Hz相敏轨道电路原理及应用技术.docx
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Hz相敏轨道电路原理及应用技术
25Hz相敏轨道电路的原理及应用
截止到2005年底，中国铁路总营业里程已达到7.5万公里，复线达到2.5万公里，电气化达到2万公里，并且还将修建更多铁路。
目前在电气化铁路上有90％的车站采用25Hz相敏轨道电路，因此该制式成为电气化铁路站内轨道电路的首选。
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1997年经铁道部鉴定，决定用“97型25Hz相敏轨道电路”替代原“25Hz相敏轨道电路”在全路推广使用。
97行25Hz相敏轨道电路具有工作稳定可靠，维修简单和故障率低的优点，具有很高的抗干扰能力，并延长了轨道电路的极限长度（可达1500m），深受现场欢迎。
第一章轨道电路概述
一、轨道电路作用及构成
轨道电路是铁路信号自动控制的基础设备。
利用轨道电路可以自动检测列车、车辆的位置，控制信号机的显示；通过轨道电路可以将地面信号传递给机车，从而可以控制列车运行。
轨道电路是以铁路线路的两根钢轨作为导体，两端加以电气绝缘或电气分割，并接上送电和受电设备构成的电路。
二、轨道电路的原理
当两根钢轨完整，且无车占用，即轨道电路空闲时，电流通过两根钢轨和轨道继电器，使轨道继电器吸起，前接点闭合，信号开放。
当列车占用轨道电路时，电流通过机车车辆轮对，轨道电路被分路。
由于轮对电阻比轨道继电器电阻小得多，使电源输出电流显著加大，限流电阻上的压降随之增加，两根钢轨间的电压降低，流经轨道继电器的电流减少到它的落下值，使轨道继电器落下，后接点闭合，信号关闭。
同时，当轨道电路发生断轨、断线时，同样会使轨道继电器落下。
三、轨道电路分类
1、按轨道电路的工作方式分为开路式和闭路式轨道电路。
闭路式轨道电路能够检查轨道电路的完整性，所以目前信号设备中多采用闭路式轨道电路。
2、按牵引电流通过方式分为单轨调和双轨条轨道电路。
双轨条轨道电路工作比单轨条轨道电路稳定可靠，极限长度基本上可以满足闭塞分区长度的要求，但成本高。
电气化区段多采用双轨条轨道电路。
3、按相邻钢轨线路的分割方法分绝缘节式和无绝缘节式轨道电路。
4、按信号电流性质分直流、和交流；连续式和脉冲式供电等几种。
我国目前应用的有：
50Hz轨道电路、25Hz相敏轨道电路、微电子交流计数轨道电路和移频轨道电路（有4信息、8信息、18信息和UM71、ZPW2000）。
四、轨道电路的工作状态
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根据轨道电路的基本要求，在设计、计算和研究时，应分析以下三个状态：
1〉?
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调整状态是轨道电路空闲、线路完整，受电端正常工作时的轨道电路状态；其最不利条件是参数的变化是通过轨道继电器的电流最小，即电源电压最小，钢轨阻抗最大而道渣电阻最小。
2〉?
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分路状态是两条钢轨间被列车车轮对或其他导体连接，使轨道电路受电端设备能反映轨道被占用的轨道电路状态；其最不利条件是参数的变化是通过轨道继电器的电流最大，即电源电压最大，钢轨阻抗最小而道渣电阻最大。
3〉?
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断轨状态是轨道电路的钢轨被折断时，轨道电路受电端设备能反映钢轨断轨的轨道电路状态；其最不利条件是参数的变化是通过轨道继电器的电流最大，除了与电源电压最大，钢轨阻抗最小有关系外，还与断轨地点和道渣电阻大小有关。
第二章25Hz轨道电路
第一节25Hz轨道电路概述
一、25Hz轨道电路设备的基本组成。
1〉送电端设备构成：
送电扼流变压器BE25、轨道变压器BG25、电阻R0、保险RD1、保险RD2。
2〉受电端设备构成：
受电扼流变压器BE25、轨道变压器BG25、电阻R0、保险RD1、防雷FB、防护盒FH、25HZ轨道继电器GJ（JRJC1-70/240）。
另外25HZ轨道电路的轨道电源和局部电源分别由独立的轨道分频器和局部分频器给轨道继电器的轨道线圈和局部线圈供电。
二、25HZ轨道电路的特点。
1）?
