ZPW-2000A型电气绝缘节漏码信号问题研究

仝百祥,李怀峰,聂勇

（1.华东交通大学经济管理学院,江西南昌 330013;2.郑州电务段,河南郑州 450052）

ZPW-2000A型电气绝缘节漏码信号问题研究

仝百祥1,李怀峰2,聂勇2

（1.华东交通大学经济管理学院,江西南昌 330013;2.郑州电务段,河南郑州 450052）

论述了电气绝缘节的基本工作原理,说明无绝缘轨道电路绝缘节通过串并联谐振实现绝缘隔离的基本机理.其次阐述了轨道小轨道与主轨道电路之间的基本关系及缩短调谐区死区段的基本情况,同时针对铁路区间自动闭塞信号设备ZPW-2000A无绝缘轨道电路,在距电气绝缘节(调谐区)送电端第3个电容左右处地点,机车信号接收器收到的漏码信号达到最大值;第3个电容开路时,小轨道电路接收电压值下降最大等现象进行了理论研究,探寻上述现象的理论依据.

电气绝缘节;漏码信号;研究

长期以来,ZPW-2000A型自动闭塞设备中的无绝缘轨道绝缘的串码问题一直困扰着大家,在距调谐区3～4个电容之间,串码信号最大.最近我们又发现当距调谐区350m左右的电容断路时,即距调谐区第3个电容断路时,对小轨道的影响最大.本文就出现这种现象的原因进行理论研究.

1 ZPW-2000A无绝缘轨道电路电气绝缘节串码情况

在北京全路通信信号研究设计院2007年关于ZPW-2000A轨道电路“工作频率干扰”及“红光带”问题的讨论资料中有如下描述：①列车向送电段运行、机车信号接收到的漏电电流波峰值和波谷值交替出现数次,距送电段第3个电容附近.机车信号外漏电电流出现最大波峰.②列车向送电端方向运行,机车信号接收到的漏电电流波峰值和波谷值交替出现数次.峰值的间隔约3～5个电容间距.[1]2011年郑州电务段试验室发现在ZPW-2000A区间轨道电路中,当距轨道电路送电端调谐区第3个电容C3断路时,对轨道电路影响最大,其它地点影响较小.如表1所示.

表1 ZPW 2000区段（有小轨）测试统计

以上这两种现象具有共性,即在接近发送端,距送电端第3个电容左右处是轨道信号传输的一个关键点.当这一点处有列车驶入或者此处电容开路,即此处的电容短路或开路,都会对轨道传输信号产生较大影响.对于机车而言,接收到相邻区段的串码信号会达到最大；对小轨道而言,会使其接受的电压达到最低.

2 ZPW-2000A无绝缘轨道电路电气绝缘节（调谐区）

2.1 ZPW-2000A电气绝缘节的构成

ZPW-2000A无绝缘轨道电路电气绝缘节的构成,电气绝缘节长29m,在两端各设一个调谐单元（简称BA）,在其中部有空心线圈SVA.对于较低频率（1 700,2 000）端,设置L1、C1两元件的F1型调谐单元；对于较高频率（2 300,2 600）端,设置L2、C2、C3三元件的F2型调谐单元[2].如图1所示.

图1 ZPW--2000A电气绝缘节原理

2.2 电气绝缘节（调谐区）基本原理

为了解决电气绝缘节（调谐区）断轨检查问题,ZPW-2000A型无绝缘轨道电路将轨道电路分为主轨道电路和调谐区小轨道电路两部分,发送器同时向线路两侧主轨道、小轨道电路发送信号,接收器除接收本区段主轨道电路信号外,还接收相邻区段小轨道电路的频率信号.将小轨道电路视作列车运行前方主轨道电路的所属“延续段”,作为小轨道的“延续段”信号由运行前方相邻轨道电路接收器处理,并将处理结果形成小轨道继电器执行条件（XG、XGH）送至本轨道电路接收器,作为轨道电路继电器（GJ）励磁的必要条件（XGJ、XGJH）之一.这样处理以后,大幅度减少了电气绝缘节（调谐区）死区长度（从20m减少到5m以内）,如图2所示[3].

图2 ZPW-2000A主临轨道电路设备电路连接

以图3为例,A区段轨道电路发送器FSA发送f2（2 300Hz、2 600Hz）的信号,B、C区段轨道电路发送器FSB、FSC发送f1（1 700Hz、2 000Hz）的信号,谐振电路L1,C1构成漏联谐振,谐振频率f2,漏联谐振阻抗很小,可以看成短路.因此,频率f2的信号在EF和E’F’处相当于短路.与A轨道电路发送器相连的谐振电路L2、C2、C3（F2型BA）对频率f2的信号呈现容性,相当于一个电容C.该电容C和其右侧钢轨AC、CE、FD和DB的电感Lg/2及一个空心线圈的电感Ls混联而成的等效电感Lf2构成并联谐振槽路,如图3所示.谐振频率为f2,AB两点呈现高阻抗.因此,发送器FSA发送的f2信号,在AB两点形成高电压,延着A轨道电路,向左侧传输到接收端,向右传输的信号被EF短路.A轨道电路接收端,L2、C2、C3对f2呈现容性,相当于一个电容C.该电容C和左侧钢轨A’C’、C’E’、F’D’和D’B’的电感Lg/2及一个空心线圈Ls混联而成的等效电感Lf2构成并联谐振槽路,如图4所示.谐振频率为F2,A’B’两点呈现高阻抗.因此,对从发送端传输来的f2信号产生较高电压,被接收器JSA接收,动作轨道继电器.继续向左传输的f2信号被E’F’点短路掉[4].

