一次電路

軌道電路一次參數包括道牀電阻和鋼軌阻抗。道牀電阻是指每公里軌條間的電阻值，稱為單位道牀電阻（簡稱道牀電阻）。鋼軌阻抗是指每公里兩根軌條（迴路）的阻抗，稱為單位鋼軌阻抗（簡稱鋼軌阻抗）。軌道電路的工作狀態分為調整狀態和分路狀態。軌道電路在各種工作狀態下工作，受到許多外界因素的影響，其中受道牀電阻、鋼軌阻抗和電源電壓3個參數的影響最大。因此，如何保證軌道電路在各種可變參數變化時均能穩定可靠地工作，是研究軌道電路的重要任務之一。

調整狀態，對於軌道繼電器（DGJ）而言，從鋼軌上接收到電流值越大（在一定數值範圍內），其工作就越可靠。接收到的電流值將隨着道牀電阻、鋼軌阻抗、電源電壓的變化而改變。當道牀電阻最小、鋼軌阻抗最大、電源電壓最低時，軌道繼電器獲得的電流最小，軌道電路調整狀態的最不利工作條件。以下3個不利因素構成了軌道電路調整狀態的最不利條件：

（1）當單位長度的鋼軌阻抗值固定時，軌道電路越長，總的鋼軌阻抗值越大，在電能傳輸過程中，鋼軌上的壓降也就越大。因此，如果其他2個參數不變，鋼軌阻抗值越大，對軌道繼電器的吸起就越不利。

（2）道牀電阻的大小反映軌道電路兩根鋼軌之間的漏泄情況，氣候越潮濕、道牀越髒，道牀電阻就越低，漏泄電流就越大，軌道繼電器得到的能量就越少，而且這種漏泄與軌道電路長度成正比。在其他2個參數不變的情況下，道牀電阻越小，對軌道繼電器的吸起就越不利。

（3）軌道電路所採用的電源電壓都會有一定的波動，當電源電壓波動到最低值時，也要保證軌道繼電器能夠可靠地工作。因此，在選擇適當的電源電壓和限流器阻值時，必須考慮道牀電阻最小、鋼軌阻抗模值最大、電源電壓最低這3個不利因素。在這種最不利條件下，要求軌道繼電器（連續供電式軌道電路）上的電壓（或電流）等於工作值。

分路狀態是指因軌條間輪對或其他金屬導體對受電端形成了分流作用，使流入軌道電路接受設備（軌道繼電器）電流降低的現象。就軌道電路分路狀態而言，要求在任何情況下分路時（即在任何地點、任何參數條件及任意車軸數分路），應使軌道繼電器處於可靠地落下狀態。但是當鋼軌阻抗（模值）最小、道牀電阻最大、電源電壓最高時，軌道繼電器線圈中的電流可能出現最大值，因而有可能使軌道繼電器仍保持吸起狀態（即不落下），這是軌道電路分路狀態的最不利條件。在這種最不利條件下，要求軌道繼電器（連續供電式軌道電路）上的電壓或電流小於或等於可靠落下值。 ^[1] 

試驗室一般都採用數字存儲示波器進行電容放電的測量，在被測器具斷電時刻開始記錄L極與N極之間、L極與G(如果有)之間和N極與G(如果有)之間的電容放電並存儲記憶，然後在示波器上讀取電壓值加以判定，按照GB 4943.1-2011標準，如果1s後的電壓降至初始電壓的37%以下；或者按照GB 8898-2011標準，2s後的電壓不超過交流35V(峯值)或直流60V，則可以判定本測試樣品的此項檢測是合格的。

