50HZ相敏軌道電路

1、直流單軌條牽引50Hz相敏軌道電路系統(tǒng)北京全路通信信號研究設(shè)計(jì)院2007年 北京目 錄1城市交通軌道電路簡介3250 Hz相敏軌道電路43WXJ50型微電子相敏軌道電路64有交叉渡線的軌道電路115WXJ50型微電子相敏軌道電路檢測儀表126WXJ50I型微電子相敏軌道電路組合137WXJ50II型微電子相敏軌軌道組合布置14850 Hz相敏軌道電路的調(diào)整和測試159軌道電路室外配線圖16單軌條牽引50Hz相敏軌道電路系統(tǒng)1 城市交通軌道電路簡介城市鐵路、地鐵工程車輛段內(nèi)的列車無機(jī)車信號顯示，因此其軌道電路的功能僅為列車占用檢查。地鐵電力機(jī)車一般為直流牽引，且牽引回流為單條鋼軌，加設(shè)濾波器防護(hù)

2、50 Hz交流連續(xù)式軌道電路，因?yàn)V波器故障不能保證安全，故軌道電路須采用單軌條回流方式的50 Hz相敏軌道電路?，F(xiàn)將單軌條式50 Hz相敏軌道電路有關(guān)設(shè)計(jì)資料提供如下。1.1 工作環(huán)境環(huán)境溫度：-40+60；相對濕度：不大于90%（溫度+25）；大氣壓力：70106 kPa（相當(dāng)于海拔高度為3000 m以下）；振動(dòng)：振動(dòng)不大于15 Hz，振幅不大于0.45 mm；工作環(huán)境：工作于無爆炸危險(xiǎn)的介質(zhì)中，無足以腐蝕金屬和破壞絕緣的氣體與導(dǎo)電塵埃；工作位置：水平。1.2 技術(shù)條件 本設(shè)計(jì)資料所提供的軌道電路制式及所有相關(guān)設(shè)備是專為城市鐵路及地鐵工程車輛段研制的。根據(jù)工程不同其適用范圍也不同，因此必須根

3、據(jù)各自的要求設(shè)計(jì)。 本制式的電路系統(tǒng)能適應(yīng)的最大直流牽引電流為4000 A。本制式考慮的基礎(chǔ)為股道按四根牽引軌條并聯(lián)使用。軌道電路的分路電阻為0.15 。軌道電路的極限長度為300 m。在鋼軌阻抗為0.860°/km、道碴電阻為1 ·km、50 Hz電源電壓范圍為220 V±6.6 V時(shí)，在軌道電路極限長度內(nèi)，該軌道電路能滿足調(diào)整和分路檢查的要求，并實(shí)現(xiàn)一次調(diào)整。微電子相敏軌道電路接收器的返還系數(shù)大于85%。設(shè)備電源采用直流24 V±3.6 V，交流分量不大于1V。當(dāng)環(huán)境溫度為-2560時(shí)，微電子設(shè)備可靠工作。2 50Hz相敏軌道電路2.1 簡介 什么是

4、“50Hz相敏軌道電路”？顧名思義，首先，在該軌道電路內(nèi)傳輸和賴以工作的信號頻率是50Hz；其次，該軌道電路的接收器對該信號的相位有一定要求，即當(dāng)接收器收到合適的相位時(shí)，才能正常工作，一般稱其為具有“相敏”特性。所以該制式軌道電路的核心部分是其軌道接收器，即二元二位軌道繼電器。 50Hz相敏軌道電路制式的軌道繼電器采用JRJC型交流二元插入式繼電器，又稱為50Hz的二元二位相敏繼電器，該軌道繼電器既具有頻率選擇特性，又具有相位選擇特性。 依靠頻率選擇性，保證了二元二位相敏軌道繼電器在接收到直流牽引電流時(shí)不會(huì)使其錯(cuò)誤動(dòng)作；只有在其局部線圈側(cè)加上50Hz、220V交流電壓，而該繼電器的軌道線圈側(cè)又

