仝百祥,李懷峰,聶勇

（1.華東交通大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院,江西南昌 330013;2.鄭州電務(wù)段,河南鄭州 450052）

ZPW-2000A型電氣絕緣節(jié)漏碼信號問題研究

仝百祥1,李懷峰2,聶勇2

（1.華東交通大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院,江西南昌 330013;2.鄭州電務(wù)段,河南鄭州 450052）

論述了電氣絕緣節(jié)的基本工作原理,說明無絕緣軌道電路絕緣節(jié)通過串并聯(lián)諧振實(shí)現(xiàn)絕緣隔離的基本機(jī)理.其次闡述了軌道小軌道與主軌道電路之間的基本關(guān)系及縮短調(diào)諧區(qū)死區(qū)段的基本情況,同時(shí)針對鐵路區(qū)間自動(dòng)閉塞信號設(shè)備ZPW-2000A無絕緣軌道電路,在距電氣絕緣節(jié)(調(diào)諧區(qū))送電端第3個(gè)電容左右處地點(diǎn),機(jī)車信號接收器收到的漏碼信號達(dá)到最大值;第3個(gè)電容開路時(shí),小軌道電路接收電壓值下降最大等現(xiàn)象進(jìn)行了理論研究,探尋上述現(xiàn)象的理論依據(jù).

電氣絕緣節(jié);漏碼信號;研究

長期以來,ZPW-2000A型自動(dòng)閉塞設(shè)備中的無絕緣軌道絕緣的串碼問題一直困擾著大家,在距調(diào)諧區(qū)3～4個(gè)電容之間,串碼信號最大.最近我們又發(fā)現(xiàn)當(dāng)距調(diào)諧區(qū)350m左右的電容斷路時(shí),即距調(diào)諧區(qū)第3個(gè)電容斷路時(shí),對小軌道的影響最大.本文就出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因進(jìn)行理論研究.

1 ZPW-2000A無絕緣軌道電路電氣絕緣節(jié)串碼情況

在北京全路通信信號研究設(shè)計(jì)院2007年關(guān)于ZPW-2000A軌道電路“工作頻率干擾”及“紅光帶”問題的討論資料中有如下描述：①列車向送電段運(yùn)行、機(jī)車信號接收到的漏電電流波峰值和波谷值交替出現(xiàn)數(shù)次,距送電段第3個(gè)電容附近.機(jī)車信號外漏電電流出現(xiàn)最大波峰.②列車向送電端方向運(yùn)行,機(jī)車信號接收到的漏電電流波峰值和波谷值交替出現(xiàn)數(shù)次.峰值的間隔約3～5個(gè)電容間距.[1]2011年鄭州電務(wù)段試驗(yàn)室發(fā)現(xiàn)在ZPW-2000A區(qū)間軌道電路中,當(dāng)距軌道電路送電端調(diào)諧區(qū)第3個(gè)電容C3斷路時(shí),對軌道電路影響最大,其它地點(diǎn)影響較小.如表1所示.

表1 ZPW 2000區(qū)段（有小軌）測試統(tǒng)計(jì)

以上這兩種現(xiàn)象具有共性,即在接近發(fā)送端,距送電端第3個(gè)電容左右處是軌道信號傳輸?shù)囊粋€(gè)關(guān)鍵點(diǎn).當(dāng)這一點(diǎn)處有列車駛?cè)牖蛘叽颂庪娙蓍_路,即此處的電容短路或開路,都會(huì)對軌道傳輸信號產(chǎn)生較大影響.對于機(jī)車而言,接收到相鄰區(qū)段的串碼信號會(huì)達(dá)到最大；對小軌道而言,會(huì)使其接受的電壓達(dá)到最低.

2 ZPW-2000A無絕緣軌道電路電氣絕緣節(jié)（調(diào)諧區(qū)）

2.1 ZPW-2000A電氣絕緣節(jié)的構(gòu)成

ZPW-2000A無絕緣軌道電路電氣絕緣節(jié)的構(gòu)成,電氣絕緣節(jié)長29m,在兩端各設(shè)一個(gè)調(diào)諧單元（簡稱BA）,在其中部有空心線圈SVA.對于較低頻率（1 700,2 000）端,設(shè)置L1、C1兩元件的F1型調(diào)諧單元；對于較高頻率（2 300,2 600）端,設(shè)置L2、C2、C3三元件的F2型調(diào)諧單元[2].如圖1所示.

