25hz轨道电路故障维修原理.doc

精选优质文档-----倾情为你奉上25Hz相敏轨道电路原理、维护和故障处理李文海 主编中国铁道出版社2010年 北 京专心---专注---专业目 录第一章 电 路 原 理第一节 25Hz相敏轨道电路的产生一、供电电路的设计任何一个电路都由电源、负载、连接导线构成，电力机车用电电路也不例外，也是由电源、负载、连接导线构成但是电力机车用电电路和一般意义上的电路有着明显不同，表现为负载（电力机车）是移动的由于电力机车是移动的负载，所以电力机车与供电导线之间必须滑行接触，这就要求供电导线必须是裸露的导体由于电力机车运行在钢轨上，供电的导线就必须架设在钢轨上方，同时要求架设的导线必须处在一个水平面上如果采用双导线供电，由于在铁路线路上存在道岔，在道岔的上空四根双导线就会交叉在一起，导线又是裸露的，必然会形成供电导线混在一起，对供电电源短路，如图1—l所示因而，不能采用双导线供电方式供电部门设计了在钢轨上方架设与线路形状相 同的单导线供电网，将其连接到电源一极上，机车用受电弓与网线滑行接触，从而和电源一极连接到了一起电源的另一极如何与机车连接呢？供电部门利用了钢轨这个导体，也就是利用一定的方式，将电源和钢轨连接在一起，这样就实现了供电电源和机车的连接，电力机车可以得到电源而运行，如图1-2所示。

二、供电方式供电方式有AT供电方式、BT供电方式、直供加回流方式AT供电方式——利用自耦变压器设计的一种供电方式BT供电方式——利用吸流变压器设计的一种供电方式直供加回流方式——利用回流线收集电流的一种供电方式呼和浩特铁路局管内全部采用直供加回流方式供电如图1—3所示三、利用钢轨传电存在的问题及解决办法一是为了分割轨道电路，在钢轨上设置了大量的绝缘节，这样利用钢轨传输的供电电源就会受到绝缘节的堵截二是轨道电路利用两条钢轨作为轨道信号一去一回的传输线，而机车供电电路将两条钢轨并接作为牵引电流的回线，因此在传输线的利用上轨道电路和机车供电电路存在矛盾，因而设计电路时必须解决好这两个问题为了解决这两个问题，研究设计了扼流变压器，利用扼流变压器的特点，解决绝缘堵截回流问题和化解钢轨“两线、一线”使用矛盾扼流变压器的特点就是二次线圈（高压线圈）抽出3个抽头，如图1-4所示在每个绝缘节两侧设置两台变压器，将中心抽头连接在一起如图1-5所示，扼流变压器的二次线圈（高压线圈）的两个半圈分别传送牵引电流使用；扼流变压器的一次线圈（信号线圈）、二次线圈的整圈作为轨道电路信号变压传输使用钢轨中的牵引电流I1、I2经过扼流变压器高压线圈的两个半圈汇集到一起，经过中心连接线流向另一台扼流变压器的高压线圈，再经过该台扼流变压器高压线圈的两个半圈分流变为I3、I4流向钢轨，这样在钢轨绝缘处通过扼流变压器为牵引电流搭建了一条通道，使钢轨中的牵引电流可以顺利“通过”钢轨绝缘。

同时扼流变压器一次线圈（信号线圈）中的轨道电流I5、I6在信号线圈上产生感应电压，变压到高压线圈的电压加载在钢轨上，通过两条钢轨传送轨道信号这样解决了上述两个问题四、25Hz相敏轨道电路的结构增设扼流变压器后，从物理连接上看，已经完成了机车供电电路和轨道电路搭建任务但是由于机车供电电路和轨道电路共用钢轨传输，这两个电路必然互相干扰就干扰的结果来说，对轨道电路影响更大，表现为牵引电流I1、I2会在扼流变压器高压线圈的两个半圈上形成感应电压Vl、V2由于两条钢轨阻抗不完全相等，就会造成I1、I2不可能完全相等，并且扼流变压器高压线圈的两个半圈的阻抗也不可能完全一致，所以在扼流变压器高压线圈的两个半圈上产生的感应电压Vl、V2就不可能完全相等，导致在扼流变压器高压线圈整圈上的感应电压V=│Vl—V2│不可能等于0，如图1-6所示这个不平衡电压可能造成轨道继电器的错误动作，为此在JZXC-480型轨道电路的基础上，采取了三项措施对电路进行了改造：1．改变轨道电路电源频率牵引电源频率为50Hz工频，所以牵引回流在扼流变压器上产生的不平衡电压的频率也是50Hz，为了躲避这个电压对轨道电路的干扰，将轨道电路电源改为25 Hz，从而产生了25Hz轨道电路。