兩種電路得到的輸出波形。接通電源時波形與斷電後波形沒有明顯的分界線，單純從波形上確定斷電的開始時間，較為困難，我們可以把最後一個311V波峯作為斷電開始的標誌，這樣時間上的誤差不超過0.02s；相比之下，突然出現一個電壓峯值，然後逐漸衰減下來的波形，看來似乎可以把開關切換的瞬間的脈衝峯值作為斷電的時刻，但是，由於人為工地操作，開關從電網斷開到接通示波器之間的時間間隔遠大於0.02s，在這段時間裏，電容已經開始了放電過程，也就是波形的第一個波峯實際是斷電容放電曲線圖一段時間後電容兩端的電壓。所以測量電路a應是比較好的方法。如果轉換開關使用了繼電器或者其它類似裝置，使得轉換時間可以縮少至0.02s以內，則測量線路b也是可以使用的。

從測量的方法來看，測試並不複雜，但是測試中示波器的選擇、測試細節的把握，均會對測試結果產生影響，甚至有可能做出錯誤的判定。試驗需要注意的事項有：

1）斷電時刻的U由於測試實際上是對器具電路的零輸入響應的測量，測試結果是與斷電時刻的電路狀態，如電容兩端電壓、或電感中的電流等直接相關。當斷電時刻電網電壓正好處於波峯時，電容兩端的電壓高，在電路不變的情況下，放電時間也較長；反之，假如斷電時刻正好處於電網電壓的過零點，則電容不存在放電過程。此外，由於被測試設備的等效負載類型很多，有純阻型，電容、電阻電感串並混合型等，所以無法準確控制斷電時刻的電網瞬間電壓，幾乎每次斷電，我們都可能得到不同的輸出波形。

由於輸出波形的不確定性，GB 8898-2011中提出：為了找到最不利的情況，試驗可重複10次。一般情況下，比較理想的情況是電容從波峯開始放電，這樣可以真實地反映放電的時間長短。但是在實際操作中，很難捕捉到從波峯點開始放電的波形，即使是通過10次試驗，也不一定能找到最不利的情況。同時GB 494-2011標準中沒有提出測試10次的要求，認為原因是GB 4943-2011標準中規定：被測點的電壓降到初始電壓的37%時所需的時間應小於1s（或10s）。而放電的方程式是恆定的，所以無論初始值是多少，到37%的初始值的時間也是恆定的。但我們在測量中一般為了取得較理想的波形圖，認為還是儘可能使初始值為波峯值。為了使電容可以從波峯開始放電，可以使用“可設定斷電相位角”的電源產品給被測設備供電，將交流電斷電相位角設定為90°或者270°，這樣放電的U肯定從波峯開始的。這種方法簡單方便，與實際相一致。缺點就是這種“可設定斷電相位角”的交流電源比較昂貴，一般試驗室是沒有配備。

2）電壓的容差

在進行電容放電測試時，應選用最嚴酷的測試狀態，所以也需要考慮標準內規定的電壓容差的問題，如按GB 8898-2011進行測試，額定輸入電壓為220V~時，在進行電容放電測試，就需要按標準規定的220×10%=242V～進行測試判定。

3）放電負載對測試結果的影響

放電試驗需要在最嚴酷的狀態下測試，例如器具在運行的情況下斷電測量，此時電容的放電負載可能包括：壓敏元件、變壓器、負載元件等，這些元件同時並聯在電容兩端，放電負載基本由其中阻抗最小的元件決定，使得測試結果大大小於實際可能出現的結果。所以，有時候被測器具在待機狀態下或者空載狀態下進行放電的測試，測量結果會比帶載工作條件下更加嚴酷。此外，儀器的選擇也很重要，例如示波器探頭的使用，應儘量選擇輸入阻抗大的儀器，GB4943-2011中規定：當測量電壓衰減時，使用輸入阻抗由一個100MΩ±5MΩ電阻和一個輸入電容量為20pF±5pF的電容並聯組成的儀器得到結果。因為有時只有壓敏元件並聯在電容兩端時，放電負載是兆歐級的，如果只選用輸入阻抗幾千歐的儀器，則電容主要放電對象為儀器，測試不能得到對器具的客觀評價。 ^[2] 

