淺談50Hz相敏軌道電路的工作原理

王珊珊，王成娟

（1.吉林省經濟管理干部學院，吉林長春，130012；2.中國鐵路濟南局青島動車段，山東青島，266031）

1 50Hz相敏軌道電路概述

值班員在室內值班室，他怎么會了解室外列車的運行情況，怎么會清楚鋼軌上是否有車占用呢？一切都是通過軌道電路來進行監督的。軌道電路是利用兩根鋼軌作為導體，在一定長度的鋼軌兩端裝設機械絕緣節或電氣絕緣節，中間的軌縫用鋼軌接續線連接起來，并用鋼軌引接線連接電源和接收設備的電路［1］。軌道電路將列車的運行和信號系統聯系起來，不僅可以自動連續的檢測線路的占用情況，還能夠通過鋼軌來傳遞行車信息，從而保證行車安全。

軌道電路的種類有很多，按傳輸電流特性來分，可以分為工頻交流連續式軌道電路和音頻軌道電路。其中，工頻交流連續式軌道電路包括25Hz相敏軌道電路和50Hz相敏軌道電路兩種。目前，城市軌道交通中多用50Hz相敏軌道電路，鐵路中主要應用25Hz相敏軌道電路。50Hz相敏軌道電路采用二元二位繼電器作為軌道繼電器，其具有獨特的相位選擇特性和頻率選擇特性，具有可靠性高、安全性高、抗干擾能力強等特點，被廣泛應用在城市軌道交通車輛段、停車場以及正線道岔區段。

2 50Hz相敏軌道電路結構及各部件作用

50Hz相敏軌道電路是由送電端設備、受電端設備以及通道設備三部分組成，其結構如圖1所示：

圖1 50Hz相敏軌道電路

2.1 送電端設備

送電端一般安裝在室外變壓器箱內，軌道電源從室內通過電纜送至送電端。送電端的主要作用是向軌道電路供電，主要設備包括BG5－D型軌道變壓器、R－2.2／220型變阻器、10A熔斷器。

（1）送電端BG5－D型軌道變壓器主要用于向軌道電路供電，起降壓作用，接電源的為一次側，接設備的為二次側。它的一次側電壓為220v，二次側通過連接的端子不同，可以獲得各種不同的電壓值，一般電壓范圍在0.45－10.80 V之間。調整軌道變壓器的二次側端子，可使軌道繼電器正常工作。

（2）送電端變阻器是一個可調電阻器，型號為R－2.2／220型，其阻值為2.2Ω，功率為220W，容許電流為10 A，容許溫度為105℃。變阻器主要用于調整軌道電路的電壓，當軌道電路被列車的輪對分路時，能夠防止輸出電流過大而損壞電源，能夠保護電源不至于因過負荷而損壞，同時又保證列車占用軌道時，軌道繼電器可靠落下。

（3）送電端10A熔斷器，也叫過電流保護器，主要起到過電流保護作用。

2.2 受電端設備

受電端設備包括安裝在室外變壓器箱或電纜盒內的BZ－D型中繼變壓器、R－2.2／220型變阻器、10A熔斷器，安裝在室內組合架上電容器C／CA、防雷元件、交流二元二位繼電器等。受電端的主要作用是通過軌道繼電器來反映軌道電路范圍內有無列車占用以及鋼軌是否完整。

（1）受電端的中繼變壓器型號為BZ4型，起升壓作用，接電纜的為一次側，接設備的為二次側，一次側的輸入電壓為1－2伏，允許電流為10A，頻率為50Hz，功率為5W，匝比為1：70。中繼變壓器與受電端的軌道繼電器（交流二元二位繼電器）配合使用，可以使鋼軌阻抗與軌道變壓器阻抗相匹配。

（2）受電端有2個電容器，電容器C用于隔離直流，不使牽引電流進入軌道繼電器的軌道線圈，并能夠減少軌道電路的傳輸衰耗和相移。另一個電容器CA起補償作用，以提高軌道繼電器局部線圈的功率因數，降低輸入電流。

（3）受電端防雷元件Z是對接的硒片，也稱為浪涌抑制器，主要是用于防雷。

（4）交流二元二位繼電器是50Hz相敏軌道電路受電端的主要部件，用于表示軌道電路的占用情況。繼電器吸起，表示軌道區段空閑，繼電器落下，表示軌道區段有車占用。其中，1－2線圈接局部電源，3－4線圈接軌道電源。二元是指兩個相互獨立又相互作用的交變電磁系統，二位是指繼電器有吸起和落下兩種狀態。二元二位繼電器具有相位選擇性和頻率選擇性，見圖2所示。

