ZPW-2000A轨道电路长电缆发送器过热问题分析

洪福庆 上海铁路局电务处

ZPW-2000A轨道电路长电缆发送器过热问题分析

洪福庆 上海铁路局电务处

ZPW-2000A轨道电路在国内已大量投入使用，作为在UM71无绝缘轨道设备基础上发展的自动闭塞制式，其系统具备高安全性、适用性、可靠性以及稳定性等特点。在实际维护工作中，针对现场不同线路类型、道床条件、电缆长度、钢轨阻抗，ZPW-2000A轨道电路具有调整特性，依据调整参考表调整模拟电缆、发送电平级、接收电平级以达到一次调整，满足轨道电路调整状态、分路状态、机车信号入口电流。在ZPW-2000A设备运用中，对电缆长度有较高的要求，当线路存在长大区间，轨道电路信号电缆长度增加，轨道电路发送器设备温度上升。针对此类问题，对轨道电路运用现状进行分析，并提出解决措施。

ZPW-2000A轨道电路；长电缆；发送器；温度

1 问题现状

在现场实际长大区间（超过10 km）使用中，存在发送盒过热的现象。最高温度达75℃。通过过热区段电气特性测试，发送盒功出电压正常、衰耗盒轨入电压正常，接收盒主轨出、小轨出电压均正常，轨面电压也正常，现场似乎不存在调整问题，但ZPW-2000A设备参数因温度高可引发发送盒停止工作、发送器底座簧片烧坏的现象，造成区间移频自动闭塞设备工作不稳定，给行车安全埋下隐患。

2 问题调查

2.1 现场数据分析

采用红外线热成像仪对发送器外壳的各点温度进行测试，其前面板设备铭牌左下角温度最高，因此将该点定为发送器温度测试点。

选取一站区间ZPW-2000A轨道电路进行温度采样，发送器温度测试数据见表1。

图1 发送器外壳温度随电缆长度变化而变化的情况

表1测试数据为发送电平级为1级的实际测试数据。当电缆长度（实际电缆长度+模拟电缆长度）为10 km时，发送器外壳温度在45.6℃至51.8℃之间，当电缆长度为12.5 km时，发送器外壳温度在49℃至55.7℃之间，当电缆长度为14 km时，发送器外壳温度在53.3℃至56.9℃之间，曲线如图1所示。

2.2 试验数据分析

根据现场实际情况建立ZPW-2000A轨道电路matlab模型，模拟轨道电路现场使用最不利条件，测量发送器的外壳温度及功率三极管温度，仿真计算的最不利条件如表2所示，其中功出电流项为不同电缆配置条件下的最大功出电流。

根据表2选定发送器频率，通过调整发送器的负载电阻来获得表2中的最大功出电流，设备运行4 h后测量发送器铭牌处及功率管温度。测试数据见表3（单位：℃）。

图2 现场实测数据温度随电缆长度增加而升高

表3测试数据当电缆长度为7.5 km时，发送器外壳温度在45℃至46℃之间，当电缆长度为10 km时，发送器外壳温度在49℃至52℃之间，当电缆长度为12.5 km时，发送器外壳温度在53℃至59℃之间，与现场实测数据温度随电缆长度增加而升高规律一致，曲线如图2所示。

3 问题分析

发送盒温度过高的现象，从内部原因分析温度产生的原因，电缆长度增加时，发送盒温度上升，发送器的激励放大器、功率放大器在这种情况下负载重。在这种区段使用中，为满足分路特性，往往采取高发送电平的做法，无疑进一步增加了发送器工作功率。由于实际发送器功率放大电路为非线性电路，采取发送器高电平的方式虽然增加了前级放大电路的功率，但在发送器后级输出级，功出电压增加却有限，能效转换效率进一步降低。每调高一级电平，发送盒整体工作功率增加，有效输出功率增加却有限，多余的能耗以热量的形式释放出，产生发送过热的现象，发送盒工作能效比进一步降低。针对这一分析，选取现场一过热区段与正常区段进行现场测试，得出数字见表4。

表4 选取现场一过热区段与正常区段进行现场测试而得出的数字

为避免数据偶然性，选取了其它过热及正常区段比对，发现过热区段能效均在50%以下，正常区段均在60%以上，过热区段发送盒工作效率低，较多能量丧失在温度上。

在现场实际运用过程中，由于长大区间电缆的现状，通常认为发送电平级应比短区间电缆的要高，并未从能耗的角度去分析，通过较高电平来确保轨道电路工作正常。长大区间电缆条件下的发送盒高电平输出，造成的矛盾显然突出：提高电平，轨面电压会有所升高，但产生大量无功功率，产生温度过热问题。虽然机械室可采取降温措施，但未得到根本解决。

4 对策措施

为有效解决开通线路长大区间电缆带来的发送盒过热问题，将发送盒内部温度降下来，提出了两类解决措施。

（1）区间增设中继站。通过中继站机械室增设电源系统、区间ZPW-2000A设备、区间其它信号设备，可有效解决电缆长度问题。

（2）使用调整手段，提高发送盒转换能效，降低无功功耗，减少发热能量，提高功出效率。

在两个方案讨论过程中，方案一改变了设备现状，问题能够得到彻底解决，但投资费用大，涉及通信、信号、电力、房建等多个部门，且后期维护成本增加。实施难度大。方案二经济，设备基本无变化，但实施效果有待考证，问题能不能得到解决需要通过验证。

通过方案比对，方案二比较有操作性，但在方案实施上，必须充分考虑最不利条件下轨道电路一次调整特点，同时对轨道电路调整过程中带来的风险必须要充分研判。具体从以下几点考虑：

（1）轨道电路的调整需严格按照相关设计院出具的调整表进行，对各类参数的调整必须有一个系统的考虑，综合各方面因素。严禁随意调整带来的盲目性。为此，需与相关设计单位充分沟通，由设计单位现场调查，针对“一区段一调整”，现场实际调整严格按照调整表进行。

（2）轨道电路调整在天窗、施工点内进行，调整到位后，室外应立即对本区段轨面电压、分路残压、电码化入口电流、小轨电压等进行测试。并与原调整前数据进行比对。室内应对发送盒工作功率、功出功率进行测试，计算出能效比的变化范围。

（3）设备调整试点期间，必须加强盯控。重点对调整状态、分路残压、发送盒工作状态等进行每日盯控。发现问题，立即复原。

确定实施方案后，选取一区段，在天窗点按以下调整步骤实施了调整：

（1）降低发送电平一个等级，发送电平从1级电平降低为2级电平，发送盒温度明显下降。

（2）提高接收电平级，从64电平（衰耗盒端子c3-a6,c4-a9,3-7,5-10）调整为71级平级（衰耗盒端子c3-a2,c4-a9,a1-a6,a7-a10）。

（3）调整后测试情况见表5。

表5 整后测试情况

方案实施后，在试点期内电务段加强了盯控，经过雨季等不利条件下未发生残压超标现象，轨道电路各类参数也均在合理范围之内。

经调整后的发送盒温度有了明显下降，经测试为50℃左右。温度过高问题得到解决。

5 总结

本文针对长大区间轨道电路信号电缆长度增加，轨道电路发送器设备温度上升问题，从现场测试、试验测试、问题分析等方面进行了阐述，并提出对策措施以便现场出现类似问题时参考。

责任编辑：万宝安 窦国栋

来稿日期：2015-12-01