道牀電阻值一方面取決於線路上部建築結構，即道砟的材料，道砟層的厚度、清潔度，軌枕的材質和數量；另一方面還取決於温度和濕度的變化以及土壤的導電率等。

（1）道牀材料因素。我國大部分地區採用不宜導電的碎石做道砟。當道牀中混有爐渣、煤屑、列車制動所產生的金屬粉末、鹽質溶液等雜物時，道牀電阻值就會下降。情況嚴重時，應按要求清篩道砟。在沿海鹽鹼地區，或經常運輸鹽類及冷藏車的區段上，由於氯離子作用，道牀電阻會顯著降低。另外，在沙粒道牀及隧道內潮濕的條件下，站內排水能力較差和較髒的到發線路上，道牀電阻也比較低。

（2）軌枕種類因素。我國使用的軌枕中以鋼筋混凝土軌枕居多。鋼筋混凝土軌枕區段鋼軌底部設有絕緣墊板，它對道牀電阻值會產生較大影響。鋼筋混凝土軌枕的導電率受環境温度和濕度的影響比木枕更為顯著。採用鋼筋混凝土軌枕後，鋼軌之間要呈現一定的電容性，最終會使道砟漏電增加。當信號電流的頻率在千赫茲以內時，電容的作用很小，所以道牀阻抗可以看作是純電阻。理論上道牀電阻與軌枕鋪設數量成反比，當每公里軌枕為1 600～2 400根時，由於軌枕數量不同而引起道牀電阻的實際變化是非常微小的，運輸量大、行車速度高的線路，每公里的軌枕數量雖有所增加，但此時道牀的要求也比較高，從而補償了這種變化。每根軌枕的絕緣電阻值約為幾十千歐姆，所以每公里軌枕絕緣電阻應在20Ω左右。但實際的道牀電阻值卻遠低於該值，這是因為軌枕的絕緣電阻只是道牀電阻的一部分。

（3）軌枕絕緣部件因素。我國鐵路相關技標準中尚未明確軌枕及絕緣墊板電氣絕緣具體指標。根據有關資料和日常測試，提出以下數據，供分析參考。①硫磺錨固軌枕用預製的試件測試，每個錨固孔的電阻不得小於120 kΩ。其主要測試條件是：試件頂部不塗防水層，在不低於15 ℃的水中浸泡24 h後取出，擦乾其表面，在10 min內測定兩螺釘間的直流電阻。②用直流500 V電壓表測試，絕緣墊板絕緣電阻應大於1 MΩ。③保證軌道電路正常工作的極限運用條件：絕緣墊板的最高允許破損率不大於25%；釘栓電阻值60 kΩ以上的應占80%以上，20～60 kΩ的應占20%以下，在任何情況下釘栓電阻值不得低於20 kΩ。

（4）雨、雪及環境條件因素。鋼軌、墊板、道釘等金屬設備屬於電子導電材料，道砟、軌枕、路基及土壤等則主要是離子導電材料。在電子導電和離子導電之間的邊界上，會形成一種過渡層電阻，這個電阻就是道牀電阻的另外一部分。這種結構相當於一個電解槽，鋼軌為電極，軌枕等為電解液，所以電極反應的快慢就決定了通過道牀的漏電流大小，即當電極反應快，道牀電阻就小，反之道牀電阻就大。而電極電位的高低，電解液的濕度、濃度和温度的高低又決定了電極反應的快慢。實踐證明，當直流電位升高時，道牀電阻值就降低；同樣當濕度、温度升高時，道牀電阻隨之降低。因此，由於冬天温度低、濕度小，會出現道牀電阻的最大值。而最小道牀電阻值，一般是在夏季暴雨後8～10 min的炎熱氣候時出現。道牀電阻的最大值和最小值，可能會相差十幾倍，甚至上百倍。當軌道電路由交流供電時，漏泄電流的大小取決於電化學反應。一般交流供電時的道牀電阻比直流供電時要低一些。道牀電阻越小，漏泄電流越大，軌道電路消耗的電能就會越多，而且道牀電阻變化的範圍越大，軌道電路的工作就越不穩定。因此要保證軌道電路穩定工作，必須儘可能地提高最小道牀電阻值。提高道牀排水能力，定期清篩道砟，及時更換腐朽及破裂的枕木等，都是提高道牀電阻的有效辦法。