5、接收到由鋼軌內(nèi)傳送來的軌道信息，其頻率為50Hz、相位又合適時(shí)，當(dāng)此兩個(gè)條件都滿足才能正常工作，該兩個(gè)特性缺一不可。 因?yàn)?，在直流牽引區(qū)段的鋼軌內(nèi)，雖然流通的是直流電流，但該直流電流通常是靠三相全波整流取得，這使?fàn)恳冸娝妮敵龆?，除有牽引機(jī)車需要的直流分量外，還有對信號設(shè)備會(huì)產(chǎn)生有害影響的波紋電壓。因而，在電力牽引供電回路中造成各種小的交流電流；同時(shí)因?yàn)殡娏C(jī)車牽引控制的需要，譬如列車起車、停車、調(diào)節(jié)不同的運(yùn)行速度、列車載重量的變化等，以及牽引供電中直流斬波技術(shù)設(shè)備的使用，由于這些因素的存在，均會(huì)引起牽引供電回路內(nèi)直流電流的變化，它也使鋼軌回路內(nèi)產(chǎn)生了豐富的諧波成分。如果50Hz諧波成分的干

6、擾量足夠動(dòng)作一般的單元繼電器時(shí)，就會(huì)因此產(chǎn)生誤動(dòng)，使設(shè)備失去安全保證。正因?yàn)槿绱耍谖覈F路部門的電力牽引區(qū)段不允許使用交流連續(xù)式軌道電路(又稱交流整流型軌道電路)，因?yàn)樗褂玫氖菃卧恼餍屠^電器。 據(jù)了解，北京地鐵“車場電氣集中聯(lián)鎖”設(shè)備中，曾經(jīng)使用了單軌條交流連續(xù)式軌道電路，為防護(hù)牽引諧波電流的干擾，在其軌道電路的接收器(軌道繼電器)的前級設(shè)置了濾波器。但是，眾所周知，一般濾波器是由電容、電感元件構(gòu)成，以信號設(shè)備的要求衡量，則它屬于非安全元件。因?yàn)?，?dāng)它們發(fā)生故障時(shí)，是無法保證設(shè)備導(dǎo)向安全的。 正因?yàn)樵撥壍离娐分剖讲粌H具有頻率選擇性，又具有相位選擇性，所以，它就能較好地防護(hù)來自牽引電流的

7、各種諧波干擾。在上海、廣州、伊朗地鐵及長春、大連、北京輕軌、廣州、深圳、南京等城市軌道交通的車輛段或正線已經(jīng)廣泛采用了此軌道電路系統(tǒng)，經(jīng)過幾年來的運(yùn)用考驗(yàn)，不僅沒有發(fā)生制式上的問題，而且普遍反映設(shè)備簡單、維修方便?？梢?，該制式在現(xiàn)階段是車場電氣集中設(shè)備中較為理想的軌道電路制式。 本制式軌道電路的局部電源和軌道電源是采用同一個(gè)工頻交流電源，故兩者的相位要么同相、要么反相。由于該軌道電路制式具有相位選擇性，也即對局部線圈和軌道線圈間的相位有一定的要求，因此必須考慮信號在傳輸過程中的相移問題。在研制50Hz相敏軌道電路系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)采取相應(yīng)措施，使軌道繼電器接收到符合相位要求的信號。 另外，本制式軌道電

8、路要適用于直流牽引區(qū)段，由于在牽引軌條內(nèi)有大量的直流牽引電流流過，如前所述，“軌道電路是利用鐵路線路的鋼軌為導(dǎo)體”工作的電路系統(tǒng)，故該制式軌道電路的軌道變壓器是并接在牽引軌條和非牽引軌條之間的，于是，在軌道電路送、受電端的軌道變壓器和非牽引軌條間構(gòu)成一條牽引電流的分支電路，因而，在軌道變壓器中有一定量的直流牽引電流流過并對其磁化。因此，本制式軌道電路的軌道變壓器必須考慮直流電流的磁化作用，不能使用一般普通型的軌道變壓器（包括電源變壓器和中繼變壓器），必須研制適用于經(jīng)一定量的直流電流磁化后、仍能正常工作的新型專用送、受電端軌道變壓器。 本制式軌道變壓器能適用在直流磁化電流不大于5A的條件下，確保

