1 工作原理
1.1 概述
电力机车自动过分相地面磁性设备(以下简称:地面装置，俗称“磁感应器”)是基于免维护地面定位技术的车载自动过分相控制系统的地面磁性设备。机车通过感应地面定位信号确定机车与分相点的相对位置，地面定位和机车感应信号分别采用斜对称埋设和备份接收，以保证自动过分相的安全和可靠。
1.2 主要性能
电力机车通过时，通过地面预埋的自动过分相地面磁性设备在机车通过时发出相应的信号给机车，再通过车载感应接收器和过分相控制装置自动完成电力机车断电过分相。
自动过分相地面装置针对有碴轨道和无碴轨道分为两种，有碴轨道上为一端装有磁性信号装置的混凝土轨枕——信号轨枕，即自动过分相地面磁铁式感应装置嵌入到轨枕里;无碴轨道上是将永久磁铁安装在特制盒子里。该装置具有耐高温、耐腐蚀、不会丢失、不会损坏等特点，适合安装在室外。
每个分相点需安装4根信号轨枕（磁性装置)。由来车方向计起，第1根信号轨枕（磁性装置）为预告（断主断)，第2根信号轨枕（磁性装置）为强迫断（断主断)，第三根信号轨枕（磁性装置）为恢复(合主断)，第4根信号轨枕（磁性装置)为备用恢复或机车反向运行时预告（断主断)。4根轨枕（磁性装置）依次称为1号、2号、3号和4号轨枕。
1.3 适用范围
1.3.1适用
全线锚段关节式或器件式分相处车载自动过分相方式。
1.3.2用途:
用于单相工频25kV交流电气化铁道接触网电分相，为实现电力机车自动断电通过电分相提供控制信号。
1.3.3采用标准:
制造工艺符合TB/T 2075要求，具有质量轻、强度高、耐腐蚀、耐振动疲劳的优异特性;所采用零部件满足TB/T 2073《电气化铁道接触网零部件技术条件》的要求;严格满足TB/T 3197—2008《车载控制自动过分相系统技术条件》的技术要求;采用螺纹连接紧固的零件，其紧固件必须有有效的防松措施，以确保在大修期内紧固件不松动;所有零件及不锈钢螺栓进行应力腐蚀检验，以确保零件在使用期内不产生开裂和其他影响使用的缺陷。
1.3.4应用范围:
适用的速度范围:10～250 km/h;适用于单相50 Hz,25 kV交流电气化铁路接触网工程。
1.3.5工作和环境条件:
户外环境温度:-50 C~+80 °C;
户内环境温度:-10 C~+40C;日温差:25 °C;
风偏设计风速:优于30 m/s ;
结构风速:40 m/s;
覆冰厚度（承力索/接触线): 10 mm/ 5 mm;
雷电日:多雷区;
海拔高度:≤5600 m;地震烈度:≤度。
1.3.6车载感应装置
车载式磁感应器。
2 地面磁感应器外观图、安装位置和性能指标
2.1 地面磁感应器的外观等
2.1.1磁轨枕型地面磁感应器的外观及结构如附图1～附图3所示。
图1 地面磁感应器的外观
图2 地面磁感应组装结构图
图3 地面感应器结构图
2.1.2地感器的型号示意图如附图4所示，安装后外观如附图5所示。
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- 图4 地感器实物图
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- 图5 地感器安装后实物图
2.2 地面磁感应器安装位置
(1）磁感应器安装于中性区段两侧，以中性区段两端垂直投射到钢轨上向左右两侧分别测量一定距离,定下第一个磁感应器的安装位置(强迫断点)，再以这个点向左右分别测量一定距离，定下第二个点的距离(预告点)。反向运行时的预告点和强迫断点，同时也作为正向运行时的恢复点使用，一个分相点（即一个中性区段）附近安装4根（一套）特制轨枕，4个磁铁成斜对称布置,安装位置如附图6所示。
图6 自动过分相地面磁感应装置示意图
(2）地面感应器具有安全可靠、防水、耐高温、防震、耐腐蚀、免维护、不易损坏和易于安装等特点，适合安装在室外。地面感应器采用的为永久性磁性体，其性能指标应满足下述自动过分相的功能要求。
①地面感应器磁性装置的磁场强度:
距离磁感应装置正上方≤300 mm条件下不低于40高斯。
②道路上安装完成后,地面感应器磁性装置磁场强度:
水平方向距离钢轨内侧工作边(335±15 ) mm，垂直方向距离钢轨表面（110+10 ) mm处，不低于40高斯。