圖1 ZPW--2000A電氣絕緣節(jié)原理

2.2 電氣絕緣節(jié)（調(diào)諧區(qū)）基本原理

為了解決電氣絕緣節(jié)（調(diào)諧區(qū)）斷軌檢查問題,ZPW-2000A型無絕緣軌道電路將軌道電路分為主軌道電路和調(diào)諧區(qū)小軌道電路兩部分,發(fā)送器同時(shí)向線路兩側(cè)主軌道、小軌道電路發(fā)送信號,接收器除接收本區(qū)段主軌道電路信號外,還接收相鄰區(qū)段小軌道電路的頻率信號.將小軌道電路視作列車運(yùn)行前方主軌道電路的所屬“延續(xù)段”,作為小軌道的“延續(xù)段”信號由運(yùn)行前方相鄰軌道電路接收器處理,并將處理結(jié)果形成小軌道繼電器執(zhí)行條件（XG、XGH）送至本軌道電路接收器,作為軌道電路繼電器（GJ）勵(lì)磁的必要條件（XGJ、XGJH）之一.這樣處理以后,大幅度減少了電氣絕緣節(jié)（調(diào)諧區(qū)）死區(qū)長度（從20m減少到5m以內(nèi)）,如圖2所示[3].

圖2 ZPW-2000A主臨軌道電路設(shè)備電路連接

以圖3為例,A區(qū)段軌道電路發(fā)送器FSA發(fā)送f2（2 300Hz、2 600Hz）的信號,B、C區(qū)段軌道電路發(fā)送器FSB、FSC發(fā)送f1（1 700Hz、2 000Hz）的信號,諧振電路L1,C1構(gòu)成漏聯(lián)諧振,諧振頻率f2,漏聯(lián)諧振阻抗很小,可以看成短路.因此,頻率f2的信號在EF和E’F’處相當(dāng)于短路.與A軌道電路發(fā)送器相連的諧振電路L2、C2、C3（F2型BA）對頻率f2的信號呈現(xiàn)容性,相當(dāng)于一個(gè)電容C.該電容C和其右側(cè)鋼軌AC、CE、FD和DB的電感Lg/2及一個(gè)空心線圈的電感Ls混聯(lián)而成的等效電感Lf2構(gòu)成并聯(lián)諧振槽路,如圖3所示.諧振頻率為f2,AB兩點(diǎn)呈現(xiàn)高阻抗.因此,發(fā)送器FSA發(fā)送的f2信號,在AB兩點(diǎn)形成高電壓,延著A軌道電路,向左側(cè)傳輸?shù)浇邮斩?向右傳輸?shù)男盘柋籈F短路.A軌道電路接收端,L2、C2、C3對f2呈現(xiàn)容性,相當(dāng)于一個(gè)電容C.該電容C和左側(cè)鋼軌A’C’、C’E’、F’D’和D’B’的電感Lg/2及一個(gè)空心線圈Ls混聯(lián)而成的等效電感Lf2構(gòu)成并聯(lián)諧振槽路,如圖4所示.諧振頻率為F2,A’B’兩點(diǎn)呈現(xiàn)高阻抗.因此,對從發(fā)送端傳輸來的f2信號產(chǎn)生較高電壓,被接收器JSA接收,動(dòng)作軌道繼電器.繼續(xù)向左傳輸?shù)膄2信號被E’F’點(diǎn)短路掉[4].

圖3 ZPW-2000A電氣絕緣傳輸原理

3 電氣絕緣節(jié)的傳輸分析

從電氣絕緣節(jié)的絕緣機(jī)理來看,電氣絕緣節(jié)的絕緣功能是建立在元器件及諧振的理想狀態(tài)下的.實(shí)際上,元器件本身及諧振狀態(tài)不可能達(dá)到理想化狀態(tài).其一,線圈內(nèi)阻及連接線電阻、電感等因素是客觀存在的,雖然考慮到了抵消引接線阻抗的影響,但元器件不可能達(dá)到理想狀態(tài)；其二,鋼軌電感、空心線圈電感及鋼軌間分布電容等因素亦會(huì)產(chǎn)生影響.