圖2 交流二元二位繼電器工作原理

當交流二元二位繼電器電磁系統的局部線圈和軌道電路線圈中分別通以一定相位差的交變電流IJ和IG時，會形成兩個交變磁通ΦJ和ΦG。當交變磁通穿過翼板時，會形成兩個磁極J和G，在翼板中分別產生感應電流，可以將其看作是許多環繞磁通的電流環所組成，我們把它稱為渦流，用IWJ和IWG表示。渦流IWJ和IWG在磁極J和G的作用下分別產生電磁力F2和F1。F1和F2方向可通過左手法則確定。如果要使F1和F2方向相同，則要求ΦJ和ΦG方向必須相反，IWJ和IWG方向相同?；蛘邇蓚€渦流IWJ和IWG方向相反，而兩個磁通ΦJ和ΦG方向相同。只有在兩個磁通ΦJ和ΦG方向相位差為90度的條件下，F1和F2是同方向的，也就是說在任何瞬間翼板總是受到一個方向的轉動力的作用。概括來說，當局部電流相位超過軌道電流相位90度時，即ΦJ超前ΦG90度時，在翼板得到正方向的轉矩，接通前接點。當局部電流相位滯后軌道電流相位90度時，即ΦJ滯后ΦG90度時，在翼板得到反方向的轉矩，接通后接點。這就是交流二元二位繼電器的相位選擇性。

當兩根鋼軌上的牽引電流不平衡時，會有其他頻率的電壓加在軌道線圈上，這時所產生的轉矩力在一個周期內的平均值為0。因此，若有干擾電流混入與50Hz的局部線圈相作用，并且當列車占用軌道電路時，翼板不產生轉矩，不會使繼電器誤動。只有當軌道線圈與局部線圈接收到相同頻率的電流時，繼電器才會動作［2］。這就是交流二元二位繼電器的頻率選擇性。

2.3 通道設備

（1）鋼軌是傳輸軌道電流的導體，在電力牽引區段，鋼軌線路又可以作為牽引電流的回路。

（2）鋼軌絕緣也叫絕緣節，設置于兩個軌道電路的分界處，用于隔離相鄰的軌道電路，保證相鄰軌道電路區段在電氣上的可靠隔離。兩絕緣節之間的鋼軌線路的長度就是軌道電路的長度。鐵路上多采用機械強度高、絕緣性能好的絕緣材料。在鋼軌與夾板間，墊有槽形絕緣板，夾板螺栓與夾板之間裝有絕緣套管和絕緣墊圈。在兩個鋼軌銜接的斷面間，還夾有與鋼軌斷面相同的軌端絕緣。

（3）鋼軌接續線用于連接相鄰鋼軌，在兩節鋼軌的接頭處，為了減少鋼軌與鋼軌夾板間的接觸電阻，保證電信息的延續，用鋼軌接續線連接，鋼軌接續線有塞釘式和焊接式兩種，城市軌道交通多采用塞釘式鋼軌接續線。

（4）鋼軌引接線的作用是將送、受電設備直接通過電纜接向鋼軌。

3 50Hz相敏軌道電路工作原理

50赫茲相敏軌道電路是如何工作的？它是如何實現監督列車占用這一功能的？50赫茲專用電源屏分別提供50Hz軌道電源和局部電源。送電端軌道電源GJZ220、GJF220由室內供出，經軌道變壓器降壓后送至鋼軌，再經中繼變壓器升壓后送至室內二元二位繼電器的軌道線圈3－4端子。軌道繼電器的局部線圈1－2端子接局部電源GJZ220、GJF220，當軌道線圈和局部線圈電源滿足規定的相位和頻率要求時，二元二位繼電器吸起，表示區段空閑，軌道電路處于調整狀態。當有車占用時，軌道繼電器的3－4線圈無電，軌道繼電器落下，此時軌道電路處于分路狀態。若相位以及頻率不符合要求時，軌道繼電器也落下［3］，因為50Hz相敏軌道電路采用了二元二位繼電器，該繼電器具有相位鑒別能力，抗干擾性能高。

4 結語

本文首先介紹了50Hz相敏軌道電路的結構以及各部件的作用，在此基礎上對50Hz相敏軌道電路的工作原理進行討論分析。50Hz相敏軌道電路作為軌道交通信號系統的重要組成部分，重要性不言而喻。掌握這種軌道電路的結構組成和工作原理，能夠幫助我們對可能出現的故障進行全面的分析，采取有效措施對故障進行及時處理［4］，對減少軌道電路故障的發生概率、降低故障帶來的危害影響以及提高設備的運用質量具有積極作用。