9、軌道電路系統(tǒng)正常工作。本制式軌道電路在室外的主要設(shè)備為送電端軌道電源變壓器和受電端軌道中繼變壓器等，它們分別置于室外的軌道電路送、受電端變壓器箱內(nèi)；室內(nèi)除需要設(shè)置相應(yīng)的50Hz電源設(shè)備，分別為其送電端供給電源和為受電端的二元軌道繼電器供給局部電源外，還需設(shè)置二元二位相敏軌道繼電器和與其配套的電路組合，作為受電端的接收設(shè)備，構(gòu)成軌道電路系統(tǒng)。相敏軌道電路系統(tǒng)制式簡單、使用方便、維修周期長、易學(xué)好懂、便于設(shè)計(jì)、施工和維修。2.2 50 Hz相敏軌道電路信號傳輸中的相移問題 50Hz相敏軌道電路中軌道繼電器的理想角為：“局部電流導(dǎo)前軌道電流90°”。實(shí)際應(yīng)用中兩者間的相位關(guān)系不可能正好符合

10、理想角，這是因?yàn)檐壍离娐吩趥鬏斶^程中存在著各種不同的因素和條件，因此實(shí)際的相位角與理想角之間一定會(huì)有一個(gè)差值，這個(gè)差值被稱為“失調(diào)角”。由前述公式可知，失調(diào)角大到一定程度必會(huì)導(dǎo)致正轉(zhuǎn)矩下降，繼電器可能吸不起來，甚至可能產(chǎn)生負(fù)轉(zhuǎn)矩。因此必須采取相應(yīng)的措施，盡量縮小失調(diào)角，使其限制在一定范圍內(nèi)，根據(jù)最不利條件下的軌道電路計(jì)算，一般希望其為±20°，才能保證系統(tǒng)電路的正常工作。 由此可知，使軌道電壓的相位和局部電壓的相位達(dá)到理想角十分重要，25 Hz相敏軌道電路是在電源屏內(nèi)部，通過變頻機(jī)及定相電路，確保其輸出的局部電源電壓相位導(dǎo)前軌道電源電壓相位90°，這是該制式軌道電

11、路正常運(yùn)作所必要的保證措施。而向50 Hz相敏軌道電路提供的為50 Hz的電源，因其電源無須變頻，所以電源屏直接取自50 Hz工頻電源，比較簡單，造價(jià)也較低，也不設(shè)移相定相電路，屏內(nèi)的軌道和局部電源都取自于同一個(gè)工頻交流電，因此該兩者在相位上的關(guān)系只能是或者同相，或者反相。因此，必須采取措施，即進(jìn)行“調(diào)相”使軌道電路信息在系統(tǒng)傳輸過程中自然產(chǎn)生相移，最后使軌道線圈電流落后于局部線圈電流的相位，其相位差盡量接近理想角。調(diào)相的方法有多種，但經(jīng)過比選后，現(xiàn)將本制式采取的具體措施介紹如下。 在受電端二元軌道繼電器的軌道線圈側(cè)回路內(nèi)串接電容進(jìn)行調(diào)相。經(jīng)計(jì)算分析，該方案切實(shí)可行。為了盡量和現(xiàn)有器材相配套，

12、采用電容串聯(lián)調(diào)相法。采用該方法后，失調(diào)角可以限制在±20°以內(nèi)。3 WXJ50型微電子相敏軌道電路WXJ50型微電子相敏軌道電路接收器以微處理機(jī)為基礎(chǔ)，采用數(shù)字處理技術(shù)對軌道電路中的信息進(jìn)行分析、檢出有用信息，除去干擾，完成50 Hz相敏軌道電路接收功能。 WXJ50型微電子相敏軌道電路接收器取代原JRJC型二元二位相敏繼電器，解決了原繼電器接點(diǎn)卡阻、抗電氣化干擾能力不強(qiáng)、返還系數(shù)低等問題，與原繼電器的接收阻抗、接收靈敏度相同，提高了安全性和可靠性。WXJ50型微電子相敏軌道電路室內(nèi)設(shè)備包括WXJ50型微電子相敏軌道電路接收器（WXJ50）和調(diào)相防雷變壓器（TFQ）。WXJ