（5）其他因素。路基的構造、路基的土質等也在一定程度上影響道牀電阻值。

鋼軌阻抗包括鋼軌本身的阻抗和鋼軌接頭處的阻抗。鋼軌接頭處的阻抗則包括魚尾板及導接線的阻抗和它們的接觸電阻。魚尾板與鋼軌接觸電阻Zyj的大小與魚尾板、鋼軌端部表面污垢及生鏽程度、螺栓的鬆緊、氣候條件等有關，可在很大範圍內變化。為了得到穩定並儘可能小的鋼軌阻抗，在鋼軌接頭處安裝了鋼軌接續線（即導接線），這樣變化範圍大的Zyj就被比較小而穩定的接續線阻抗Zd及接續線與鋼軌間的接觸電阻Zdj並聯，因此鋼軌接頭處的總阻抗就會顯著降低，也較穩定。我國採用的軌端接續線有塞釘式和焊接式兩種。當軌道電路中通以直流信號時，鋼軌阻抗就是純電阻，稱之為鋼軌電阻。當軌道電路中通以交流信號時，在鋼軌周圍與內部以及軌端接續線周圍，形成交變磁場，因而除了交流電阻之外，還有感抗存在，總的阻抗比直流時要大很多。同時鋼軌阻抗值還取決於信號電流的頻率，頻率越高，阻抗值就越大。 ^[1] 

通常軌道電路日常維護管理工作重點放在對軌道電路工作參數（即軌面電壓、電流、電纜阻值）的測試，而忽視對軌道電路一次參數的測試，對於軌道電路一次參數變化對調整狀態的影響很少關注，往往造成在日常處理軌道電路故障或電路調整時，未能一次調整出軌道電路最佳的工作狀態，甚至因未能發現一次參數的變化，沒有從根本上解決問題而導致軌道電路紅光帶直接影響行車。據統計，南寧電務段管內過去曾在1年時間內，由於未能監測到軌道電路一次參數已變化至臨界值，因軌道電路一次參數問題（主要為道牀電阻下降）造成軌道電路故障就達10餘起。為此，對軌道電路一次參數維護管理工作進一步探討和實踐，總結出以下較實用有效的管理辦法。

（1）建立參數基礎台賬。將所有軌道電路按照每個軌道區段建立《軌道電路一次參數基礎數據記錄表》，通過統一的形式記錄線路開通、運營、維護、測試等過程數據，跟蹤軌道電路整體參數變化情況，便於現場維修人員全面瞭解軌道電路參數狀況，指導動態維護及管理工作。

（2）執行測試製度。結合《信號維護規則》，制定並嚴格執行軌道電路一次參數測試製度，可結合中修和年度集中檢修，組織每2年內全面完成管內軌道電一次參數普測工作，同時將測試數據及時錄入參數基礎台賬。

（3）加強分析管理。維護單位指定專人負責分析管理，對測試數據進行比對和分析，尤其當軌道電路電氣特性發生變化時，要結合本軌道區段一次參數進行分析，查找原因，形成具有參考價值的參數變化情況表，一方面為電務維護管理工作提供參考，另一方面將道牀電阻不合格區段上報鐵路局電務處、工務處，由鐵路局安排計劃，限期整治達標。

（4）採取監測手段。對於軌道電路一次參數變化情況，尚無法實現動態在線實時監測，但可以通過現場簡單測試就能掌握參數基本情況，主要方法為：①採用對稱雙短路法實測鋼軌線路道牀電阻，與理論值或參數台賬記錄值對比。②測試軌面電壓分佈情況（一般在補償電容兩端處測量），可以間接瞭解對應的線路道牀電阻變化情況。經現場反覆實測驗證表明，測試軌面電壓分佈結果與實測道牀電阻理論計算的軌面電壓分佈基本一致。③開路、短路－短路相位表法實測鋼軌直流電阻，與理論值或參數台賬記錄值對比。 ^[1]