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相敏25Hz轨道电路由于采用了二元二位继电器，其具有可靠的相位选择性和频率选择性，因而对贵端绝缘破损和外界牵引电流或其他频率电流的干扰能可靠的进行防护
2）?
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25Hz轨道电路采用25Hz频率后，与其它工频连续式轨道电路比较，在相同条件下，受道渣电阻变化影响小。
3）?
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25Hz电源是运用分频的原理构成的，由于50Hz工频稳定，所以它也有频率稳定的特性，其频率衡定在50Hz的一半。
4）?
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由于25Hz分频器的固定特性，当两个分频器的输入端反向连接时，则其输出电压相差90°，易于做成局部电源电压恒定超前轨道源电电压90°，因而可以采用其中调相方式。
5）?
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25Hz分频器具有不可逆性，虽然50Hz不平衡牵引电流通过扼流变、轨道变压器流入轨道分频器的输出回路，但在其输入端不可能有100Hz电流。
同时室内轨道继电器的局部线圈是由局部电源单独供电，他不与钢轨或轨道分频器的输出相连，又不经过室外电缆线路，不受接触网电流产生的50Hz干扰电压的影响。
6）?
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“田”字型分频器的两线圈呈90°位置放置，输入线圈的交流产生的刺痛不与谐振线圈完全相交，因而原则上排除了在输入线圈间有局部断路时输入线圈50Hz电流向分频器输出电路的变化，大大降低25Hz输出回路中50Hz成分。
7）?
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分频器具有稳定特性，当输入的50Hz电源电压在220V（+33，-44），负载由空载至满载的范围变化时，分频器的输出电压在220（+6.6，-6.6）V范围变化，因而提高了轨道电路工作的稳定性。
8）?
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25Hz轨道电路由于采用了连续方式，从而较为方便的找出其工作的最不利条件和肌线指标，更便于通过计算和实验手段加以验证。
三、25Hz轨道电路工作原理
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25Hz轨道电路的信号电源是由铁磁分频器供给25Hz交流电，以区分50Hz牵引电流，接受器采用二元二位轨道继电器，该继电器的轨道线圈由送电端25Hz轨道电源经轨道传输后供电，局部线圈则由25Hz局部分频器电源供电。
轨道继电器工作时，从轨道电路取得较少的功率而大部分功率是通过局部线圈曲子局部电源，因而轨道电路的控制距离可以延长，且只有轨道继电器上的轨道线圈电压Ug和局部线圈电压Uj之间的相位角接近或等于90°时，转矩最大，是翼片绕轴旋转，带动接点动作，否则，翼片不能旋转，不能带动接点动作。
所以，25Hz轨道电路既有对频率的选择性（区别开电力牵引电流）又有相位的选择性。
当轨道线圈和局部线圈电源电压满足规定的相位要求时，GJ吸起，过道电路处于调整状态，即表示轨道电路空闲。
当列车占用时，轨道电路被分路，GJ落下。
若频率、相位不对时，GJ也落下。
因而，其抗干扰性能较强，广泛应用于交流电力牵引区段。
25Hz相敏轨道电路的原理图如1－1所示：
在图1－1中，25Hz电源屏（轨道分频器和局部分频器）由室内分别供给出25Hz轨道电源和局部电源。
轨道电源由室内供出，通过电缆供何室外，经由送电端25Hz轨道电源变压器（BG25）.送电端限流电阻（RX），送电端25Hz扼流变压器（BE25）钢轨线路.受电端25Hz扼流变压器（BE25），受电端25Hz轨道中继变压器（BG25）电缆线路，送回室内，经过防雷硒堆（Z），25Hz防护盒（HF）给二元二位继电器盒局部（GJ）的轨道线圈供电。
局部线圈的25Hz电源由室内供出，当轨道线圈盒局部线圈所得电源满足规定的相位盒频率要求时，二元二位继电器JRJC1－70/240吸起，轨道电路处于工作状态，仅之二元二位继电器JRJC－70/240落下，轨道电路处于不工作状态。
第二节 二元二位继电器
－.动作原理