磁性装置最大磁能积(BH)max 230 kT/m;
剩余磁感应强度 Br 1.1 T;
磁性装置密度 7.4 g/cm;
磁性装置硬度 550 HV;
磁性装置抗压强度 800 MPa;
③磁性装置磁感应强度的衰减量: <8‰/年。
④地面感应器磁性装置的工作环境温度:≤80 °C。
⑤地面磁性设备轨枕无断裂、破损。
⑥磁性装置无碰伤、刮伤和松动。
磁性装置的防护罩表面清洁,无太多的铁屑、矿粉等吸附物。
⑧地面磁性设备磁性装置的中心距相邻钢轨内侧工作边的水平距离为335 mm,允许最大偏差为:±15 mm。（见附图7 )
图7
2.3 地面磁感应器性能指标
(1）磁轨枕原材料及采用标准。
①信号轨枕主要采用水泥、钢筋、钢丝等，所采用的标准及来源:GB.175—2007;TB 1389—1981。
②磁体的主要原材料有稀土金属钦、金属元素铁和非金属元素硼（有时会添加铝、钴、错、镝、钺、家等)，一般表达式为:RE,TM,4B (RE = Nd，Pr， Dy TM=Fe，Co )
③所采用的标准及来源:
a.永磁铁氧体标准:
- GB/T 12796—91《永磁铁氧体磁体总规范》，SJ/T 10410—93《永磁铁氧体材料》。
b.烧结钦铁硼永磁标准:
- GB/T 13560——2000《烧结钛铁硼永磁材料》。
c.永磁材料通用标准:
- GB/T 2828、GB/T 3217《永磁（硬磁）材料磁性试验方法》。
④严格满足TB/T3197《车载控制自动过分相系统技术条件》
3 地面磁感应器安装规程
3.1 有渣轨道磁感应器的安装
3.1.1安装作业流程
①确定统计各分相点里程。
②确定分相点所处站段和领工区。
③确定所需轨枕型号或特殊分相点如桥梁隧道等特殊轨枕的型号。
④收集确定各材料库收货人的姓名、电话、地址、邮编，并通知生产制造商生产发货。
⑤施工单位根据安装图纸在分相点前后对应更换轨枕的位置作好标记,并用油漆标示磁性信号对应端。
⑥在收到货后,按照一般混凝土轨枕锚固螺栓。
⑦将磁性轨枕在线路旁按油漆标示位卸下，尽量对准油漆位，以减小换枕时搬运距离。⑧信号轨枕位置及磁性端朝向如附图8所示。
图8
注意:当有禁止双弓标志时以路肩上的“T禁止双弓”“断”或“合”标位为测量基准可提高标位效率;当没有禁止双弓标志时以路肩上的“断”或“合”标位;黑色端为磁性装置端。
3.1.2 信号轨枕位置标示流程。
①按里程找到上行（或下行）分相点，按机车通过分相点时方向向分相点步行寻找。
②确定中性区段的垂直投影范围(注意:中性区段不是中性区，确定方法参见下文“中性区段的确定”)。
③以中性区段的垂直投影来车方向端向来车方向测量35 m ±2 m范围内，确定任何一根轨枕作为强迫信号轨枕（2#信号轨枕）位置，并在背向来车方向轨枕左端用油漆标写“磁钢”字样,以作为磁性装置朝向端。
④以标示的强迫信号轨枕（2#信号轨枕）位置向来车方向测量170 m±2 m范围内，确定任何一根轨枕作为预告信号轨枕（1#信号轨枕）位置，并在背向来车方向轨枕右端用油漆标写“磁钢”字样，以作为磁性装置朝向端。
⑤返回中性区段,找到中性区段的垂直投影去车方向端。
⑥以中性区段的垂直投影去车方向端向去车方向测量 35 m±2 m范围内，确定任何一根轨枕作为恢复信号轨枕（3#信号轨枕）位置，并在背向来车方向轨枕右端用油漆标写“磁钢”字样，以作为磁性装置朝向端。
⑦以标示的恢复信号轨枕（3#信号轨枕）位置向去车方向测量170 m± 2 m范围内，确定任何一根轨枕作为备用恢复信号轨枕（4#信号轨枕）位置，并在背向来车方向轨枕左端用油漆标写“磁钢”字样，以作为磁性装置朝向端;
3.1.3 中性区段的确定。
根据分相区不同的结构形式(器件式电分相或锚段关节式电分相),中性区段依照以下方式确定:
①以器件式电分相的中性区段如附图9所示。
图9 器件式电分相
②以锚段关节形式分相的中性区段如附图10所示。
图10 锚段关节形式的中性区段
3.1.4装距离的确定。
以中性区段两端垂直投射到钢轨上向左右两侧分别测量35 m，再以 35 m这个点向左右分别测量170m定下另一个点，即另一个点离中性区段为205 m，如下附图11所示。
