襄渝線山區(qū)鐵路信號系統(tǒng)特殊問題解決方案

喻礦強

(中鐵第一勘察設計院集團有限公司，西安 710043)

1 工程概況

襄渝線是滬漢蓉大能力通道北路的重要組成部分，也是川渝地區(qū)東出通道之一。線路橫跨鄂西北及陜南山區(qū)，橋隧占線路長度比例約74%，屬于典型的山區(qū)鐵路。沿線大多數(shù)隧道內為有砟道床，遇到雨天再加上山體內自身的水源，極易出現(xiàn)翻漿冒泥、滲水現(xiàn)象，使得隧道內軌道電路區(qū)段道床漏泄過大，電阻太低。同時，沿線途徑大多為巖石地段，土壤電阻率較高，貫通電纜與土壤的接地電阻過大。較低的道床電阻、較高的土壤電阻將直接影響信號系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性及安全性，為了提高運輸效率，保證行車安全，解決低道床、高土壤電阻對信號系統(tǒng)的影響勢在必行。

2 解決低道床方案

襄渝線隧道內道床漏泄過大，電阻太低(道床電阻＜1Ω· km)，軌道電路信號傳輸衰耗增大，使得軌道電路接收端的接收信號減弱，軌道繼電器GJ不能可靠勵磁，造成軌道電路“紅光帶”故障;同時，將引起機車信號減弱，造成車載設備不能可靠接收機車信號。解決這一問題的可行方案，是對軌道電路進行分割的同時增加不受道床條件影響的計軸設備，并在軌道電路自動閉塞系統(tǒng)中加入計軸設備檢查條件[1]。

2.1 軌道電路分割與計軸綜合設計方案分析

對于較差道床地段，通過分割軌道電路縮短其長度，可以有效地減少軌道電路信號傳輸?shù)乃ズ模ＷC軌道電路可靠工作和機車信號的可靠傳輸;但當?shù)来矖l件進一步惡化時，分割軌道電路的方式只能保證機車信號的可靠傳輸，不能保證軌道電路的可靠工作。襄渝線增建第二線工程利用不受道床條件影響的計軸設備替代軌道電路完成區(qū)段占用、空閑檢查[2]。工程中根據(jù)既有線和新建線不同的道床條件，采取不同的軌道電路分割與計軸設備結合設置方式(表1)，在解決問題的同時，更好的控制投資。

表1 不同線路條件解決低道床措施

具體原則如下:

(1)既有線閉塞分區(qū)內的連續(xù)隧道長度大于500 m小于1 000 m時，該區(qū)段軌道電路采用分隔一次處理方式，并預留計軸設備電纜;

(2)既有線閉塞分區(qū)內的連續(xù)隧道長度大于1 000 m時，該區(qū)段軌道電路采用分隔一次處理方式，并增加計軸設備和計軸設備電纜;

(3)新建線閉塞分區(qū)內的連續(xù)隧道長度大于500 m小于1 000 m時，該區(qū)段軌道電路采用預留分隔軌道電路一次所需電纜;

(4)新建線閉塞分區(qū)內的連續(xù)隧道長度大于1 000 m時，該區(qū)段軌道電路采用分隔一次處理方式，并預留計軸設備電纜。

襄渝線閉塞分區(qū)長度均在1 500 m以內，通過對軌道電路進行一次分割并增加計軸設備，軌道電路長度均小于750 m，在道床電阻≥0.3 Ω·km時，能夠保證機車信號發(fā)送和軌道電路的可靠工作[3-4]。

2.2 計軸設備與軌道電路結合設計

襄渝線低道床電阻軌道區(qū)段(如圖1中的003BG、003AG)，當?shù)来搽娮琛?.6 Ω·km時，軌道電路單獨使用，計軸設備保持正常工作狀態(tài)，但其輸出條件不納入信號控制。當?shù)来搽娮瑁?.6 Ω·km時，分割后的軌道電路單獨工作已不能保證無絕緣軌道電路設備穩(wěn)定可靠的工作，此時，利用計軸設備實現(xiàn)區(qū)間軌道區(qū)段空閑、占用檢查，軌道電路只完成機車信號傳輸功能，從而保證自動閉塞系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的工作。

