高壓脈沖軌道電路在鐵路專用線建設中的應用

樊學濤

（中鐵一院集團新疆鐵道勘察設計院有限公司，新疆 烏魯木齊 830011）

1 概述

軌道電路是以鋼軌線路作為信號傳輸的通道，兩端加以絕緣或電氣絕緣并接上軌道送受電設備所構成的電路。它是列車運行實現自動控制的關鍵設備，通過發送信號檢測列車占用和軌道完整性，同時通過信息接收模塊實現向車載列控設備連續傳輸地面軌道信息，在CTCS（總體結構示意圖如圖1所示)中占有極其重要的地位，其信號的傳輸質量直接影響著列車的運行安全。

為了適應不同自然條件的運營需要，出現了多種類別的軌道電路。其中運用最為廣泛的是25Hz相敏軌道電路。這種軌道電路工作性能可靠、故障率低、節省電能并且有較好的抗干擾能力，但對于生銹區段或因生銹過車后在軌面黏附黑色固體（氧化鐵成分）的區段易造成分路不良。

圖1 CTCS總體結構示意圖

圖2 高壓脈沖軌道電路功能實現原理圖

對于軌道電路分路不良的問題，目前最根本的方法是提高軌面電壓,利用接觸焦耳熱擊穿鋼軌銹層氧化膜和半導體膜。

3 V化軌道電路通過提高軌面電壓的

方法有效地解決了一般地由于生銹原因造成的軌道電路輕度分路不良的問題。而對于分路不良情況嚴重的區段則效果不夠理想，并且由于3V化軌道電路本身也是25Hz軌道電路的一種，軌面電壓的提高會導致軌道電路功率過大。

高壓脈沖軌道電路比較全面地解決了軌道電路的分路不良問題。其瞬時電壓可達100V，能有效地擊穿軌面的銹污、油膜等，顯著提高了軌道電路分路靈敏度。

2 高壓脈沖軌道電路的基本工作原理及功能實現

2.1 高壓脈沖軌道電路的基本工作原理

高壓脈沖軌道電路采用幅度較高的脈沖電壓，其發送的高壓脈沖分正負兩部分，正脈沖的幅值遠大于負脈沖的幅值，同時正脈沖的寬度遠小于負脈沖的寬度。這種高壓、高能的脈沖電壓對軌面的銹污、油膜具有良好的擊穿效果，顯著提高了分路靈敏度。

高壓脈沖工作時的瞬時高電壓使絕緣體內部形成連鎖隧道效應，隨著高于臨界場的電場作用時間的增長而使缺陷群排列形成放電通道，釋放電荷載流子，促進電荷傳輸。列車對軌面的壓力則使鋼軌絕緣層發生形變，有利于內部形成擊穿通道，脈沖信號對銹層造成不可恢復的擊穿效果，遏制了鋼軌絕緣層的形成。

高壓脈沖的能量及功率計算如式1～式3所示。

C=50μf,V=500V 式 1

P=W×N＝6.25×（3～6）=18.75～37.5瓦 式3

其中N為電容器每秒充放電的次數。由計算結果可知，高壓脈沖軌道電路的功率較小，理論計算值介于18.75～37.5瓦之間。利用這種軌道電路可以不因軌面電壓的提高而大幅增加功率。

2.2 高壓脈沖軌道電路功能實現

高壓脈沖軌道電路的電路是由送電端將軌道電源經高壓脈沖發碼器變換生成高壓脈沖信號，再經扼流變壓器降壓后由鋼軌傳輸到受電端。受電端則需經扼流變壓器升壓后送至高壓脈沖譯碼器。譯碼器將軌面傳來的不對稱信號轉換為兩個（頭、尾）直流信號供差動繼電器工作。其電路功能實現原理圖如圖2所示。正常情況下，調整狀態譯碼器的輸出頭、尾電壓大于差動繼電器工作電壓（頭DC27伏、尾DC19伏），一般頭、尾電壓工作在DC50伏左右。分路狀態時譯碼器的輸出頭、尾電壓小于差動繼電器釋放電壓（頭DC13.5伏、尾DC9.5伏）。

二元差動繼電器和譯碼器、扼流變壓器構成軌道電路的接收端，負責接收鋼軌上固定極型的高壓脈沖而工作。

3 高壓脈沖軌道電路在鐵路專用線建設中的應用

鐵路運輸相比于其它貨運方式具有運量大、運輸成本低的優點。鐵路專線的運營有其特殊性，站場裝運的往往是煤粉，原油等化學物質及原材料，極易造成對道床的污染，雖然目前很多專用線配置了除塵設備，卻不能從根本上解決問題。高壓脈沖軌道電路很好地解決了軌道電路分路不良的問題。

結語

高壓脈沖軌道電路的電壓脈沖特性很好地解決了軌道電路分路不良問題，在鐵路專用線中具有極高的應用價值，適用于站場裝卸貨物會造成道床污染的專用線建設。

[1]《中國鐵道百科全書通信與信號》編輯委員會.中國鐵道百科全書通信與信號[M].北京:中國鐵道出版社，2003.

[2]樊學濤.基于GST的無絕緣軌道電路信號遠程故障診斷的研究與實現[D].北京：北京交通大學，2011.