在調(diào)諧區(qū),F1型BA和F2型BA是并聯(lián)關(guān)系,設(shè)并聯(lián)后電氣絕緣節(jié)等效為一個(gè)L、C串聯(lián)網(wǎng)絡(luò).假定存在這樣的L、C串聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò),既對f2信號產(chǎn)生串聯(lián)諧振,又對f1信號產(chǎn)生串聯(lián)諧振,那么,必然有f2=1/（2π√LC）,f1=1/（2π√LC）,即f1=f2,與f2﹥f1矛盾.因此,不存在這樣的L、C串聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò).

從以上分析知,電氣絕緣節(jié)經(jīng)F1型BA、F2型BA和四小段鋼軌電感Lg/2和一個(gè)空心線圈電感Ls混聯(lián)后,必然存在既不對f1完全產(chǎn)生串聯(lián)諧振,也不對f2完全產(chǎn)生串聯(lián)諧振這種情況,必然產(chǎn)生串頻問題.

對于小軌道接受信號而言,絕緣節(jié)呈現(xiàn)低的“零阻抗”,阻抗低,信號電流大.對于略顯容性的BA調(diào)諧單元兩端,接收器可以獲得一定程度的能量,這種能量是以微量幅度的信號沿著鋼軌向外傳輸出去[5].

上述這種信號我們稱之為漏泄信號或串頻信號.對于此信號傳輸,一定存在一個(gè)傳輸最大點(diǎn),這一點(diǎn)一定是在阻抗并聯(lián)諧振點(diǎn)上.

4 軌道傳輸通道并聯(lián)諧振研究

電氣絕緣節(jié)簡化等效電路（忽略連接線阻抗、BA、SVA內(nèi)部電阻、電容等因素）如圖4所示：

圖4 ZPW-2000A電氣絕緣節(jié)簡化等效電路

無論是小軌軌道繼電器接收的信號或是機(jī)車信號接收到的漏碼信號都屬于漏碼信號,即應(yīng)該通過串聯(lián)諧振短路而未完全短路掉的信號.

由于漏碼信號是應(yīng)該短路而實(shí)際未短路掉的部分沿著軌道繼續(xù)傳輸?shù)牟糠中盘?以f2＝2 300 Hz, f1=1 700Hz由A向B方向傳輸（如圖3所示）,當(dāng)機(jī)車在B區(qū)段運(yùn)行時(shí),接收的f1信號是正常信號,接受到的f2信號則為漏碼信號.

以f2信號為漏碼信號為例進(jìn)行研究.

f2信號在F2上產(chǎn)生并聯(lián)諧振,f2信號在F2的兩端電壓值為最大.那么在軌道傳輸通道的某一點(diǎn)是否亦存在并聯(lián)諧振點(diǎn)？

對于60 kg鋼軌,鋼軌電感為1.3μH/m,頻率為f2=2 300Hz時(shí),鋼軌感抗Z=0.019 jΩ/m,50m的阻抗Zl1約為0.8 jΩ,100m,Zl2為1.9 jΩ.對于補(bǔ)償電容C=50μF,頻率為f2=2 300Hz時(shí)的容抗Zc為-1.4 jΩ.

現(xiàn)在計(jì)算分別在第一個(gè)電容,第二個(gè)電容,第三個(gè)電容,第四個(gè)電容時(shí),軌道傳輸阻抗的情況.因?yàn)檐壍纻鬏斖ǖ乐C振點(diǎn)取決于阻抗的虛部,所以,計(jì)算時(shí)不必考慮電阻的情況.另外,漏泄電阻處處存在,但對于短距離鋼軌來說,漏泄電阻較大,為使問題簡單化,近似按照開路處理.

