一、文献综述
一、文献综述
铁路信号设备中，轨道电路产生的故障，会降低铁路运输效率，妨碍车辆运行，甚
至造成脱轨或追尾撞车等一些事故，威胁人身安全。导致设备故障的原因有很多且随机，
主要是由于设备不同的使用状况和复杂而多变的外界环境。对故障准确诊断是个复杂又
重要的环节，在现场处理，一般都是利用仪表获取参数，通过以往经验与参数相结合判
断是哪方面故障。仅靠站内维修人员的经验并不能实现对故障的准确处理，因此一种可
用于故障诊断的智能算法应运而生。目的是为了减少设备故障出现的时间，改善设备的
检测维修系统，对设备的运行加强监督与管理，减少故障现场工作人员的检测难度，使
其尽快发现故障原因，也为设备的状态维修提供有利可靠依据，提高运输效率并保证运
输安全。本论文的研究对象是如今铁路站内大部分使用的25Hz相敏轨道电路，针对25Hz相敏轨道电路故障的复杂性，进行了轨道电路不同状态的区段分析。
通过参考任务书，我将《 25HZ相敏轨道电路故障的分析与对策》作为毕业设计论文题目，在文献资料上面，我搜集了大量的参考文献，故障案例作为数据支撑，本文主要根据轨道电路的作用及构成，轨道电路的原理，轨道电路的分类，轨道电路的工作状态，25HZ相敏轨道电路的发展史，25HZ相敏轨道电路的特点，等展开论述。25Hz相敏轨道电路作为电气化铁路的主要构成部分，是现代化轨道交通系统中调整列车运行的重要组成部分，因此因而掌握好轨道电路的原理、维护技术、电气性能以及故障处理，是现场信号设备维修人员的必备技能。 20世纪80年代初期，经过一系列试点以及室外实验，我国电气化区段才开始大量采用的 25Hz相敏轨道电路。25Hz相敏轨道电路设备具有简单耐用、便于掌握、故障率低等优势，因此一直沿用到现在。随着漫长时间的使用以及技术的不成熟，设备老化，磨损，维护的问题越来越多。因此，我国研制出了新一代 25hz 相敏轨道电路，已经成为了目前广泛使用的电路。随着我国经济技术的高速发展,我国的铁路交通系统也得到了快速的完善和发展,铁路运输占据了交通运输的60%以上,它对于社 会的进步与发展和提高人们的生活水平起到非常巨大的作用。铁路运输以其速度快、运输量大、适应性强等优点被人们所接受的同时,人 们对其安全也提出了更高的要求。轨道电路作为重要的铁路运输信号设备之一,它的运用质量直接关系到行车安全与运输高效。25HZ相敏 轨道电路作为铁路信号设备的重要组成部分,在现场运用中,必然会遇到各种故障。本文就25HZ相敏轨道电路故障分析展开一下探讨。
主要参考文献有：
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[6] 任国桥.基于轨道电路解决站内分路不良方案的研究[J].铁路通信信号工程技术,2008,5(5):41-44.
中文摘要
摘要：轨道电路是构成铁路信号联锁系统的重要基础设备，能监督线路的占用情况，反映列车运行的位置。25Hz相敏轨道电路因设备简单耐用、电路结构清晰及故障率低等优点，被广泛应用于电气化区段。因此，结合现场多次调整试验，设计出一套快速、精确的调整方法，为联锁试验的顺利进行奠定了基础，确保了车站的正点开通。许多轨道电路因长期不走车而使钢轨生锈导致分路不良，而高铁站内还因为速度高、25Hz区段短，从而使分路电阻提高，导致也出现分路不良而占用丢失。
随着中国高速铁路的发展，铁路信号系统也逐步完善，其中铁路信号轨道电路是铁路运行控制系统的基础设备之一，在保障列车运行安全上有重要的作用。轨道电路可以检查该区段是否有车占用，同时检查钢轨是否完整，向列车传递信息。铁路信号维修工人在维修现场会遇到各种故障现象，如果不及时处理，会危及列车行车安全，也会影响铁路运输效率。
关键词：25Hz相敏轨道电路；调整试验；低故障率
目录
1 绪论