25Hz相敏轨道电路的接收器采用二元二位继电器，属于交流感应式继电器，是据电磁所建立的交变磁场与金属转子中感应电流之间相互作用的原理而动作的。
JRJC－72/240型继电器由带轴翼板、局部线圈、轨道线圈和接点组四大部分组成，安装在铸铝合金支架内，活动部分来用滚珠轴承双重防护，可靠性更高，便翼板转动灵活，耐久。
当通以规定颇率的电流，且局部线图电压超前轨道线圈电压的角度0°＜θ＜180°时，翼板抬起，使继电器的前接点闭合，当相角差为理想角时，处于最佳收起状态，当局部线圈或轨道线图断电时，依靠翼板和附件的重量使接关处于落下状态，由其动作原理可知，该继电器具有可靠的频率选择性和相位选择性，因而对轨道绝缘破损和外界牵引电流或其他频率的电流干扰可靠地进行防护，满足了轨道电路抗电气化干扰的要求。
二、JRJC-70/240型继电器电气特性
1、型号及其代表的含义
2、JRTG-70/240型继电器接关编号
局部线圈编号：
1、2轨道线圈编号为3、4，其中1、3为同名端，接点组数2Q、2H
第三节防护盒
HF2-25型防护盒用于97型25Hz相敏轨道电路，是由电感线圈和电容组成的L、C串联谐振电路，线圈电感为0.845H，电容为12uF。
谐振频率为50Hz对50Hz呈串联诣振相当于15Ω电阻，对于干扰
电流起着减小轨道线圈上的干扰电压作用。
对25Hz信号电流相当于16uf电容，起着减小轨道电路传输衰耗和相移的作用。
HF2-25型防护盒主要作用：
1、?
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减少JRJC型轨道断电器上50HZ牵引电流的干扰电压。
2、?
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对25Hz信号频率的无功分量进行补偿。
3、?
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减少25Hz信号在传输中的衰耗和相移、使轨道线圈电压和局部线圈电压产生较好的相位差，保证JRJC型轨道继电器正常工作。
减少25Hz信号在传输中的衰耗。
为了减少25Hz信号电流在轨道电路传输中的衰耗，在保证轨道电路常工作的条件下，取自轨道电路的功率最小。
如轨道线圈并联防护盒呈并联谐振时，则其总电流最小，就能保证正常工作，无疑轨道电路供电端送出电流随之减少，消耗功率以及传输过程中的电压衰耗就减少。
因此，并联防护盒对25Hz相敏轨道电路的任何一种类型其作用都是明显的。
4、?
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减少25HZ信号在传输中的相移
25Hz轨道电源屏已将轨道和局部分频器的输出进行定相，使局部电压超前轨道电压90°。
如果轨道电路传输无相移，则加车轨道线圈上的电压与轨道分频器的输出电压同相，使继电器处于理想工作状态，并联防护盒对相移有不同程度减少。
5、?
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减少50Hz干扰电压
钢轨中50Hz牵引电流对二元二位继电器轨道线圈上产生的干扰电压可达120V虽不产生固定转矩，但使翼板产生颤动，对二元二位轨道继电器工作不利。
并接防盒后，二元二位轨道继电器上50Hz干扰电压由120V降低到4V左右，这对继电器的工作和25Hz测试影响较小，如轨道电压的25Hz电压为20V，加上50Hz的4V电压后，其合成电压为 这是因为防护盒对相当于20Ω的短路线，它起到两个作用：
一是该电阻反射扼流变压器的牵引线圈侧的干扰大大减小，对于恒流源性质的牵引电流来说，使输入阻抗减小到只有原来的1/4，感应到信号线圈侧的电压也小到原来的1/4，
二是并在二元二位轨道继电器两端的20Ω电压大大小于前方匹配变压器线圈的有效电阻，使已经减小了的50Hz电压绝大部分降压有效电阻上，最终加在二元二位轨道继电器两端的电压就所剩无几。
二、使用环境
1、大气压力不低于74.8KPa（海拔不超过2500m）
2、周围空气温度-40-60℃
3、空气相对温度不大于90%（＋25℃）
4、周围无引起爆炸危险的有害气体。
三、主要技术技性
HF－25型防护盒是由电感线圈和电容组成的L、C串联诣振电路，线圈电感为0.845H，电容为12uF。
其谐振频率为：
而对于25Hz来说，Lc串联相当于一个电容：
根据测试，防护盒槽路对于50Hz相当于15v电阻。
四、使用及维护
HFz-25型防护盒由螺栓固定在组合上，其1、3号端子分别连接至JRJC2-70/240型二元二位轨道继电器的轨道线圈两端。
HF2-25型防护盒需对电感线度测试和品质因数测试输入电压，输入频率进行测试，来判别防护盒的性能。
第四节扼流变压器和轨道变压器
一、?