图11 “断”“合”标，“禁止双弓”标，地面感应器的安装示意图
(说明:地面感应器位置施工允许偏差为±2m)
注意:测量距离不进入中性区段（主要是中性区段而不是中性区)，只在中性区段左、右端部向左、右分别测量35 m、170 m，如附图12所示。
图12 无电区,中性区长度示意图
3.1.5抽换安装。
①抽出离中性区段35 m、205 m处的左右各2根共4根轨枕，换上4根特制轨枕。特制轨枕的磁铁位置一定要与图3.2.13中磁铁位置一致。
②35 m、205 m处的距离如果刚好落在一根轨枕上,则取该根轨枕作为需要更换的轨枕，如果落在两根轨枕之间，则取该两根轨枕中的任何一根轨枕作为需要更换的轨枕。
③磁铁磁性比较强，安装时注意安全，尽量使手表、磁卡、呼机、手机等远离磁铁。注意铁器在磁性装置附近的使用，尽量不要靠近磁铁，拿好拿稳铁器，以免造成伤害。
④磁铁应尽量避开信号机，钢轨接头（无缝钢轨除外)和其他一些轨道上的装置，不要距离太近。如果特制轨枕的位置刚好在钢轨接头等处，可以将特制轨枕的安装位置以35 m土2 m、170 m±2 m的位置作适当调整（即向左、右可以在2 m 以内作适当调整)。但尽最大努力以35m、170 m为标准安装。
3.1.6磁性装置的安装（现场组装情况下)。
①安装磁性装置时注意磁性装置的中心距钢轨内侧工作边的水平距离。磁性装置的中心距相邻钢轨内侧工作边的水平距离为335 mm，允许最大偏差为± 15 mm，如附图13所示。
图13
②尺寸定位后将磁性装置上的螺杆（轨枕下方）垫上平垫、弹垫，然后用螺母拧紧。
③将磁性装置与轨枕接触的地方用密封胶密封。
现场组装时应注意:
①检查即将安装的轨枕有无断裂。
②磁性装置有无碰伤和松动，有无太多的铁屑、矿粉等吸附物。
③安装磁性装置时应特别注意将工具和其他铁器等远离磁性装置,因磁性装置的磁力超强,容易造成安全隐患。
3.1.7 注意事项。
①4根信号轨枕必须严格按照图11所示位置来放置。即不管是单线还是复线，不管是上行还是下行,安放的位置永远是如图11所示的位置。(注意:4个信号轨枕成斜对称布置，信号轨枕所在位置一定不能错）
②一个分相点(即一个中性区段)附近安装4根(1套）信号轨枕。这4根轨枕完全一样,也不分编号，只有轨枕型号之分。
③信号轨枕的磁性装置一定要与附图13中黑色标志一致。
④35 m、170 m处的距离如果刚好落在一根轨枕上,则取该根轨枕作为需要更换的轨枕，如果落在两根轨枕之间，则取该两根轨枕中的任何一根轨枕作为需要更换的轨枕。
⑤磁性装置磁性比较强，安装时注意安全，尽量使手表、磁卡、呼机、手机等远离磁性装置。注意铁器在磁性装置附近的使用，尽量不靠近磁性装置，拿好拿稳铁器，以免造成伤害。
⑥信号轨枕应尽量避开信号机、钢轨接头（无缝钢轨除外）和其他一些轨道上的装置,不要离得太近。如果信号轨枕的位置刚好在钢轨接头等处，可以将特制轨枕的安装位置以35 m±2 m、170 m± 2 m的位置作适当调整（即向左、右可以在2 m以内作适当调整)。但尽最大努力以35 m、170 m为标准安装。
3.2 无碴轨道磁感应器的安装
3.2.1 安装作业流程。
①确定统计各分相点里程。
②确定分相点所处站段和领工区。
③确定所需地面磁性设备型号、数量等。
④收集确定各材料库收货人的姓名、电话、地址、邮编，并通知生产制造商生产发货。
⑤施工单位根据安装图纸在分相点前后对应安装的位置作好标记,并用油漆标示磁性信号对应端。
⑥标记好地面磁性设备位置后，再标识出每一只地面磁性设备的4个膨胀螺栓的孔位置。
⑦用冲击电钻，∅14 mm 的钻头钻孔，孔深为100 mm ± 5 mm;钻孔时注意孔与轨道板平面垂直，如附图14所示。
⑧预装螺栓:将膨胀螺栓安装在地面磁感应器上的4个孔位上，加螺帽，如附图14所示。
[特别注意:地面磁性设备磁性极强，从包装箱取出时做好防护，在安装工作范围用较厚的木板或其他不被磁吸合的材料把钢轨挡住。去掉包装的地面磁性设备严禁堆放在一起。在开通的线路上安装时，安全防护员要做好安全防护，一旦出现意外地面磁性设备与钢轨吸合了(一旦吸合，不能轻易分开，费时较长)，通知调度该区段封闭。]