随着我国国力的增强，铁路交通线路愈加发达，相关改造工程及施工要求也更加严格，这就需要施工单位以更高的标准来开展工作，以保证铁路线路的安全、稳定。通常铁路信号改造必须做到精细化，这样才能顺利施工，同时又不耽误现行铁路的正常运行。
25HZ 相敏轨道电路简单来说就是一种工频牵引电路通路，同时还能够对25HZ电流信息进行传送。在实际的铁路运输中，为了保障电路的正常运行，需要选取专门的电源为其提供电能。比如，在室内环境中，就可运用二元二位继电器以及相关的防护设备进行供电。而在室外环境中就应该运用25HZ谐振变压器来进行供电，以此满足铁路系统的用电需求。近年来，随着人们生活水平的提高，人们的生活质量也不断地得到改善，对铁路运输的标准和要求也在不断的提高，为了满足人们的需求，保障人们的出行安全，我们需要充分的了解25HZ相敏轨道电路容易发生故障的原因，并针对每一个原因制定切实可行的解决方案，很好的实施，以确保铁路能够正常的运行。
25 Hz 相敏轨道电路应用集中调相方式，电源屏供出的局部电源电压相位超前于轨道电源电压相位90°，因而无需对轨道电路进行单独调相。轨道电路电源经过各环节传输后，回到轨道继电器（或微电子接收器）线圈时将会产生一定相移，因 25 Hz 相敏轨道电路具有相位选择性，故需对产生相移的区段进行重新调整，使轨道电路达到调整状态。
1.1 选题背景
25HZ电源屏分别提供25HZ轨道电源以及局部电源，多数情况下，由室内提供局部电源以及25HZ轨道电源。其中，轨道电源的供给来源一般为电源屏，通过电缆将室内外的设备进行连接，然后在由送电端的25HZ轨道变压器、限流电阻、25HZ扼流变压器以及引接线和钢轨；再经过钢轨线路、受电端的 25HZ 轨道变压器、25HZ扼流变压器以及电缆线路等传回到室内，最后由25HZF防护盒以及防雷硒堆为室内供电。与此同时，局部线圈的电源也是通过室内进行供电的，当局部线圈和轨道线圈得到的电源的频率和相位符合规定的要求时，二元二位继电器就会被吸引起来，让电路保持正常工作的状态。与此相反，如果在这个过程中二元二位继电器没有被吸起来，铁轨就处于休息状态。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，并可延长了轨道电路的极限长度，在应用过程中深受欢迎。
铁路技术的发展主要的发展方向现阶段有3个。第一个是向着铁路的高速运输方向发展；第二个是向着铁路的重载运输发展；第三个是向着铁路运输高效发展。针对上述的3种发展方向，就对我国的铁路技术特别是我国的铁路信号技术要求非常高，提出了很多技术问题。作为铁路运输过程中的重要信号装备，轨道电路在运行稳定性和运行质量上都有非常大的决定性。轨道电路的运行稳定及运行质量直接影响到我国的铁路客运的安全运行以及高效运行。因此我国的铁路技术在轨道电路的发展过程中受到重视。作为我国铁路信号系统中的一个非常重要的组成部分，25H z相敏轨道电路在运行过程中对于整个信号系统的稳定性及安全性有着非常大的影响。在运行的过程中25H z相敏轨道电路虽然给我国的铁路运输提供了非常的帮助，但是在运行中还是会出现一定的问题。
1.2 基本原理
以一送一受轨道区段为例，工作原理为：电源屏提供25Hz、220V轨道电源，通过电缆供向室外，经由送电端设备送至钢轨线路，检查轨道状态后再经由受电端设备，电缆线路，送回至室内交流二元二位轨道继电器（GJ）的线圈。同时电源屏提供25Hz、110V 局部电源送至交流二元二位轨道继电器（GJ）的线圈，当GJ的轨道线圈和局部线圈所得电源满足规定的频率、相位和电压要求时，GJ吸起3；反之GJ落下。
室内将轨道电源屏送出的25Hz/GJZ220、GJF220送至轨道电路送电端，经轨道变压器降压后（5V左右），再经限流电阻降压送至扼流变压器，再经3/1变压后送至钢轨上，经钢轨传输到受端扼流变压器，经1/3变压后，送给受端轨道变压器，经升压后送回室内JRJC-70/240继电器3-4线圈。室内常供局部电源110V送至JRJC-70/240继电器1-2线圈。当轨道电压值（15）满足继电器吸起值，并且轨道电压与局部电压相位差满足要求（90°）后，二元二位继电器吸起。