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扼流变压器
扼流变压器的接线图所示，牵引线圈分为上、下两部分
图中的3叫中点，当牵引电流分别由1和2流入
尤中点流出时，因为上、下线圈匝数相同，而两线圈电流方向相反，所产生磁通大相等、方向相反则信号线圈中不产生50Hz感庆电流，对25Hz信号电流来说，是由一根钢轨流向另一根钢轨，从一个方向流经上、下牵引线圈，与信号线圈共同形成变压器。
97型25Hz相敏轨道电路的送电端和受电端使用同一类型的扼流变压器。
型号分别为：
1、BE-400/25、BE-600/25、BE-800Hz铁芯,主要用于轨道电路实施移频电码化的区段。
2、BE2-400/25、BE2-600/25、BE2-800/25采用50Hz铁芯，用于一般轨道电路扼流变压器电气参数。
3、铁芯分为400Hz和50Hz两种其中BE1类型为400Hz铁芯、BE2类型的扼流为50Hz铁芯。
4、中点允许过连续总电流分别为400A、600A、800A（瞬间最大可达600A、900A、1200A）。
5、变比1：
3（牵引线圈8+8匝信号线圈48匝）
二、?
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轨道变压器
97型25Hz相敏轨道电路的送受电端使用同?
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一类型的变压器，新型号为BGz-130/25?
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BG3-130/25
BGz-130/25采用CD型400Hz铁芯，主要用于移频
电码化区段。
BG3-130/25采用CD型50Hz铁芯
用于送电端时作为供电变压器，用作中继变压器时，为使二元二位轨道继电器的高阻抗与轨道的低阻抗相匹配，其变比费固定的，与扼流变压器连按时，变比采用1/13.89，无扼流变压器时，变比采用1/50。
三、?
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固定抽头式电阻器：
（1）R1－4.4/440－0.2Ω＋0.4Ω＋0.5Ω＋1.1Ω＋2.2Ω允许通过电流10A
（2）R1－2.2/220－0.2Ω＋0.4Ω＋0.5Ω＋1.1Ω允许通过电流10A
第三章97型25Hz相敏轨道电路特点和技术指标
第一节?
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选用25Hz的原因及优越性
一选择25Hz的原因
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在电气化区段内的轨道电路除应满足在最不利条件下的基本要求外，还应具有能防护牵引电流干扰分能力，使之调整状态时不会因干扰电流或电压而使轨道继电器错误落下，或者在分路状态时不致因干扰电流或电压而使继电器错误吸起。
所以埋在《铁路信号设计规范》第13.3.1条中规定：
“交流电力牵引区段应采用非工频轨道电路，牵引电流纵向不平衡系数不得大于5％因此选用25Hz符合《设规》规定。
二选择25Hz的优点
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25Hz相敏轨道电路采用了二元二位轨道电路，该继电器具有可靠的频率选择性和相位选择性，因此不需要加设滤波器，避免了因滤波器故障而造成行车危及安全。
充分满足“故障－安全”要求，因而可以设计成连续供电式轨道电路，做到设备简单，设备简单，工作稳定，应变速度快，便于维修，防雷性能良好。
因此具有一定的优越性。
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25Hz相敏轨道电路分别由独立的25Hz轨道电路分频和局部分频的给轨道电路继电器的轨道线圈和局部线圈供电。
在继电器室内的25Hz轨道电源屏中设有专门的局部和轨道电路电压90°，因此，又由于受电端并节防护盒，可大大减少轨道电路传输中的衰耗盒相移，所以经轨道传输后加在继电器上的局部电压和轨道电压（或电流）间的相角，仍可比较接近理想相位角，由于采用集中调相，使轨道电路设计和施工，维修大为简化。
二元二位轨道继电器分别由轨道电源和局部电源供电，工作时仅从轨道电路取得较小功率（0.6A），而大部分功率使通过局部线圈取自局部电源（6.5A），由于轨道电源消耗的功率较小，再加之25Hz时钢轨阻抗值较低，所以不论功率消耗或轨道电路的传输长度来说，都具有一定的优越性。
第二节97型25Hz相敏轨道电路的主要特点及技术指标
一、主要特点
1?