（1）第1個(gè)電容處短路時(shí),軌道傳輸通道電路如圖5（a）所示：軌道阻抗Z等于鋼軌長度為100m,感抗為1.9 jΩ.

（2）第2個(gè)電容處短路時(shí),如圖5（b）所示：

（3）第3個(gè)電容處短路時(shí),如圖5（c）所示：

圖5 區(qū)間軌道電路電容補(bǔ)償節(jié)

（4）第4個(gè)電容處短路時(shí)：

從第3個(gè)電容處短路時(shí)鋼軌阻抗為-10.4 j及第4個(gè)電容處短路阻抗為0.7 j情況看,一定存在一個(gè)短路點(diǎn),使得軌道虛部阻抗Z為0.設(shè)此點(diǎn)為b,b點(diǎn)距第三個(gè)電容的距離為r,則短路點(diǎn)鋼軌據(jù)第3個(gè)電容的短路阻抗為Zr=2×r×0.019=0.038r jΩ.

由上述計(jì)算及電容分布情況,諧振點(diǎn)距調(diào)諧區(qū)距離為：50+100+100+33=283m.

5 結(jié)論

諧振點(diǎn)距調(diào)諧區(qū)距離為283m,此點(diǎn)基本處于距調(diào)諧區(qū)第3個(gè)電容處左右.因此,在第3個(gè)電容左右處,漏碼在鋼軌兩端電壓達(dá)到最大值；對于小軌道接受電壓而言,當(dāng)距調(diào)諧區(qū)的第3個(gè)電容開路后,因傳輸軌道阻抗對調(diào)諧區(qū)漏泄信號的反射阻抗降低幅度最大而使得小軌道電壓降低幅度最大,而其它電容不是諧振點(diǎn),所以反射阻抗影響相對小些.這是無絕緣軌道電路漏碼信號幅度最大及距調(diào)諧區(qū)第3個(gè)電容斷路影響調(diào)諧區(qū)小軌道電路繼電器接收的電壓值最大的原因所在.

[1]北京全路通信信號研究設(shè)計(jì)院.ZPW-2000A軌道電路“工作頻率干擾”及“紅光帶”問題的討論[C]//全路電務(wù)工作會(huì)議,武漢,2007-12：13.

[2]林瑜筠,李鵬,李岱峰,等.鐵道信號新技術(shù)概論[M].修訂版.北京：中國鐵道出版社,2010：92-93.

[3]趙自信,薛文麗,安海軍,等.ZPW-2000A無絕緣移頻自動(dòng)閉塞系統(tǒng)[M].北京：北京全路通信信號研究設(shè)計(jì)院,2003：2-3.

[4]劉朝英,林瑜筠.鐵道信號概論[M].北京：中國鐵道出版社,2010：125-130.

[5]李文海.ZPW-2000A移頻自動(dòng)閉塞系統(tǒng)[M].北京：中國鐵道出版社,2010：6-17.

Study on the leakage code signal of the electrical insulated joints for the ZPW-2000A

Tong Baixiang1,LiHuaifeng2,NieYong2
（1.Economicmanagement instituteof the EastChina traffic university,NanChang330013,China; 2.Zhengzhou DianWuDuan,ZhengZhou 450052,China）

This paper first discusses the electrical insulation section of the basic working principle,and also describes the basic mechanism of insulation isolation that is realized through the insulation track circuit series and parallel resonance.Secondly,this paper expounds the basic relations of the small rail track and main rail track in the syntonic section and the basic situation about shortening the death section of the tuning area.At the same time, aiming at the electrical insulated joints of the railway automatic block signal equipment ZPW-2000A,the locomotive signaling equipment receive themaximum value of the leakage code signal at the third capacity far from the syntonic section.When the third capacity opening,the receiving signal of the small trick circuit is get down the lowest.The paper dealswith the above-mentioned phenomenon in theory,in order to find out the theoretical basis.

electrical insulated joints,leakage code,research

U284

A

1008-7516（2011）05-0101-05

10.3969/j.issn.1008-7516.2011.05.024

2011-06-22

仝百祥（1962-）,男,河南原陽人,高級工程師.主要從事鐵道信號方面研究.

盧奇）