一种轨道电路短路故障快速诊断的仪表

　3西安铁路局电务处　教授级高工,710054　西安　33西安铁路局电务处　工程师,710054　西安　333西安安路信铁路技术有限公司　工程师,710054　西安　收稿日期:2009201214

一种轨道电路短路故障快速诊断的仪表

王耀杰3

　周汝明

33

　刘正祥

333

摘　要:介绍一种基于测试轨道电路阻抗的轨道电路短路故障快速查找的方法和仪表,可广泛应

用于各种制式的轨道电路。

关键词:轨道电路;短路;诊断

Abstract:The article intr oduced a fast diagnosis meter f or track circuit short,which is based on track circuit i m pedance test and could be app lied t o vari ous kinds of track circuit .Key words:Track circuit;Short;D iagnosis 轨道电路轨端绝缘破损、轨距杆漏电、道岔绝缘不良、水泥枕内部钢筋短路等原因,经常造成轨道电路出现红光带。这种故障是日常维护中经常遇到而且最难处理的故障,用经典的电流感应法难以短时间处理。因此研究解决该类问题的方法,成为信号维护工作的一项重要课题。

1　各种测试方法分析

1.直流电阻法。即直接用万用表测试轨道电

路的直流电阻,找到电阻为零的点即为故障点。该方法仅适用于非电化区段的轨道电路,而且必须甩

开送、受电端设备,无法进行在线测试。

2.电压法。即用万用表测试彼此绝缘设备间的电压,根据电压的大小,判断绝缘的好坏。该方法仅能对轨道电路的各部绝缘进行定性检测,无法做到定量分析和故障定位。

3.电压比较法。利用微机监测记录的相邻区段电压同时下降的趋势进行分析。该方式仅能对装设扼流变压器的电化区段,利用绝缘单边破损扼流变压器半边效应,对轨端绝缘破损单一故障进行定性分析。当轨道电路中存在干扰,或轨道电路停电,以及非电化区段不适用。

4.电流感应法。利用装有电感线圈(感应器)的检测仪器在轨道上推行,根据感应电流的大小来判断绝缘是否良好。该方式分无源型和有源型2种。无源型是利用原轨道电路的信号作为测试

信号源;而有源型是利用测试仪输出信号作为信号源。该方式缺点在于对感应器制造要求较高,且携带不方便。

5.等效法。测试仪内置一自激振荡放大器和作为反馈回路的可调电阻,可调电阻调整越低,振荡输出越大。把被测设备和可调电阻用控制开关接到被测端子上,使用时首先断开可调电阻,接入被测设备,记录其振荡输出值;然后断开被测设备,将可调电阻接入并调整,当振荡输出与原测试振荡输出一致时,该可调电阻值就是被测设备的绝缘电阻值。该方法对各种轨道电路都能够进行在线测试,但使用不方便,且稳定性、准确性、可重复性差。

为解决轨道电路短路故障点快速定位问题,研制了一种基于测试轨道电路阻抗的短路故障诊断仪,它不受轨道电路信号的频率、幅度、牵引电流等条件的限制,可快速查找出轨道电路短路故障点。

2　设计思路

1.在线测量。为了做到对各种制式的轨道电

路都能在线测量,必须采用有源仪表。由该测试仪产生一个标准信号加载到被测设备的两端,仪器通

过测试计算出被测轨道电路的阻抗。由于测试仪输出信号阻抗高,所以不对25Hz 、50Hz 相敏、国产移频、UM 系列轨道回路产生影响,并能方便地从轨道电路的信号中分离出来。

2.故障定位。钢轨对常用信号的阻抗为1～10Ω/k m ,与道床组成低阻传输网路。因此,

用一般的低频信号很难测量出一个轨道区段内的短路点。由钢轨阻抗计算公式(1)～(4)式可以看出,钢轨阻抗随着信号频率的升高增大。如果选

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63— 2009年9月铁道通信信号

Sep te mber 2009 第45卷　第9期RA I L WAY SI G NALL I N G &C OMMUN I CATI O N

Vol 145　No 19　

择出适当频率的信号施加在轨道电路上,使得钢轨

阻抗足够大,就可以测量出其短路故障点。

钢轨阻抗的计算 Z =R +j ωL

　=2(r +r d )+j ω[L ω+2(L n +L d )](1) r =

1

p

μi ×ρ×ω

(2) L n =9515

r

f

(3) L ω=0141ln (2

πa p

-1)

(4)

其中,r 为单根钢轨道交流阻抗;r d 为轨端接续线的交流阻抗;L n 为单根钢轨的内电感;L d 为轨端接续线的内电感;L ω为钢轨回路的外电感。当信号源的频率选择分别为1kHz 、50kHz 、100kHz 时,忽略轨端接续线和钢轨的内电感及接续线电阻,则50kg/m 钢轨的阻抗可分别计算为:6179∠7819°、

332192∠8814°、66518∠88187°

Ω/k m 。通过计算,可得出结论:当测试仪输出信号频率低于或等于

1kHz 时,钢轨阻抗小于01007∠7819°

Ω/m ,无法实现短路故障点测定;而测试仪输出信号频率高于50kHz 时,钢轨阻抗可大于0133∠8814°

Ω/m ,实现了短路故障点的可测性。

3.使用、携带方便。考虑到轨道电路在漏电流非常小情况下的运用和制做高灵敏度感应器的困难,应采用直接接触式测量方式。配备一定能量的锂电池,并有剩余电量显示,同时具有电压测试功能,方便现场运用。

4.按照铁道部有关规定和运用经验,可对绝缘不合格和绝缘已经损坏危及行车安全的情况作出警示。

3　系统设计

1.硬件电路构成。硬件电路框图如图1所示,

主要由滤波电路、A /D 、DSP 、高频信号产生器、存储器、电源、输入输出接口电路等组成。完成高频信号的产生、发送,采样滤波等处理及显示。采样信号经过放大、高通滤波、精密整流、峰值检测电路进入微处理器进行A /D 转换,将模拟量转化为数字量,根据测量值及其预置门限值判断设备的绝缘状态。

2.软件构成。软件程序设置框图如图2所示,主要包括以下几部分:数据输入、A /D 转换及数据处理;电压、电流检测定量判断;液晶字符图

形显示及报警。

3.数字信号处理。采集到的信号当中掺杂了

移频、25Hz 和牵引电流等信号。为了不对测量构成影响,必须采用一定的措施将这些信号的影响去除。一方面利用滤波电路进行处理;另一方面在算法上考虑将这些信号滤除掉。采用数字滤波可将这些信号与发送的高频信号区分开来。

4　运用方法

根据铁道部运基信号[2007]484号关于印发《工、电联合整治道岔项目及标准》的通知,对钢轨绝缘的要求为>20Ω。短路故障测试仪在绝缘节两侧轨道电路空闲时,测试出的绝缘值一般≥20Ω。轨道电路两轨间的绝缘值也一般≥20Ω(道岔区段和叠加其他附加轨道电路除外)。

1.两轨间任意点短路故障判断(含轨距杆、

道岔转换装置、轨枕、道床):轨道电路空闲时两轨间的阻抗受道床电阻的影响,一般用测试仪在轨面任意点测试应在8～36Ω间,当钢轨存在分路点时,钢轨间阻抗值下降。将测试仪两表棒分别置于两根钢轨轨面,读出钢轨阻抗值,向被测点两侧移动3m ,再次进行测量,比较测量结果,阻抗值

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