13、50接收器采用不同的組合配置，可以構(gòu)成單套設(shè)備使用結(jié)構(gòu)，也可以構(gòu)成雙套設(shè)備并聯(lián)使用結(jié)構(gòu)，以提高系統(tǒng)的可靠性、方便維修，其使用器材完全一致，只是組合配置不同。3.1 WXJ50型微電子相敏軌道電路接收器技術(shù)條件Ø WXJ50型微電子相敏軌道電路接收器安裝在安全型繼電器罩內(nèi)，采用繼電器插座。其端子分配如圖1所示：圖1 WXJ50型微電子相敏軌道電路接收器端子圖Ø WXJ50型微電子相敏軌道電路接收器工作電源為直流24 V±3.6 V，交流分量不大于1 V，可由電源屏供給，也可另加獨(dú)立整流電源供給。每套接收器耗電小于100 mA（包括驅(qū)動(dòng)JWXC-1700型軌道繼電器的

14、電流）。Ø WXJ50型微電子相敏軌道電路接收器局部電源為11050 Hz，由電源屏或另加獨(dú)立電源供給(當(dāng)電源屏沒有110 V輸出時(shí)，每個(gè)咽喉采用一個(gè)BG2-300變壓器供電，設(shè)置在繼電器架上)。每套接收器局部輸入阻抗為30 k，輸入電流約為3.7 mA。Ø WXJ50型微電子相敏軌道電路接收器的最后執(zhí)行繼電器JWXC-1700安全型繼電器。Ø 軌道接收阻抗：Z=500±20 ，= 0°。Ø 軌道接收信號與局部電源為理想相位0°時(shí)，工作值為12.5±1 V，返還系數(shù)大于80%。Ø 具有可靠的絕緣破損防護(hù)性

15、能。Ø 軌道輸入采用防雷變壓器，具有較強(qiáng)的雷電防護(hù)能力。Ø 防雷補(bǔ)償器（TFQ）也安裝在安全型繼電器罩內(nèi)，每個(gè)繼電器罩安裝2套設(shè)備，供兩段軌道電路使用，其電路圖及接線端子如圖6所示。其中“軌道輸入”和“軌道輸入”接軌道電路，“軌道輸出”和“軌道輸出”接WXJ50接收器的“73”、“83”端子。圖2TFQ防雷補(bǔ)償器端子圖3.2 WXJ50型微電子相敏軌道電路WXJ50型微電子相敏軌道電路每段軌道電路使用兩套WXJ50接收器，共同驅(qū)動(dòng)一個(gè)軌道繼電器，其兩套設(shè)備中只要有一套正常工作，就能保障系統(tǒng)正常運(yùn)行，進(jìn)一步提高了系統(tǒng)的可靠性；如果其中一套發(fā)生故障，能及時(shí)報(bào)警，通知維修人員進(jìn)行

16、維修，而且對其中單套維修時(shí)，不影響系統(tǒng)使用，方便現(xiàn)場維修。WXJ50型微電子相敏軌道電路每個(gè)組合安裝4段軌道電路設(shè)備和1個(gè)報(bào)警盒(BJH)。報(bào)警盒也安裝在安全型繼電器罩內(nèi)，其接線端子圖見圖7，其中報(bào)警輸入接各微電子相敏接收器“BJ-”，報(bào)警電源接各微電子相敏接收器“BJ”，報(bào)警盒上有報(bào)警表示燈，能明確顯示哪個(gè)設(shè)備發(fā)生故障，并使報(bào)警繼電器（BJJ）吸起報(bào)警，報(bào)警盒的“報(bào)警輸出”接KZ24 V，本車站所有報(bào)警盒的“報(bào)警輸出”并聯(lián)，接報(bào)警繼電器（JWXC-1700）的線圈“1”，線圈“4”接KF24 V(每個(gè)車站采用一個(gè)BJJ，全站BJH并聯(lián)使用)。圖3 報(bào)警盒端子圖3.3 單軌條式50 Hz微電子