2．增加相位检查根据电工学原理，任何一个交流电都是由其奇次谐波和偶次谐波构成的，50Hz的电流也是由多个奇次谐波和多个偶次谐波构成的，因而即使改变轨道电源的频率，不平衡电压的25Hz分量仍然有可能造成轨道继电器的错误动作，特别在机车加速、减速、升弓、降弓等特殊情况下，不平衡电压的频率成分更复杂，对轨道电路的影响更大为了避免继电器错误动作，设计改变了继电器的类型，将原来一元二位继电器改为二元二位继电器，即交流二元继电器交流二元继电器动作需要两个电源，并且这两个电源的初相位有一定的差值，继电器才能动作，即交流二元继电器具有相位检查特性，具体工作原理见本章第二节3．增加频率防护为了使电路更加可靠，彻底消除不平衡电压对电路的影响，还增加了频率防护即在继电器线圈上并接防护盒、在扼流变压器上增设适配器，防护盒和适配器的工作原理见本章第三节频率躲避、相位检查、频率防护，这是25Hz相敏轨道电路与JWXC-480型轨道电路的不同之处图1-7表明了两种轨道电路的差别第二节 交流二元继电器的工作原理一、结 构交流二元继电器由局部线圈、轨道线圈、带轴铝翼板、接点系统构成局部线圈——铁芯上绕制线圈，通入局部电源，该电源由25Hz电源屏供出，电压110V，频率25Hz。

轨道线圈——铁芯上绕制线圈，通人轨道电源，该电源由25Hz电源屏供出，经轨道电路送电端传输至受电端得到电源，电压大于15V，频率25Hz局部电源和轨道电源的初相角在理想状态下相差90°带轴铝翼板——呈椭圆形的铝金属板，其轴心方向与板平面方向成90°接点系统——附着在铝翼板上，由接点支架和中、上接点片构成交流二元继电器实物如图1—8所示二、工作原理交流二元继电器依据两条电磁感应原理工作这两条电磁感应原理是：①处在磁场中的导体在其内部会产生感应电动势或感应电流；②带电的导体在磁场中会运动铝翼板在局部线圈产生的磁场作用下，在其内部会产生涡流，带涡流的铝翼板在轨道线圈产生的磁场作用下会转动；同样地，铝翼板在轨道线圈产生的磁场作用下，在其内部会产生涡流，带涡流的铝翼板在局部线圈产生的磁场作用下会转动两个线圈在铝翼板内产生的涡流方向一致，因而在两个磁场共同作用下，就会使铝翼板转动，铝翼板带动接点支架向上动作，从而中接点和上接点接通任意一个磁场消失即任意一个电源消失，铝翼板在回位弹簧的作用下回位，中接点和上接点断开三、频率检查性和相位检查性经过计算，只有局部电源、轨道电源的频率同为25Hz时，在这两个电源的作用下铝翼板才能旋转，所以交流二元继电器具有对电源频率的检查特性。

只有局部电源、轨道电源的初相角相差（局部电源超前轨道电源）90°时，在这两个电源作用下铝翼板的转矩最大，当局部电源和轨道电源初相角相同时，铝翼板的转矩为零，所以交流二元继电器具有对电源的相位检查性转矩公式： M——铝翼板转矩；K——系数；Uj——局部线圈电压有效值；Ug——轨道线圈电压有效值；β——局部线圈电压和轨道线圈电压初相角的差值，也叫相位角由于局部电源的大小是110V不变，因而铝翼板的转矩由Ug和β两个因素决定下面分析这两个因素对转矩的影响1．轨道电源对转矩的影响由转矩公式可以看到，Ug变化会带来转矩的变化，《铁路信号维护规则》（简称《维规》）规定，要求调整状态时交流二元继电器的工作电压不得大于15V，因而通过对轨道电路的调整，在相位角β=90°时，应该给继电器送人大于18V（考虑可靠工作系数）的电压2．相位角对转矩的影响正弦函数的自变量β为90°时，正弦函数取得最大值为1，继电器的转矩也取得最大值当自变量β为0°时，正弦函数取得最小值为0，继电器的转矩也取得最小值0，因而β不能为0当相位角β偏离90°时，会造成转矩的下降，但是正弦函数是非线性函数，相位角β在60°～120°之间变化时，sinβ在0.866～1之间变化，对转矩的影响并不明显，只要略提高轨道电压Ug，就可以使转矩M达到要求值。