JRJC二元二位继电器局部并联电容C：JRJC二元二位继电器局部线圈耗电8.8VA，设计并联电容C来补偿其无功电流，使并联后的总电流达到最小值，从而减少继电器局部线圈消耗功率。实际证明，每个局部线圈并联效果最佳，使每个线圈消耗的功率从8.8VA降为5.5-7VA，也改善了局部变频器的工作条件。
25 Hz 电源屏(轨道分频器和局部分频器)由室内分别供出 25 Hz 轨道电源和局部电源。轨道电源由室内供出，通过电缆供向室外，经由送电端 25 Hz 轨道电源变压器、送电端限流电阻、送电端 25 Hz 扼流变压器，钢轨线路，受电端 25 Hz 扼流变压器、受电端 25 Hz 轨道中继变压器，电缆线路送回室内，经过防雷硒堆、25 Hz 防护盒给二元二位轨道继电器的轨道线圈供电。局部线圈的 25 Hz 电源由室内供出，当轨道线圈和局部线圈所得电源满足规定的相位和频率要求时，二元二位继电器吸起，轨道电路处于工作状态，反之二元二位继电器落下，轨道电路处于不工作状态。
1.4 轨道电路中25H z相敏的轨道电路的主要内容
在我国的铁路信息系统中，由于现在的牵引动力引进了交流电气的应用，因此在牵引电流牵引轨道电路的过程中会出现相应的干扰问题。因此在我国的轨道电路的运行过程中，我们绝不仅仅要求轨道电路完成相应的列车有无监测，同时轨道电路还应该具有一定的抗干扰能力。在这种问题下，我国的25Hz相敏轨道电路就发挥出了应用的特点，实现了上述问题的有效处理。轨道电路中25Hz相敏的轨道电路的主要特点：关于轨道电路中25H z相敏的轨道电路的主要特点的论述和分析。25Hz相敏的轨道电路拥有相对可靠的选择性相位以及选择性频率，能够对轨道电路起到一定程度的保护作用；25Hz相敏的轨道电路具有更好的传输性能；25H z相敏的轨道电路拥有稳定的频率；25H z相敏的轨道电路能够进行集中掉相位；25H z相敏的轨道电路相较于其他频率的轨道电路不具有可逆性能。25Hz相敏轨道电路的组成见下图1。
图1 25Hz相敏轨道电路的组成
1.3 轨道电路中25HZ相敏的轨道电路的主要特点
关于轨道电路中25HZ相敏的轨道电路的主要特点，将从五方面展开论述，这五方面分别为25HZ相敏轨道轨道有一定的可靠性，有可靠的相位和选择性频率，对轨道有一定的保护作用；25HZ相敏轨道有较好的传输性能；25HZ相敏轨道轨道电路有一定的稳固的频率；25HZ相敏轨道可以集中掉相位；25HZ相敏轨道与其他频率的轨道相比，不具有可逆性能[1]。接下来进行具体论述。
（1）25HZ相敏轨道有可靠的相位和选择性频率，对轨道有一定的保护作用；
（2）5HZ相敏轨道能够忽略牵引电流的大小，实现连续的，供电，同时还有效的避免了继电器的错误动作，在很大程度上对轨道的安全进行了保护，还提升了轨道电路的维修期。
（3）25HZ 相敏轨道有较好的传输性能，在外界条件相同的前提下，25HZ相敏轨道与其他频率的轨道相比，可以有效克服道砟电阻的影响，从而实现电路传输特性的提升；
（4）25HZ相敏轨道轨道电路有一定的稳固的频率。25HZ的相敏轨道是基于50HZ的相敏轨道电路的设计原理进行设置的。因为50HZ的相敏轨道具有良好的稳定性，工作频率恒定，因此25HZ的相敏轨道也同样具有工作频率稳定的特性；
（5）25HZ相敏轨道可以集中掉相位。25HZ 的相敏轨道在工作中能够实现90度的电压差，因此，在对电路的相位进行调节的过程中就能有效的实现电路相位的集中调节；
（6）25HZ相敏轨道与其他频率的轨道相比，不具有可逆性能。由于轨道继电器的局部线圈是受到室内独立的分频器供电的控制，因此，它既不和钢轨或者轨道分频器的输出端相连接，也不经过室外的电缆线路，所以不被接触网电流所感应生成的50HZ干扰电压所影响，从而良好的保障了轨道继电器不至于因为牵引电流的干扰而错误的吸起，影响轨道的正常工作。工艺流程见图2。