17、相敏軌道電路原理圖。圖450Hz相敏軌道電路原理圖設(shè)備的構(gòu)成：1) WXJ50：50 Hz微電子相敏接收器2) BJH：50 Hz微電子相敏接收器報(bào)警盒3) TFQ：調(diào)相防雷器4) BGD-A：直流電化送電端電源變壓器5) BZD-A：直流電化受電端中繼變壓器6) R1、R2(R1-4.4/440)：送、受電端防護(hù)電阻（送電端R1同時(shí)又是限流電阻）；7) RD1、RD2、RD3：熔斷器。WXJ50型微電子相敏軌道電路室內(nèi)設(shè)備包括WXJ50型微電子相敏軌道電路接收器（WXJ50）和防雷補(bǔ)償器（TFQ）。3.4 軌道電路室外布置 一個(gè)送電端、一個(gè)受電端的軌道區(qū)段，如圖5所示。圖5 一個(gè)送電端、一個(gè)

18、受電端、帶三個(gè)無受電分支的軌道區(qū)段，每個(gè)無受電分支長度均小于65 m，如圖6所示。圖6 一個(gè)送電端、兩個(gè)受電端、帶一個(gè)無受電分支的軌道區(qū)段，該無受電分支的長度小于65 m，如圖7所示。圖7 軌道電源的線路允許壓降不大于30 V。 電源要求為220 V±6.6 V。 每段軌道電路用電量為45 VA。 受電端單芯電纜控制長度不大于1000 m。3.5 一送多受軌道電路控制方法WXJ50型微電子相敏軌道電路接收器在一送多受時(shí)，每個(gè)分支用一個(gè)執(zhí)行繼電器，在主接收器的執(zhí)行繼電器的吸起回路中串接其他分支執(zhí)行繼電器的上接點(diǎn)，如圖8所示。圖8一送多受時(shí)各分支的控制方法4 有交叉渡線的軌道電路圖 9設(shè)

19、有交叉渡線的軌道電路如圖9所示，若按非電氣化區(qū)段布置軌端絕緣，則在上、下兩個(gè)區(qū)段（A段及B段）軌道電路有一根鋼軌相連，如圖9的粗線所示。在電氣化區(qū)段因設(shè)有扼流變壓器，相鄰兩段軌道電路扼流變壓器的中點(diǎn)相連，使上述A、B兩段軌道電路的另一根軌條通過一定的迂回阻抗也相連，如圖9的虛線所示，這就造成了軌道電路工作不穩(wěn)定。表現(xiàn)在下列情況：4.1 軌道電路本身問題a. 調(diào)整這兩個(gè)區(qū)段時(shí)，改變?nèi)我粎^(qū)段的供電電壓，影響另一區(qū)段軌道繼電器的電壓；b. 改變?nèi)我粎^(qū)段供電電壓極性時(shí)（電壓保持不變），另一區(qū)段的繼電器電壓變化很大；c. 任一區(qū)段分路時(shí)，另一區(qū)段繼電器電壓也降低，甚至不能保持吸起。4.2 牽引電流引起的

20、問題 渡線區(qū)段空閑時(shí)，其他區(qū)段有機(jī)車升弓，造成瞬間沖擊電流，有可能熔斷渡線區(qū)段的熔斷器，或未熔斷但軌道繼電器瞬間落下。4.3 解決的根本方法通過以上分析可知，造成上述幾種不正?，F(xiàn)象的根本原因是A、B兩段軌道電路有一處直接相連。另一處經(jīng)迂回后相連，這與軌道電路制式無關(guān)。所以電氣化區(qū)段有交叉渡線的軌道電路，凡是采用雙扼流者，任何制式都存在這些問題。而非電氣化區(qū)段只有一處直接相連，所以不存在上述問題。解決的根本方法是將兩處相連，改為只有一處相連。即在渡線處加裝兩處絕緣，使A、B兩段軌道電路完全隔開加以解決。5 WXJ50型微電子相敏軌道電路檢測儀表5.1 WXJ50軌道電路測試盤微電子相敏接收器配置