通过上述计算，相位角即使变化到60°或120°，只要将轨道电压调高13％就可以满足继电器的转矩要求，因而在维修中没有必要特别强调相位角一定要处在理想的90°下面解释两个问题：A．相位角为什么会变化由于钢轨铺设在大地上，同时钢轨又是大截面积导体，所以在钢轨上传输交流信号时，轨道电路中会存在钢轨间的分布电容、钢轨内部的电感以及道床电阻轨道电路使用的主要器材有变压器、补偿电容综合以上情况，轨道电路可以等效为图1—925Hz电源屏送出的轨道电路局部电源UJ和送电端电源UG之间的相位角为90°那么经过轨道电路的传输后，继电器得到的电压Uj和Ug之间的相位角为什么会发生变化呢?局部电源通过导线直接接到继电器的局部线圈上，因而继电器得到的局部电源和电源屏供出的局部电源无论大小还是初相角都是相同的而轨道电源则是通过轨道电路的传输送到继电器轨道线圈上的，其大小和初相角则由轨道电路中的各元件参数决定图1—9中的总电流，当表现为纯电阻时，I和UG的初相角相同，所以在继电器上得到的（继电器线圈阻值），与UG的初相角相同，此时Uj和Ug之间的相位差是90°；当表现为容性或感性时，I就会滞后或超前UG，从而造成Uj和Ug的相位差偏离90°。

B．相位角变化对继电器造成的危害在上面“相位角对转矩的影响”中叙述到，相位角对转矩在60°～120°范围内变化其影响并不明显，那么相位角到底对继电器有什么影响呢?当Uj和Ug之间形成相位差偏离90°时，Uj和Ug通入继电器的轨道线圈和局部线圈后，在铝翼板内形成的涡流方向就会偏离铝翼板平面，从而就会使铝翼板受到左右摆动的力，由于翼板固定在轴上，所以此时翼板就会左右颤抖，长时间颤抖就会使轴套磨损而松动，造成继电器使用寿命下降这是相位角变化对继电器造成的实质性的危害依据这个道理，在实际维修中可以听到继电器工作时发出“嗡嗡”的响声，响声大说明相位角偏离90°多，响声小说明相位角偏离90°少 第三节 适配器、防护盒的工作原理适配器和防护盒在电路中的作用相同，都起阻止不平衡电压对继电器工作干扰的作用，但工作原理和设置地点不同一、适配器1．设置原则由于正线包括正线上的道岔区段通过的列车多，交流二元继电器更容易受到干扰，所以处在正线上的各区段需要设置适配器适配器一般设置在正线上各区段的扼流变压器内2．内部结构适配器由一个电容和带有多个抽头的线圈构成，如图1—10所示在制造扼流变压器时，在信号圈铁芯上多绕制一些线圈，并抽出抽头，将电容用密封胶灌注在扼流变压器箱内。

3．工作原理将电感线圈和电容串联起来，并接到扼流变压器的信号圈上，并调整电感的大小，使电容和适配器线圈、扼流变压器线圈串联形成的电感构成对50Hz信号的谐振，当50Hz信号加到这个谐振电路上时，电路对50Hz信号形成短路，将50Hz信号能量释放由此可以看到，加设适配器就是将50Hz不平衡电压利用谐振原理处理掉，从而减少了不平衡电压对轨道电路电源和继电器动作的干扰适配器起消除50Hz信号干扰的作用，因此在调整时要求施千部门将其调整在对50Hz信号谐振的状态下，抽头一旦固定再不允许改变4．对电路的影响适配器由电容和电感构成，将其接到电路里必然会带来轨道电路参数的变化，即电路中的总阻抗的大小、方向发生变化总阻抗发生变化就会引。