基于牵引回流的电气化铁道实时断轨检测方法

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图１ 牵 引 回流 断 轨 检 测 原 理 图
由图 １ 可 以看 出 ， 上下 行 线 路 间及 钢 轨 间 的横 连线将钢轨并联起来 ， 并将钢轨分成若干个 区间。 电流 传感 器 安 装 在两 条 钢 轨之 间的 横连 线 处 ， 测 量 两 轨 之 间流 过 的 电流 。 当钢轨 完 好 时 ， 两 轨之 间横 连线上 电流传感 器 检测 到 的电流 较小 。如 果其 中一 条 钢轨 发 生断 裂 ， 电阻 大大增 加 ， 这条 钢轨 中的牵 引
式探 伤 小 车进 行 人 工巡 检 、 大 型 钢 轨探 伤 车 进行 定 期巡 检和 采用 轨道 电路 对钢 轨进行 实 时监测 等 方法 进 行 断 轨检 测 ’ 。人 工 巡检 和探 伤 车 巡 检 的 方法 不 能及 时 发 现 断轨 ， 只有 轨 道 电路 可 以 完成 实 时 断 轨 检测 。然 而 ， 随着包 括使 用全 球定 位技 术 、 卫 星 通 信 和 其他 通 信 技术 的列 控技 术 的 出现 ， 彻底 摆 脱 了
衡 电流判 断钢 轨情 况 ， 这种 断 轨 监测 系统 就 是 可行 的 。牵 引 回流断 轨检 测原 理如 图 １ 所示。
线 口 电流传感器 钢轨问横连线 习
上下 行 横连 线
采 取 措 施 预 防断 轨 避免 事 故 的发 生 ， 就 要 研 究 如何 能 够 及 时发 现 断 轨 。 目前 ， 我 国 主要 使 用手 推
ＭＡ Ｔ Ｌ ＡＢ ／ Ｓ ｉ ｍｕ ｌ ｉ ｎ ｋ仿 真 工 具 ， 以 交 流 电 气 化 铁 路
１ ２ ｋ ｍ轨 道 为 例 进 行 建 模 ， 取 供 电臂 长 度 １ ２ ｋ ｍ， 等
的电流 通过 轨道 之间 的横 连线 达到平 衡 。如果 可 以 检 测 到 断轨 引 起 的不 平衡 电流 ， 并 且 利 用这 个 不 平
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基 于 牵引 回流 的 电气化 铁道 实 时断轨 检测 方法 模 块 表 示 牵 引 变 电所 ， 牵 引 变 电所 采 用 ２ ５ ｋ Ｖ工 频 交 流 电源 ， “ Ｔ ｒ ａ ｉ ｎ ” 模 块代表机车 ， 牵 引 电 流 假 定 为 幅值 ５ ０ ０ Ａ， 即有效值为 ３ ５ ３ ． ５ Ａ。 “ Ｃ ａ ｔ ｅ ｎ ａ ｒ ｙ ” 模 块 表 示接触网， 由２ 个 电阻 组成 ， 每个 电阻 ０ ． ２ ３ ３ Ｑ， 代 表 １ ｋ ｍ接 触 网 电 阻 。每 个 分 段 钢 轨 对 地 泄 漏 电 阻为
分为６ 段， 每段 ２ ｋ ｍＯ “ Ｔ ｒ ａ ｃ ｋ ” 模块表 示钢轨 ， 由电阻组 成， 每个 电阻０ ． １ ８ Ｑ， 代表 １ ｋ ｍ钢轨 电阻 。 “ Ｓ ｕ ｂ ｓ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ”
陕西铁路工程职业技术学院 ２ ０ １ ２ 年 首 批 科 研 基 金 研 究 生 项 目（ 编号 ２ ０ １ ２ — ０ ７ ）
引 回流进 行 断轨检 测 的方法 。
回流 被阻 断 ， 两 轨之 间 电流不 平 衡 ， 横 连 线上 电流 传
感 器检 测 到 的 电流 较 大 ， 以电 流大 于 某个 预 设 的 阀 值来 判 断是否 断轨 ， 从 而实 现 断轨 的检测 。
１ 交流 牵 引 回流 断轨 检 测 原 理
依 赖 钢 轨完 成 列 车 占用 检查 和 传 输 机 车 信 号 的问 题， 在 取消 了轨 道 电路后 ， 依靠 轨道 电路 的断轨检 测 功 能也 随之 消 失” ’ 。需 要 采 用 其 他 断 轨检 测 方 法
以 确保 钢 轨 的完 好 ， 为 此 提 出 了一 种利 用 钢 轨 中牵
第１ ９ 卷第 ４ 期 ２ ０ １ ３年 １ Ｏ月
Ｒａ ｉ ｌ ｗａ ｙ Ｏｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｔｅ ｃ ｈｎｏ ｌ ｏ ｇ ｙ
铁 道 运 营 技 术
Ｖｏ １ ． １ ９ ＮＯ ． ４
Ｏｃ ｔ ｏｂ ｅ ｒ ２ ０１ ３
基 于 牵 引 回流 的 电气 化 铁 道 实 时 断 轨 检 测 方 法
电气 化 铁路 供 电系 统是 通 过架 空接 触 网供 电 ， 用 钢 轨作 为牵 引 回流 电路 的组 成 部分 。如 果钢 轨断
裂， 牵引 回流 在这段 钢 轨 中的流 动会被 阻 断 ， 不 正常
２ 交流 牵 引 回流 断 轨检 测 方 法
２ ． １ 交 流 牵 引 回 流 断 轨 检 测 系 统 建 模 采 用
王 语 园
（ 陕 西铁 路工 程 职 业 技 术 学 院 ，助 教 ，陕 西 摘 渭南 ７ １ ４ ０ ０ ０ ）
要 ：本 文 提 出 了一 种 利 用 钢 轨 中 牵 引 回流 进行 断 轨 检测 的方 法 ，并 利 用 Ｍ Ａ Ｔ Ｌ Ａ Ｂ ／ Ｓ ｉ ｍｕ ｌ ｉ ｎ ｋ 仿 真 软 件 针 对 交 流 牵引 供 电 系 统 建 立 了 断 轨 检 测 模 型 。通 过 对 不 同 断 轨 情 况 、列 车 负 载 、列 车 位 置 的仿 真 分 析 ， 得 出牵 引 回流 断 轨 检 测 方 法 能够 准确 判 定 断轨 范 围 。为 实 现 实 时 检 测 功 能 ，提 出利 用小 电 阻代 替 机 车沟 通 牵 引 回路 进 行 断 轨 检 测 的 方 案 。从 理 论 上 证 明牵 引 回流 断 轨 检 测 方 法 完 全 能够 检测 出 断 轨 ，
是 一 种 有 实 际 应 用 前 景 的 检 测方 法 。
关 键 词 ：电气 化 铁 路 ；断 轨 检 测 ；牵 引 回 流 ；建 模 ；仿 真
中 图 分 类 号 ：Ｕ ２ １ ６ 文献 标 识 码 ：Ａ 文章编号 ：
钢 轨 是 铁路 运 输 系统 的重 要组 成 部 件 ， 如 果 出 现 钢 轨 断裂 就 有 可能 造 成列 车 出 轨 、 倾 覆等 重 大行 车安全 事故 ， 造 成人 员伤 亡 和巨额 财产 损失 ， 。