道电路的调整和测试 送电端限流电阻和受电端防护电阻的数值，应按原理图的规定加以固定，不应作为调整轨道电路的手段进行调整。若调小限流电阻，将恶化轨道电路的分路检查；同时调小防护电阻将引起直流磁化电流的增加，导致轨道电路不能正常工作。因此在调整前，应首先检查送电端限流电阻和受电端防护电阻的阻值，是否符合原理图的规定。然后再调整供电变压器的二次电压，使之满足轨道电路的要求。 相敏轨道电路的重要特征之一是具有相位选择性，因而有可靠的轨端绝缘破损防护，在调整轨道电路前，对标有同名端的设备，应按设计图中要求，检查其间是否均已按同名端相连，和钢轨的连接是否符合相位要求。在调整供电变压器的电压时，也应注意不

27、要将同名端接错。如遇个别器材的同名端不符合规定时，则应予以更换，避免日后造成混乱，影响轨道电路的正常工作。 完成上述1、2步骤后对轨道电路进行测试。用电压表对二元继电器的轨道侧和局部侧进行测量，当读数符合要求时，轨道继电器应励磁吸起；若不吸起再用相位表对二元继电器的轨道侧和局部侧进行测量，看其相位是否正确。 在施工和维修中对轨道电路的调整，可按调整参考表进行。调整表所给电压值为参考值，实际调整时有一定误差，可上下浮动。调整使用说明：a送电端限流电阻和受电端防护电阻的数值为2.2 。b微电子接收器交流工作电压有效值15 V18 V。c轨道电路分路残压不大于10 V。d送电端电缆允许压降不大于30

28、 V。e失调角不大于20。9轨道电路参考调整表 根据对50Hz相敏轨道电路的调整状态和分路状态的计算，整理后的参考调整表如下:参考调整表类 型长度（km）送电端调整电压UB(V)轨道继电器端电压(V)UJmaxUJmin一送一受0.056.315.812.5一送一受0.106.716.812.5一送一受0.207.518.712.5一送一受0.308.420.712.5一送一受带三个无受电分支0.308.420.912.5一送两受带一个无受电分支0.2010.717.412.510轨道电路室外配线图图15 轨道电路室外配线图北京全路通信信号研究设计院50Hz相敏轨道电路专题组2007年8月 北京