图225 Hz 相敏轨道电路调整工艺流程图
2 25Hz相敏轨道电路故障分析
在信号集中监测系统中，对25Hz相敏轨道电路采集的模拟量主要是轨道电路的电压量和相位角， 通过分析轨道电路的电压值和相位角变化，可以及时掌握轨道电路状态，及时发现设备问题。正常的轨道电路在无车占用时，电压值和相位角应在标调表中的上下限范围内，无波动和突变，数值应符合相应制式轨道继电器的要求。轨道电路占用时，此时段，电压值即残压值，应符合《维规》标准。
2.1 轨道电路接收电压大幅度下降
当区段在列车通过后，电压突然下降，并且较长时间未回到正常值，此故障为接收电压为半开路、半短路的电压值，需要维修人员现场逐段检查判断。常见原因为：工务扣件碰夹板；导接线接触不良；绝缘不良；防护盒不良；限流器不良。
2.2 轨道电路电压曲线经常出现下降波动
当轨道电路电压出现明显下降波动，此类曲线多为轨道电路内接触不良造成，需要维修人员现场逐段检查。常见原因为：电源线接触不良；塞钉孔锈蚀，塞钉头接触不良；轨道电路各部端子、配线接触不良[2]。
2.3 轨道电路接收电压超标
根据《维规》附表查询轨道电路接收电压范围，在信号集中监测系统中发现电压曲线超出规定范围上限。 常见原因为：电压调整不当，可根据标调表调整到达标电压。
2.4 轨道电路电压缓慢平滑下降
轨道电路电压呈缓慢平滑下降。在股道、无岔区段、地势低、道床质量差区段，在降雨期间，因为道床泄漏问题，对轨道电压有下降的影响。常见原因为：下雨天气造成道床泄漏大。轨道电路电压曲线小幅度平稳下降。在信号集中监测系统的曲线上，电压下降幅度很小，下降前后曲线较为平直。从轨道电路传输电阻分析，应为通道中有冗余设备不良[3]。常见原因为：双电源线中的一根线缆断开或接触不良；滑动变阻器出现问题。
2.5 轨道电路电压曲线频繁出现上升波动
轨道电压在调整状态下大幅上升波动，多数为干扰造成，需要维修人员重点检查牵引回流通道。常见原因为：回流不畅造成。
2.6 有车占用轨道电路时残压超标
在正常情况下，列车占用轨道电路时， 其残压值应符合《维规》中的分路值标准。 如果超过残压值，常见原因为：轨道电路调整不当；因轨面生锈、轻车占用、跳动或其他原因导致的分路不良；一送多受区段多为设置原因， 一个受端被占用时，其他受端残压超标等。
3 铁路信号25HZ相敏轨道电路易出现的故障问题
3.1 轨道电路故障
经研究分析发现，轨道电路故障的原因有三，其一是钢轨折断而造成轨道电路发生空闲的红光带问题，这一问题通常在寒冷的冬季发生，是一种常见的铁路故障问题。如果钢轨发生折断，轨道电路就会一直出现红光带，在检测过程中很容易被工作人员检测出来。但是，如果钢轨折断问题发生在春季或者发生的位置为隧道环境内，即使钢轨折断了，在断切面之间也会有小部分依然相接触着，这就给铁路故障检测工作带来了巨大困难，工作人员难以快速的确定故障产生的位置，并及时的进行处理。其二是绝缘接头处发生的故障，该故障引发的原因通常为单侧绝缘接触不良，而且单侧的接触不良很容易导致另一侧受到扣件因素影响而出现短路故障[4]。除此之外，极性交叉位置的绝缘接头处也会经常出现短路现象，从而造成空闲红光带的产生。第三就是其他位置的短路、设备故障等问题。同时，自然灾害和一些其他的因素也会对25HZ相敏轨道造成干扰，出现空闲红光带。
3.2 室内外断线、混线故障的分析