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提高绝缘破损防护性能
钢轨牵引引接线采用焊接式，减少接触电阻，以提高绝缘破损防护性能。
2?
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取消不设扼流变压器的送、受电端
在运营中发现，不设扼流变压器时，轨道继电器所受的干扰远大于设扼流变压器的区段，同时不易于轨道电路调整。
为此全部增设扼流变压器。
3扼流变压器经等阻线与钢轨连接
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将连向钢轨的一长一短引接线设计成等阻线，降低牵引电流归系统的不平衡系数、
4电源屏的配置
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每一区段的平均传输功率为20w，每个继电器局部线圈加并电容补偿后的功率为6.5w，考虑单受和多受区段的比例。
一个车站的轨道区段数和轨道继电器数按1：
2计算，这样就相当于轨道分频器和局部分频器供电给每一个轨道电路分别耗电20w和13w，从而能计算出一个车站电源屏的型号配置。
5二元二位继电器
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97型25Hz相敏轨道电路优化了磁路设计和提高工艺设计水平，返还系数由原来的0.5增至0.55，消除了因翼片碰撞外罩而造成卡阻的可能故障。
具有可靠的相位选择性和频率选择性，抗干扰性能强，便于实现电码化。
6?
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增加扼流变压器的类型
由原来的仅400A一种类型增加了600A和800A两种。
他们分别供侧线正线和靠近牵引变电所的区段。
7?
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极限长度延长
把二元二位继电器的返还系数由0.5增加到0.55
将送电端极限电阻由2.2Ω增加到4.4Ω，将受电端匹配变压器的变比由原来的16.67降为13.89。
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将25Hz分频器的输出电压允许波动范围由原来的±5％减少到±3％。
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通过以上几次改进措施，最终能将极限长度由1200m提高到1500m。
8?
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系统抗干扰能力大大提高
采取综合治理的方式大大提高系统抗冲击干扰分能力，首先设法尽可能减少电流的侵入量，其次在干扰电流侵入后设法使其少起一些干扰作用。
另外，侵入分干扰电流若能造成轨道继电器误动，则设法让其误动后果不能影响其他信号设备或电路。
二、主要技术指标
1使用于钢轨连续牵引总电流不大于800A，不平衡电流不大于60A的交流电气化区段的站内和预告区段的轨道电路。
250Hz为220＋40.220－60V范围内，在极限长度范围内，能可靠的满足调整和分路的要求，并能实现一次调整。
3一送一受的轨道电路，以标准的0.06Ω分路电阻在区段内任意点分路时，保证至少有一个轨道继电器可靠落下。
4每段轨道电路最多可设四个扼流变压器（包括空扼流变压器）。
5能实现叠加或预叠加电码化。
6在无迂回回路的条件下，任何故障均可靠的分路检查。
7系统抗不平衡电流冲击干扰有原来的10A提高到60A。
轨道电路极限长度由原来的1200m提高到1500m，可适应重载发展的要求。
第四章与机车信号信息相应的电码化
机车信号是机车“三大件”之一，对解决铁路行车安全与效益的矛盾和提高行车指挥自动化程度，确保安全运输发挥了重要的作用。
站内电码化作为确保铁路行车安全的重要措施，铁道部十分重视。
明确规定：
车干线及繁忙的支线上、站内正线，到发线股道均应实现由码化股道电码化应逐步过渡到叠加预发码方式，车行车速度大于120KM/h段或机车装有超速防护设备时，应积极推广叠加预发码方式电码化保证电码化信息的速传。
目前主要以移频信息的电码化和UM71、zpw-2000电码化，他们都能很好与25Hz相敏轨道电路实现电码化。
一、?
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移频信息的电码化：
由于移频机车信号信息频率在音频的范围之内，电缆电容不容忽视，固此应考虑电缆对发送移频机子信号的影响。
由轨道电路的受电端发送机车信号信息时，施加在二元二位继电器上的机车信息电压不能过高。
否则机道继电器的巽板会产生较大的颤动声影响继电器寿命，实验证明当移频电压降至30V以下则不会出现颤动。
因此，规定二元二位继电器上的移频信息电压应压30V以下。
第五章25Hz相敏轨道电路的调整和测试
一、?