21、的軌道電路測試盤是在原軌道電路測試盤基礎(chǔ)上增加了相位測試功能和軌道繼電器電壓測試功能，使得能夠在測試軌道電路接收電壓的同時(shí)測量接收信號與局部信號的相位和軌道繼電器電壓。軌道測試盤上配備有：a. 轉(zhuǎn)換開關(guān)；b. 測量軌道接收電壓50 Hz交流電壓表；c. 測量軌道電源與局部電源之間相位角的50 Hz數(shù)字相位表(附電源開關(guān)，用50 Hz 110 V作為工作電源)；d. 測量執(zhí)行繼電器工作電壓的直流電壓表。50 Hz微電子相敏軌道電路測試盤，安裝尺寸與標(biāo)準(zhǔn)測試盤相同，占用一個(gè)組合位置。圖10 帶相位表的軌道電路測試盤軌道測試盤配線表 表1測試對象側(cè)面端子測試對象側(cè)面端子直流交流直流交流輸出+輸出-軌

22、道輸入+軌道輸入-輸出+輸出-軌道輸入+軌道輸入-101-101-201-301-42506-706-806-906-10201-501-601-701-82606-1106-1206-1306-14301-901-1001-1101-122706-1506-1606-1706-18401-1301-1401-1501-162807-107-207-307-4501-1701-1802-102-22907-507-607-707-8602-302-402-502-63007-907-1007-1107-12702-702-802-902-103107-1307-1407-1507-16802-

23、1102-1202-1302-143207-1707-1808-108-2902-1502-1602-1702-183308-308-408-508-61003-103-203-303-43408-708-808-908-101103-503-603-703-83508-1108-1208-1308-141203-903-1003-1103-123608-1508-1608-1708-181303-1303-1403-1503-163709-109-209-309-41403-1703-1804-104-23809-509-609-709-81504-304-404-504-63909-909

24、-1009-1109-121604-704-804-904-104009-1309-1409-1509-161704-1104-1204-1304-144109-1709-1810-110-21804-1504-1604-1704-184210-310-410-510-61905-105-205-305-44310-710-810-910-102005-505-605-705-84410-1110-1210-1310-142105-905-1005-1105-124510-1510-1610-1710-182205-1305-1405-1505-164611-111-211-311-42305

25、-1705-1806-106-24711-511-611-711-82406-306-406-506-64811-911-1011-1111-12GJZ110112-13電話A12-17GJF110112-14電話B12-18GJZ110212-15GJF110212-165.2 有效值測試相位表ME25/50相敏軌道電路測試表是一款鐵路電務(wù)專用儀表。適合電務(wù)工區(qū)日常對25Hz（或50Hz）相敏軌道電路檢測和維護(hù)使用。該儀表以數(shù)字信號處理技術(shù)為核心，采用精密的信號調(diào)理器件和點(diǎn)陣液晶屏顯示。該儀表適用于室內(nèi)相角測量、室外極性交叉測量以及其它工頻電壓(50Hz)的相角測量。本儀器由兩路輸入信號，把局部、軌道信號接入儀器的相應(yīng)輸入端，約1秒鐘，即可測出相位差、局部電壓、軌道電壓及軌道電壓的有效值。5.3 軌道電路極性交叉測試儀該測試儀有四條測試線，分別接于軌道電路絕緣節(jié)兩端，可以非常方便的測試出該相鄰兩段軌道電路極性是否交叉，該設(shè)備對新開通的軌道電路和定期檢查軌道電路極性交叉是非常必要的。6 WXJ50I型微電子相敏軌道電路組合圖11WXJ50I型微電子相敏軌道電路組合正視圖圖12 WXJ50-I型微電子相敏軌道電路組合配線圖7 WXJ50II型微電子相敏軌軌道組合布置圖13 WXJ50II型微電子相敏軌