⑨安装:从钢轨外侧并低于轨面水平方向将地面磁感应器放到已打好孔的指定位置,铭牌方向向轨道外侧，将螺栓对齐4个孔。用木槌或橡胶锤平稳的向下敲螺栓至到位地面磁性设备底板与轨道板平行接触。用扳手或套筒将螺帽紧固旋紧。
3.2.2地面磁感应器位置标示流程。
①按里程找到上行（或下行）分相点，按机车通过分相点时方向向分相点步行寻找。
②确定中性区段的垂直投影范围(注意:中性区段不是中性区，确定方法参见后文“中性区段的确定”)。
③以中性区段的垂直投影来车方向端向来车方向测量35 m±2 m范围内，确定任何两个相邻承轨台之间的位置作为强迫信号地面磁性设备（2#地面磁性设备）位置，并在背向来车方向轨道左边用油漆标写“磁钢”字样，以作为磁性装置朝向端。
④以标示的强迫信号地面磁性设备(2#地面磁性设备)位置向来车方向测量170 m± 2 m范围内,确定任何两个相邻承轨台之间的位置作为预告信号地面磁性设备(1#地面磁性设备)位置，并在背向来车方向轨道右边用油漆标写“磁钢”字样，以作为磁性装置朝向端。
⑤返回中性区段,找到中性区段的垂直投影去车方向端。
⑦以中性区段的垂直投影去车方向端向去车方向测量35 m±2 m范围内，确定任何两个相邻承轨台之间的位置作为恢复信号地面磁性设备（3#信号地面磁性设备）位置，并在背向来车方向轨道右边用油漆标写“磁钢”字样，以作为磁性装置朝向端。
⑧以标示的恢复信号地面磁性设备( 3#地面磁性设备)位置向去车方向测量170 m± 2 m范围内，确定任何两个相邻承轨台之间的位置作为备用恢复信号地面磁性设备（4#地面磁性设备)位置，并在背向来车方向轨道左边用油漆标写“磁钢”字样，以作为磁性装置朝向端;
3.2.3地面磁感应器螺孔位置标示注意事项。
①地面磁性设备螺栓孔位置的确定是保障地面磁性设备安装完成后,地面磁性设备中心距离钢轨内侧工作边为（ 335±15 ) mm的关键。
②为了方便确定螺孔位置,安装前可制作一个与地面磁性设备底板大小一样木板或者其他板材作为模板，也打一样的孔，保证制作的模板中心与钢轨内侧工作边为(300±20 ) mm。以便标示螺孔位置时方便操作。
③确定螺孔位置时从轨道板侧面可以观察﹐注意避开轨道板内部钢筋。如遇钢筋可调整安装位置,在±2m范围内调整。
3.2.4中性区段的确定。
根据分相区不同的结构形式(器件式电分相或锚段关节式电分相),中性区段依照以下方式确定:
①以器件式电分相的中性区段如附图15所示。
图15 器件式电分相
②以锚段关节形式分相的中性区段如附图16所示。
图16 锚段关节形式的中性区段
(5)安装距离的确定。
以中性区段两端垂直投射到钢轨上向左右两侧分别测量35 m，再以35m这个点向左右分别测量170 m定下另一个点，即另一个点离中性区段为205 m，如附图17所示。
图17 “断”“合”标，“禁止双弓”标，地面感应器的安装示意图
(说明:地面感应器位置施工允许偏差为±2m)
注意:测量距离不进入中性区段（主要是中性区段而不是中性区 )，只在中性区段左、右端部向左、右分别测量35 m、170 m，如附图18所示。
图18 无电区,中性区长度示意图
3.3.5注意事项。
①4只地面磁性设备必须严格按照附图3.2.20所示的位置来放置。即不管是单线还是复线，不管是上行还是下行，安放的位置永远是如图中所示的位置。(注意:4只地面磁性设备成斜对称布置,地面磁性设备所在位置一定不能错。)
②一个分相点（即一个中性区段）附近安装4只(1套）地面磁性设备;这4只地面磁性设备完全一样，也不分编号。
③地面磁性设备一定要与图3.2.21中黑色标志位置一致。
④磁性装置磁性比较强，安装时注意安全，尽量使手表、磁卡、呼机、手机等远离磁性装置。(注意:铁器在磁性装置附近的使用，尽量不靠近磁性装置，拿好拿稳铁器，以免造成伤害。)
⑤地面磁性设备应尽量避开信号机、钢轨接头(无缝钢轨除外)和其他一些轨道上的装置，不要离得太近。如果地面磁性设备的位置刚好在钢轨接头等处，可以将地面磁性设备的安装位置以35 m ± 2 m、170 m±2 m 的位置作适当调整（即向左、右可以在2 m以内作适当调整)。但尽最大努力以35 m、170 m为标准安装。
⑥去掉包装的地面磁性设备严禁堆放在一起!
文章来源：
徐富春主编《接触网》[M]. 2015