从故障的性质角度进行分析，铁路的故障主要分为短路和开路两种情况，而从故障发生的地点进行分析，一般分为室内故障和室外故障两种。在故障的查找过程中，应遵循一定的顺序，一般为先检查室内故障，再检查室外故障，同时，结合故障发生的具体情况，进行有针对性的有效的处理措施。（1）室内故障。在室内故障的判断过程中，如果不能准确的判断故障原因，就可以通过万用表对受电端子和送电端子进行测量，当检测到侧线和正线的送电端子的电压分别为220v和110v时，就说明室内送电情况良好。因此，则可以判定室内送电情况良好。但是，如果受电端子比正常电压高，这就表明室内受电系统发生了故障，相反的，如果受电端子低于正常电压，必须先将受电端子甩开，然后再进行故障的检测。当电压呈现上升的现象时，则为室内系统的故障，如果电压还是较低，那么故障点应该在户外[5]。（2）室外故障。在进行故障检测过程中，若发现轨条电流比较低，轨面电压偏高，说明出现了开路故障，其中，回路内电流逐渐下降，送电端电压逐渐升高。而如果出现送电端电压下降，回路电流上升的情况，则发生了短路故障。
轨道区段红光带，而接收器红指示灯正常点亮，绿指示灯灭灯。此类故障接收器的直流电源，局部电源电压均为正常，而轨道接收电压或直流输出部分不正常。若测试接收器轨道接收电压偏低(小于10V)或为0且无直流输出电压时，则需再测试分线盘处轨道接收电压，有以下几种情况:若轨道接收电压仍偏低或为0，则需甩开室外电缆，测试电缆侧空载电压:若电压远大于30V(无扼流变压器区段远大于50V)，则故障在室内，主要有以下5种情况:①分线盘至接收器问混线(包括分线盘至轨道架组合侧面端子间、组合侧面端子至防护盒间、防护盒至接收器间混线)。②接收器插座73、83插片接触不良。③防护盒至接收器间断线。④接收器输入变压器一次侧断线。⑤防护盒内部断线。若甩线后，电缆侧轨道电压仍偏低或为0，则故障存室外(电码化区段还要检查反轨道继电器是否吸起，轨道220V电源是否送出)。
故障性质有可能是混线(包括钢轨绝缘破损，此时有可能造成绝缘节两侧相邻区段同时故障或相邻医段接收器轨道接收电压明显降低)，或断线(包括接触不良)。若轨道接收电压远大于30V(无扼流变区段远大于50V)，说明是室内故障，而且是分线盘至轨道架组合侧咏端子间断线。若测试接收器轨道接收电压远大于30V(无扼流变堰器区段远大干 50 V)，说明是室内故障，而且是轨道架组合侧面端子至防护盒间断线。
若故障是因为送电端断路引起的，首先排查送端引接线，看引接线是否断线或者虚接，如果引接线正常，再开箱检查，用万用表测量220V的轨道电源是否正常送到轨道变压器的I次侧，如果没有电压，再测试电缆端子上是否有220V的电压，如果测试发现电缆端子上有220V的电压，我们就可以采用顺序测量法，依次检查电路的保险和配线是不是发生了断路。如果测试发现送端轨道变压器I次侧有220V电压，就再测量II次的输出电压，若II次侧没有测量值，就可以确定故障可能是变压器断线、接续线的线头松动或连接端子间的勾线断线造成的。如轨道变压器II次侧输出电压正常，就应该再测量扼流变压器的信号圈和扼流变压器的牵引圈的电压值是否正常，若没有电压，就应该检查轨道变压器 II 次侧到扼流变压器信号圈间的电缆或配线是否发生了断线故障以及检查限流电阻是否接触良好。若故障是因为轨道部分断路引起的，就应该沿着钢轨逐段测量轨面电压，测得的轨面电压的突变点就是轨道的断路点，如果从送端开始测量， 则测得的轨面电压突然下降的地方就是轨道的断路点。
室外常见的故障原因有：接续线、跳线断线、塞钉铆接不良或脱落等。送电端短路故障也是经常发生的，这种故障多发生在长引接线在过轨的地方相混，或变压器箱间到扼流变压器间的电缆短路。查找这种故障时，首先用钳形表测量一下长引接线在过轨处前后的电流来确定引接线是否与轨底短路，如果没有短路，而轨面的电压很小甚至为零，且扼流变压器的信号圈上也测不出电压，我们就可以甩开变压器箱到扼流变压器的电缆，在变压器箱的6号和8号端子上测量，如果甩开线引接后有电压，就可以确定该故障是电缆混线引起的，则更换备用芯线就可以了。
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