ZPW-2000无绝缘轨道电路相邻区段干扰仿真研究

刘家良，毕红军，杨世武，杨 磊，鲍才让泰

（1.北京交通大学 电子信息工程学院，北京 100044；2.青藏铁路公司， 西宁 810000）

ZPW-2000无绝缘轨道电路相邻区段干扰仿真研究

刘家良1，毕红军1，杨世武1，杨 磊1，鲍才让泰2

（1.北京交通大学 电子信息工程学院，北京 100044；2.青藏铁路公司， 西宁 810000）

根据均匀传输线和四端网络理论，建立ZPW-2000无绝缘轨道电路分路电流的计算模型，利用MATLAB软件实现相邻区段干扰电流的数值算法，对轨道电路正常情况、调谐单元故障情况下邻区段干扰电流的分布进行仿真。

轨道电路；相邻区段；干扰；仿真

相邻区段干扰是指同线路两相邻区段间信号越过电气绝缘节后形成的干扰。调谐单元对本区段频率呈现极阻抗，对于相邻区段频率呈现零阻抗。当列车走行接近电气绝缘节，由轮对短路线、前方钢轨电感及补偿电容构成对相邻干扰信号的低阻抗峰值电流回路。

1 四端网络和传输线理论

一般说来，铁道信号运用的轨道电路属于传输线，可等效成双导线传输线。线上每一点都具有线路电阻R、分布电感L、分布电容C、和漏导G。当电信号由一端沿线路传送到另一端时，其幅度和相位都将发生变化。如果线上每一点的L、R、C 、G都相同，这样的传输线为均匀的传输线。故轨道电路可等效为拥有均匀分布参数的四端网络电路。

均匀传输线的四端网络模型如图1所示。

图1 均匀传输线的四端网络模型

其中，Vs为输入端的电压，Is为输入端电流，Wz为输出端电压，Iz为输出端电流。它们之间的关系可以描述为：

对于长度为L的均匀传输线，其一次参数和二次参数是固定的，可推知其四端网络参数与传输线长度L有关。其四端网络A为：

如果在输出端接有负载Zz，则四端网络的输入阻抗为：

2 ZPW-2000A轨道电路邻区段干扰理论分析

轨道信号由发送端设备经调谐单元、钢轨、大部分信号经电气绝缘节传入接收端设备，小部分信号在电气绝缘节经过大幅度衰减进入相邻区段，造成邻区段干扰，其模型如图2所示。

图2 邻区段干扰模型

2.1 主轨道电路等效模型

主轨道中每隔一定距离都有补偿电容的存在，因此可将补偿电容及其两边各半个补偿间距的轨道线路共同视为一个基本补偿单元N ，补偿间距为Lc，其等效模型如图3所示，根据四端网络理论，其传输特性可由四端网络N表示：

图3 基本补偿单元

其中A(Lc/2)是长度为1/2补偿间距的钢轨等效四端网络，Nc是补偿电容的等效四端网络，ω为信号角频率，c为补偿电容值。

若整个轨道包含n个补偿电容，则其传输特性网络可用n个N级联表示：

2.2 小轨道电路等效模型

小轨道接收端和发送端与主轨道电路是基本相同的，小轨道电路主要包括调谐单元BA1、调谐单元BA2和空心线圈SVA。其传输特性网络为：

其中NBA1是调谐单元BA1的传输网络，NBA2是调谐单元BA2的传输网络，A(L/2)是小轨道长度一半的轨道传输网络，NSVA是空心线圈的传输网络。

2.3 相邻区段干扰等效模型

相邻区段干扰可视为本区段信号从发送端出发，经过电缆模拟网络、匹配变压器、调谐单元与轨道传输网络，电气绝缘节，机车前方钢轨，到达分路点形成干扰。

图4 邻区段干扰等效模型

如图4所示，轨道任意分路点电流如下：

其中ZRZ是分路点到接收器终端的等效阻抗，Rf是分路电阻0.15Ω。由于机车信号接受线圈位和分路点很接近，故机车信号接受电流可约等于分路电流。

对于相邻区段干扰的四端口等效网络F如图5所示。

图5 相邻区段干扰轨道四端口等效模型

3 仿真分析

2 300 Hz频率信号经过电气绝缘节进入相邻1 700 Hz频率信号区段形成邻区段干扰。轨道电路长度1 200 m，钢轨阻抗1.897 Ω/km 。钢轨电感1 413 μH/km，道砟电阻取值为1 Ω

●km，补偿电容55μf，补偿间距为80 m，发送器发送电平为三级，模拟电缆长度10 km。仿真结果如图6所示。

图6 相邻区段信号干扰仿真

如图6所示，干扰信号经过电气绝缘节后，经过由轮对短路线、前方钢轨电感及补偿电容构成的低阻抗峰值电流回路，在C2与C3之间约距电气绝缘接200 m处达到第一个高峰，随着距离绝缘节越来越远，干扰信号逐步降低。

如图7所示，当道碴电阻值增大后，相邻区段干扰电流幅值变大，故相邻区段干扰信号随道碴电阻值增大而增大。

图7 道碴电阻增大时相邻区段信号干扰仿真

如图8所示，当BA1断线故障时，电气绝缘特性“零阻抗”被破坏，开路故障点后对邻区段机车信号干扰加大。

图8 BA1断线时相邻区段干扰仿真

如图9所示，当BA2断线故障时，电气绝缘“极阻抗”特性发生改变，开路故障点后对邻区段机车信号干扰相对减小。

图9 BA2断线时相邻区段干扰仿真

综上所述，干扰信号经过绝缘节后形成峰值电流。该电流大小与前区段发送的电平有关；与调谐单元“零阻抗”值高低关系较小；在道碴电阻升高时，该峰值电流大幅上升。

4 结束语

本文建立的ZPW-2000型无绝缘轨道电路的仿真系统，可仿真各种故障状态下的相邻区段干扰电流的变化情况，为轨道电路监测与故障诊断提供依据。通过机车信号接收线圈采集到信号，波形分析后找出分路电流异常点，可有效地定位轨道电路故障点、判别故障原因。

[1]布列耶夫.轨道电路的分析与综合[M].孙铭甫，译.北京 ：中国铁道出版社，1981.

[2]费锡康.无绝缘轨道电路原理及分析[M].北京：中国铁道出版社，1993.

[3]李文海.ZPW-2000A移频自动闭塞系统原理、维护和故障处理[M].北京：中国铁道出版社，2010.

[4]张 玲.基于Matlab的轨道电路仿真与应用[J].甘肃科技，2006，22（4）.

责任编辑 陈 蓉

Simulation of adjacent segment interference in ZPW-2000 jointless track circuit

LIU Jialiang1, BI Hongjun1, YANG Shiwu1, YAMG Lei1, BAOCAI Rangtai2
( 1.School of Electronic and Information Engineering, Beijing Jiaotong University, Beijing 100044, China;2. Qinghai Tibet Railway Company, Xining 810000, China )

Based on the theory of uniform transmission line and four- terminal network, this paper presented a simulation model of adjacent segment interference in the ZPW-2000 jointless track circuit. The numerical algorithm for current interference of adjacent segment was established with MATLAB. Simulation calculation was carried out based on the conditions such as track circuit in normal state, tuning unit open-circuit fault condition of adjacent segment interference current.

track circuit; adjacent segment; interference; simulation

U284.2∶TP39

A

1005-8451（2014）05-0045-04

2013-10-25

刘家良，在读硕士研究生；毕红军，副教授。

book=48,ebook=53