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调整方法：
多年来现场运用情况表明：
25Hz相敏轨道电路较易做到一次调整只有少数区段经历一次雨季，要将轨道继电器端电压调整到不低于其最低值，并确认励磁吸起，待晴天后再检查能否确保分路检查，即轨道继电器残压应小于7.4V和前接点分离，如分路良好，即能实现一次调整。
二、调整注意事项：
①?
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送电端限流电阻的数值以及受电端中继变压器的变比，应按原现图的规定加以固定，若调小限流电阻，将恶化轨道电路的发路，若改变中继变压器的变比，会使受电端连接器材的阻抗和轨道电路的阻抗匹配条件遇到破坏。
②?
?
25Hz相敏轨道电路具有相位选择性，车调整供电变压器电压时应注意不要将同名端接错。
③?
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一送多受的轨道压段，各分支电压应调整至相同或相近电压值。
然后，根据其类型按调整表的相应类型来调整轨道电路的供电电压，此时，各轨道继电器上的端电压应在调整表给定的允许电压范围内。
④?
?
应检查机车信号的入口电流是否满足机车信号的要求。
在电气化区段钢轨内除信号电流外，还可能会有不平衡牵引电流，这会影响测试的准确性。
因此，最好选在天窗时间内进行该项测试以确保测试的准确性。
⑤?
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设有空扼流变压器的轨道电路应对其轨道电路进行补偿。
当设有空扼流变压器的轨道电路实施电码化时除对轨道电路进行补偿外，还应对机车信号的电码化信息进行补偿。
应机车信号信息的不同所需要的类型也不同，应根据机车信号信息来选择相应类型的补偿器，在规定了补偿器的基础上在按需要调整轨道电路供电电压。
⑥?
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不在空扼流变压器和无受电分割的一送一受的轨道电路在道渣电阻最高的情况下，用标准分路线在送电端及受电端分路时应有分路检查，对一送多受的轨道电路随道岔布置的不同，分路最不利的地点也不同，故检查分路除应在送电端和所有受电端进行外，尚需在岔尖及其他地点检查分路。
如带有无送电分支还应在无受电分支的末端检查。
一送多受时轨道电路是将所有送电端轨道继电器的前接点串连再控制轨道继电器以其接点用于信号的各电路中，因而只需保证有一个受电端符合有分路检查的要求。
三、相位交叉的检查：
25Hz相敏轨道电路特点之一是具有相位选择时，因而实行相位交叉后对钢轨绝缘破损有可靠的防护，所以必须对相位交叉进行严格的测试检查使用万用表测得V1V2V3V4?
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1、?
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若V1＞V3或V1＞V4或V2＞V3或V2＞V4
的立时，有相位交叉。
2、?
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若2V＞V5或2V1＞V6或2V2＞V5或2V2＞V6
成立时，有盯痊交叉。
第六章?
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现场使用中的一些问题
一、车现场使用中，发现轨道电路导接线如果接触不良就会导致设备故障，相对于移频轨道电路来说25Hz相敏轨道电路对钢轨导接线要求更高必须保证其接触良好，车更换导接线时，应在无车的情况下，否则有可能造成轨道电路红光带影响行车。
因此，在日常维护中必须特别加强对导接线的检查维护。
二、防雷补偿器现实际应用中，发生过石堆短路造成故障。
现均有的单位已把石堆拆除。
车工务更换钢轨时，曾发生把防雷补偿器烧坏，造成故障。
拨掉防雷补偿器后，恢复正常，而室外轨道箱中的断路器并没有断开，而造成烧坏防雷补偿器。
因此存在一是缺陷，如果能在室内加装1A保险，做到提示一做防护，就能解决这一问题。
第七章?
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工程设计和现场维护
为提高97型25Hz相敏轨道电路抗干扰能力将有牵引电流回归的轨道区段原来不设扼流变压器的送受端一律取消，全部采用带扼流类型。
除将扼流变压器牵引引接线改为焊接外，还将连向钢轨的一长一短引接线设计成等阻线。
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将牵引引接线改用焊接方式接向钢轨，以克服应接触电阻，增大而造成绝缘破损防护性能的失效。
采用固定抽头型取代原来滑线变阻器，以利于现场轨道电路的调试和维护，40
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