图3 ZPW-2000A电气绝缘传输原理

3 电气绝缘节的传输分析

从电气绝缘节的绝缘机理来看,电气绝缘节的绝缘功能是建立在元器件及谐振的理想状态下的.实际上,元器件本身及谐振状态不可能达到理想化状态.其一,线圈内阻及连接线电阻、电感等因素是客观存在的,虽然考虑到了抵消引接线阻抗的影响,但元器件不可能达到理想状态；其二,钢轨电感、空心线圈电感及钢轨间分布电容等因素亦会产生影响.

在调谐区,F1型BA和F2型BA是并联关系,设并联后电气绝缘节等效为一个L、C串联网络.假定存在这样的L、C串联谐振网络,既对f2信号产生串联谐振,又对f1信号产生串联谐振,那么,必然有f2=1/（2π√LC）,f1=1/（2π√LC）,即f1=f2,与f2﹥f1矛盾.因此,不存在这样的L、C串联谐振网络.

从以上分析知,电气绝缘节经F1型BA、F2型BA和四小段钢轨电感Lg/2和一个空心线圈电感Ls混联后,必然存在既不对f1完全产生串联谐振,也不对f2完全产生串联谐振这种情况,必然产生串频问题.

对于小轨道接受信号而言,绝缘节呈现低的“零阻抗”,阻抗低,信号电流大.对于略显容性的BA调谐单元两端,接收器可以获得一定程度的能量,这种能量是以微量幅度的信号沿着钢轨向外传输出去[5].

上述这种信号我们称之为漏泄信号或串频信号.对于此信号传输,一定存在一个传输最大点,这一点一定是在阻抗并联谐振点上.

4 轨道传输通道并联谐振研究

电气绝缘节简化等效电路（忽略连接线阻抗、BA、SVA内部电阻、电容等因素）如图4所示：

图4 ZPW-2000A电气绝缘节简化等效电路

无论是小轨轨道继电器接收的信号或是机车信号接收到的漏码信号都属于漏码信号,即应该通过串联谐振短路而未完全短路掉的信号.

由于漏码信号是应该短路而实际未短路掉的部分沿着轨道继续传输的部分信号,以f2＝2 300 Hz, f1=1 700Hz由A向B方向传输（如图3所示）,当机车在B区段运行时,接收的f1信号是正常信号,接受到的f2信号则为漏码信号.

以f2信号为漏码信号为例进行研究.

f2信号在F2上产生并联谐振,f2信号在F2的两端电压值为最大.那么在轨道传输通道的某一点是否亦存在并联谐振点？

对于60 kg钢轨,钢轨电感为1.3μH/m,频率为f2=2 300Hz时,钢轨感抗Z=0.019 jΩ/m,50m的阻抗Zl1约为0.8 jΩ,100m,Zl2为1.9 jΩ.对于补偿电容C=50μF,频率为f2=2 300Hz时的容抗Zc为-1.4 jΩ.

现在计算分别在第一个电容,第二个电容,第三个电容,第四个电容时,轨道传输阻抗的情况.因为轨道传输通道谐振点取决于阻抗的虚部,所以,计算时不必考虑电阻的情况.另外,漏泄电阻处处存在,但对于短距离钢轨来说,漏泄电阻较大,为使问题简单化,近似按照开路处理.

（1）第1个电容处短路时,轨道传输通道电路如图5（a）所示：轨道阻抗Z等于钢轨长度为100m,感抗为1.9 jΩ.

（2）第2个电容处短路时,如图5（b）所示：

（3）第3个电容处短路时,如图5（c）所示：

图5 区间轨道电路电容补偿节

（4）第4个电容处短路时：

从第3个电容处短路时钢轨阻抗为-10.4 j及第4个电容处短路阻抗为0.7 j情况看,一定存在一个短路点,使得轨道虚部阻抗Z为0.设此点为b,b点距第三个电容的距离为r,则短路点钢轨据第3个电容的短路阻抗为Zr=2×r×0.019=0.038r jΩ.

由上述计算及电容分布情况,谐振点距调谐区距离为：50+100+100+33=283m.

5 结论

谐振点距调谐区距离为283m,此点基本处于距调谐区第3个电容处左右.因此,在第3个电容左右处,漏码在钢轨两端电压达到最大值；对于小轨道接受电压而言,当距调谐区的第3个电容开路后,因传输轨道阻抗对调谐区漏泄信号的反射阻抗降低幅度最大而使得小轨道电压降低幅度最大,而其它电容不是谐振点,所以反射阻抗影响相对小些.这是无绝缘轨道电路漏码信号幅度最大及距调谐区第3个电容断路影响调谐区小轨道电路继电器接收的电压值最大的原因所在.

[1]北京全路通信信号研究设计院.ZPW-2000A轨道电路“工作频率干扰”及“红光带”问题的讨论[C]//全路电务工作会议,武汉,2007-12：13.

[2]林瑜筠,李鹏,李岱峰,等.铁道信号新技术概论[M].修订版.北京：中国铁道出版社,2010：92-93.

[3]赵自信,薛文丽,安海军,等.ZPW-2000A无绝缘移频自动闭塞系统[M].北京：北京全路通信信号研究设计院,2003：2-3.

[4]刘朝英,林瑜筠.铁道信号概论[M].北京：中国铁道出版社,2010：125-130.

[5]李文海.ZPW-2000A移频自动闭塞系统[M].北京：中国铁道出版社,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,河南原阳人,高级工程师.主要从事铁道信号方面研究.

卢奇）