圖1 區(qū)間信號設備布置示意

2.2.1 計軸設備與軌道電路切換

當確認ZPW-2000軌道電路不能可靠工作時，ZPW-2000軌道電路出現(xiàn)“紅光帶”(即ZPW-2000軌道繼電器GGJ落下)，并且軌道區(qū)段沒有列車占用時，由運輸人員分別按下非自復式按鈕QHA，QHJ吸起，由計軸軌道繼電器JGJ來判斷軌道區(qū)段空閑、占用情況;當ZPW-2000軌道電路恢復正常時，由JGJ與GGJ并聯(lián)使用來判斷軌道區(qū)段空閑占用情況，直至由運輸人員拔出QHA，QHJ落下，由GGJ來判斷軌道區(qū)段空閑占用情況[3]。具體電路見圖2。

圖2 切換電路

2.2.2 計軸設備加軌道電路監(jiān)督報警

軌道電路繼電器和計軸軌道繼電器有輸出狀態(tài)不一致的情況，增加報警裝置通知值班人員，便于異常情況下(如軌道電路設備故障、道床電阻降低、斷軌、計軸設備故障、外界干擾計軸磁頭等)的及時分析和處理，排除安全隱患[3]。具體電路見圖3。

圖3 報警電路

2.2.3 ZPW-2000軌道電路自動閉塞修改設計

將ZPW-2000軌道電路自動閉塞系統(tǒng)中的信號機點燈電路、紅燈轉移電路、方向電路、自閉結合電路中的003BGJ、003AGJ軌道繼電器全部更換為由GGJ和JGJ并聯(lián)勵磁的ZGJ。為減少軌道電路在傳輸過程中的衰耗，將ZPW-2000軌道電路匹配變壓器變比改為18∶1，1 700、2 000、2 300、2 600 Hz的軌道電路的補償電容分別改為 90、80、70、60 μF[3，5]。

3 解決高土壤電阻方案

為保證區(qū)間信號設備穩(wěn)定可靠工作，沿線敷設信號貫通電纜，將沿線信號設備接入貫通電纜，實現(xiàn)接地和等電位連接。由于襄渝線沿線多為巖石地段，土壤電阻率較高，貫通電纜與土壤的接地電阻遠大于1 Ω，當牽引回流和機車牽引產生的感應電流過大時，貫通電纜因為附帶電流過大向鄰近金屬物件放電[6-7]，嚴重時會燒毀沿線的信號、通信光電纜，造成信號設備不能正常工作。增加接地降阻裝置，可以降低貫通電纜與土壤的接地電阻。

3.1 接地降阻裝置的選擇

降阻裝置目前主要有銅制、鋼制、熱鍍鋅、鋅包鋼、銅包鋼、石墨、離子接地極等，各接地極的主要材質特點見表2。

襄渝線信號工程從接地效果、工程難度、使用壽命、維護難度、工程投資等方面綜合考慮，選用石墨接地極和銅包鋼接地極作為降阻接地裝置。在土壤、沙石等松軟土質地段，多采用石墨接地極;在巖石地段，多采用銅包鋼接地極。

表2 接地極材質特點

3.2 接地降阻阻值的選擇

貫通電纜上某點的接地電阻為該點至接地極與貫通電纜連接處的電阻值和接地體接地電阻值之和[8]。

襄渝線貫通電纜采用35 mm2裸銅線[9]，貫通電纜長度與電阻值對應關系見表3。

表3 貫通電纜長度與電阻值對應關系

人工接地體的接地電阻與接地極的數(shù)量有關，接地極的數(shù)量越多，接地體的接地電阻越低，但接地電阻與接地極的數(shù)量并非成線性關系。襄渝線沿線主要有黏土、黃土、河流砂、粗?；◢弾r等高土壤電阻土質。不同的接地極數(shù)量在不同地質條件下達到的接地電阻見表4。

