25hz轨道电路故障维修原理(共54页).doc
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1、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
2、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1l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
3、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13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
4、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
5、)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
6、、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=VlV2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
7、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,
8、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
9、继电器实物如图18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: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;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
10、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;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和两个因素决定。下面分析这两个因素对转矩的影响
11、。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=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,因而不能为0。当相位角偏离90时,会造成转矩的下降,但是正弦函数是非线性函数,相位角在60120之间变化时,sin在0.8661之间变化,对转矩的影响并不明显,只要略提高轨道电压U
12、g,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19。25Hz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
13、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19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60120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
14、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
15、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110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
16、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起电路中的总电流变化,就会引起Ug的大小以及初相角变化。在使用中当轨道电压和相位角同时发生变化时,可以确定为适配器或防护盒故障。二、防护盒1设 置在每个继电器旁边设置一个防护盒,用来防止不平衡电压对继电器的干扰。2内部结构防护盒由一个电感线圈和多个电容构成,如图
17、111所示。在防护盒背后设有调整连接孔。3工作原理防护盒和适配器一样用来防止不平衡电压对继电器的干扰,其工作原理也采用了谐振原理,即通过调整防护盒的电容的大小,由防护盒内部的电感线圈、电容和继电器线圈组成对50Hz信号的谐振。当50Hz信号加到电路上时,电路对50Hz信号谐振而短路,将50Hz信号能量释放,从而消除了50Hz不平衡电压对继电器的干扰。防护盒同适配器一样,也起消除50Hz信号干扰的作用,因此在调整时要求施工部门将其调整在对50Hz信号谐振的状态下,连接端子一旦固定不允许改变。4对电路的影响同适配器一样,防护盒也由电容和电感构成,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
18、的总阻抗的大小、方向发生变化。总阻抗发生变化就会引起电路中的总电流变化,就会引起Ug的大小、初相角变化,因此改变防护盒的连接端子,会造成Ug的变化以及相位角的变化。因此当防护盒端子固定后,再不允许随意变动。第四节 迂回电路的形成与克服方法相邻两区段扼流变压器的中心连接板连接是为了沟通牵引回流,但连接后会造成轨道电路中形成大量的迂回电路。迂回电路带来两个问题,一是钢轨断轨得不到检查,二是占用本区段会造成相邻区段电压下降。下面分别叙述三种迂回电路及其克服方法。一、八字迂回如图112所示,当C的一条钢轨断轨后,轨道电源就会通过图中的红色线将轨道电压的一半传输到受电端,在钢轨断轨的情况下轨道继电器有可
19、能错误吸起,这是不允许的。解决这个问题的方法是:将回路中一处扼流变压器的中心连接板断开。中心连接板断开的地点遵循两个原则,一是尽量在侧线扼流变压器上,二是在不设吸上线的扼流变压器上。在维修中切忌不能见到不设中心连接板就错误地去装设。另外,在理解八字迂回电路时,不要仅仅局限于股道上形成的大八字,在道岔区段一组单动道岔和一组交叉渡线道岔或两组相邻交叉渡线道岔间也可以构成八字迂回,此时断开电路中任何一处扼流变压器的中心连接板,都会中断牵引回流通道,在这种情况下,需要在交叉渡线上加设绝缘来阻断迂回电路。如图113所示。二、设有横向连接线的交叉渡线构成的迂回由于横向连接线一般设在车站的进站端口,所以处在
20、车站端口处的交叉渡线会出现这种情况,如图114所示。当列车占用1/7DC时,会造成3/5DC电压下降一半,从而可能错误地使3/5DC故障。为了防止这种情况的发生,在交叉渡线上加设绝缘,阻断迂回电路。但是加设了绝缘会造成死区间,因此维规规定,加设的绝缘距原分割绝缘不得大于2.5m。在维修中维修人员要对加设的绝缘进行特别检查,因为当该组绝缘破损会直接导致占用一个区段而另一个区段轨道继电器落下的故障。三、交叉渡线划分为四区段构成的迂回一般情况下交叉渡线划分为两个区段,但在极特别的情况下会划分为四个区段,在这种情况下,会构成迂回,如图115所示。当列车占用3DC时,会造成5DC电压下降一半,从而可能错
21、误地使5DC故障。同样为了防止这种情况的发生,在交叉渡线上加设绝缘,阻断迂回电路。但是同样加设了绝缘会造成死区间,因此维规规定,加设的绝缘距原分割绝缘不得大于2.5m。在维修中维修人员同样要对加设的绝缘进行特别检查,因为当该组绝缘破损会直接导致占用一个区段而另一个区段轨道继电器落下的故障。第五节 站内电码化本书叙述的站内电码化指25Hz相敏轨道电路上叠加ZPW-2000A电码化。由于叠加地点的不同,站内电码化分为二线制和四线制叠加。一、发码方式为了能够让机车连续地接收到反映地面信号机状态的信息,须采用连续迎面发码方式。所以对于轨道电路而言,可能是送端发码也可能是受端发码。如图1-16所示。二、
22、发码的地点为了使司机能够及时了解地面列车信号机的显示,发码的地点应该设置在列车信号机的接近区段。正线出站信号机处于开放状态时,其接近区段要延长到进站信号机,因而正线出站信号机开放后其发码区段为进站信号机至出站信号机间的所有区段。如图1-17所示。调车信号机的接近区段目前没有电码化。三、发码的时机发码的时机分为预发码、占用发码。预发码:列车占用本区段的前区段,本区段开始发码。咽喉区的道岔区段一般采用预发码。如图118(a)所示。占用发码:列车占用本区段,本区段开始发码。股道一般采用占用发码。如图1-18(b)所示。四、二线制叠加发码1电路的叠加点轨道电路和发码电路的连接点设在室外分线盘上,电码信
23、息的传输和轨道电路合用原轨道电路传输用的一对电缆芯线,所以叫做二线制叠加。2合并后的电路要解决的问题(1)控制信号流向由于轨道信号、电码信号都属于交流信号,电路叠加在一起必然会互相干扰,即电码信号加到轨道电路上有可能使轨道继电器错误动作,轨道信号加到发送器上会影响发码器的工作,因此必须对信号进行隔离,控制好信号的流向。(2)控制信号幅值轨道电路从室内送电端到轨面或者从轨面到室内受电端,都要进行较大比例的变压,电码信号同样利用了这个变压通道,对电码而言也必然会造成较大比例的变压,使到达钢轨上的电码幅值降低,从而造成机车无法接收到电码信号,因此必须对幅值进行处理,控制好轨道信号和电码信号到达钢轨上
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