表4 不同的接地極數(shù)量在不同地質條件下達到的接地電阻

根據(jù)表3和表4可知，貫通電纜接地電阻值越低，需要的接地極數(shù)量越多。襄渝線接地極的設置受制于山區(qū)地形狹小的地域特點，大量設置接地極的實施難度太大。因此貫通電纜敷設在橋隧相連巖石地段，貫通電纜單點接地電阻降至4 Ω左右;貫通電纜敷設在砂土地段，貫通電纜單點接地電阻降至2 Ω左右，最終所有單處接地體與貫通電纜連接后形成并聯(lián)整體的接地系統(tǒng)，使貫通電纜接地電阻降至接近1 Ω。

3.3 接地降阻裝置的設置

橋遂相連的巖石地段，可在長大橋兩端增加接地體，中橋一端增加接地體，接地體布設在巖石較少，空間較大的橋梁下河床里，接地體由4～5根鋼包銅和1～2根石墨接地極組成;砂土地段，每隔500 m布設1組接地體，接地體由1～2根鋼包銅和4～5根石墨接地極組成。利用石墨接地極和銅包鋼接地極作為垂直接地體，接地極間的間距保持在20 m以上[8]，鍍鋅扁鋼作為水平接地體，組成復合式接地網[10]。貫通地線至人工接地網之間的連接線采用鍍鋅扁鋼和軟銅電纜，其中鍍鋅扁鋼敷設至橋頭電纜槽下，再用軟銅電纜完成貫通地線與鍍鋅扁鋼之間的連接。設置單獨接地體后所有單處接地體與貫通電纜連接后形成并聯(lián)整體的接地系統(tǒng)，從而將貫通地纜的接地電阻降低。

4 結語

西部大開發(fā)，鐵路要先行。在國家實施西部鐵路大發(fā)展中，必將遇到更多的山區(qū)鐵路建設。在山區(qū)鐵路工程的實施過程中會遇到很多新的技術問題，提出的計軸加軌道電路自動閉塞制式解決低道床對軌道電路影響，設置接地降阻系統(tǒng)解決高土壤電阻對設備接地影響的設計方案具有一定的可靠性、適用性、經濟性，并已在襄渝線成功應用，全線自開通以來現(xiàn)場運用效果良好，希望對今后的山區(qū)鐵路信號系統(tǒng)設計能起到拋磚引玉的作用。

[1]中華人民共和國鐵道部.TB10007—2006 鐵路信號設計規(guī)范[S].北京:中國鐵道出版社，2006.

[2]中華人民共和國鐵道部.運基信號2006[168]號 關于發(fā)布《ZPW-2000A軌道電路整治基本技術原則》的通知[S].北京:2006.

[3]中華人民共和國鐵道部.運基信號2006[446]號 關于印發(fā)《計軸加軌道電路解決自動閉塞解決自動閉塞“紅光帶”方案的指導意見》的通知[S].北京:2006.

[4]鐵道部通信信號總公司研究設計院.TB/T1567—1990 鐵路自動閉塞技術條件[S].北京:中華人民共和國鐵道部，1990.

[5]張朝波.計軸加ZPW-2000A軌道電路模式運用初探[J].鐵路通信信號工程技術，2009(6).

[6]中華人民共和國鐵道部.鐵運2008[142]號 鐵路信號維護規(guī)則[S].北京:中國鐵道出版社，2008.

[7]馬智芳.電氣化牽引電流對信號軌道電路的干擾及防護措施[J].鐵路通信信號工程技術，2004(3).

[8]鐵道部工程設計鑒定中心.鐵路綜合接地和信號設備防雷系統(tǒng)工程設計指南[M].北京:中國鐵道出版社，2009.

[9]北京全路通信信號研究設計院.ZPW-2000系列無絕緣軌道電路標準匯總[S].北京:北京全路通信信號研究設計院，2004.

[10]中華人民共和國鐵道部.鐵建設2007[39]號 關于發(fā)布《鐵路防雷、電磁兼容及接地工程技術暫行規(guī)定》的通知[S].北京:2007.