ZPW-2000A轨道电路芯线断线故障问题处理及分析

崔艳刚

(中国铁路沈阳局集团有限公司通辽电务段，内蒙古通辽 028000)

1 铁路数字信号电缆

铁路数字信号电缆具有传输模拟信号、数字信号、额定交流电压750 V 或1100 V 及以下控制系统信号及电能的功能，广泛的应用于自动闭塞、站内电码化、计算机联锁、信号集中监测等有关信号设备和控制装置之间，传输控制信号、监测信息和电能等。

2 信号电缆的传输特性

在实际应用中，电缆芯线在传输交变电流或信号时，交变电流或信号除了在电缆芯线内传输外，还会通过电缆芯线间，芯线与屏蔽层间进行传导性耦合传输，传导性耦合包含电导性耦合、电感性耦合及电容性耦合，如图1 所示。

图1 电缆间信号耦合传导示意图Fig.1 Schematic diagram of signal coupling transmission between cables

电导性传导耦合取决于电缆芯线绝缘层的绝缘状况，绝缘层的绝缘性能越好，电导性耦合作用越弱。绝缘层的绝缘性能越差，电导性传导耦合作用越强。电感性传导源于导线间互感的作用。电缆芯线间的容性耦合传导主要表现在相邻的两根芯线犹如电容器的两个极板，电缆越长等效的电容极板面积越大，芯线越近等效的极板间距越小，电缆的电容量越大。电容耦合系数值是铁路数字信号电缆的一项重要特征参数。移频信号在铁路数字信号电缆中长距离传输时，电缆这种容性耦合作用明显。其中电缆芯线与屏蔽层间的耦合方式及原理与芯线间的耦合方式相同。

3 ZPW-2000A轨道电路电缆断线案例及分析

3.1 断线故障案例

某中继站集中监测突发报警提示区间轨道区段接收端主轨出超下限报警，主轨出电压由593 mV降至280 mV，现场技术人员确定故障点发生在室外后，集中力量进行排查。发现室外接收端电缆分线盒内，电缆出现虚接导致断线，重新进行紧固后，区段工作状态恢复正常。具体情况如图2 所示。

图2 现场故障情况示意图Fig.2 Schematic diagram of field failure situation

现场在处理故障过程中对分线盒内芯线及屏蔽层内移频信号进行了测试，分线盒内接线情况如图2所示，测试数据如下：

1）芯线1、2 接续良好时，2 线中该区段移频信号电流24 mA，屏蔽线3 中该区段移频信号电流0 mA，室内主轨出593 mV；

2）断开芯线2 后，芯线2 中该区段移频信号电流0 mA，屏蔽线3 中该区段移频信号电流增加到20 mA，室内主轨出280 mV；

3）用500 V 摇表测试电缆1、2、3 线间绝缘电阻非常大，没有发现破损现象。

3.2 故障原理分析

为方便问题分析，建立电缆断线前后移频信号传输等效模型如图3 所示。

移频信号传输采用的铁路数字信号电缆有固定的特性阻抗，理想情况下两根传输芯线与外部芯线和屏蔽层间有相同的分布电容。当电缆未断芯时，芯线L1电阻RL1=R1+R2，芯线L2电阻RL2=R3+R4，并满足RL1+RL2≈10（km）× 45（Ω/km）≈450 Ω。在理想情况下，单根芯线对屏蔽层耦合电容值假定为常量CL，此时CL1=C1+C2=C3+C4=CL2，即每根芯线的电阻值和对屏蔽层的分布电容相等，从而使移频信号能够在两根芯线L1、L2上进行平衡传输。

图3 电缆断线前后移频信号传输等效模型Fig.3 Equivalent model of frequency shift signal transmission before and after cable disconnection

因为电缆的分布参数在实际建模中比较复杂，为了方便理解，在此只利用简化模型进行分析，简化实际中芯线对地的分布参数对移频信号传输的作用。当芯线L2发生断线故障如图3 所示，此时移频信号的阻性传输通道被切断，但是因断点前后两端芯线分别对屏蔽层（及其他线对）间存在分布电容，而移频信号作为频率周期变动的交流信号可以通过芯线与屏蔽层间产生容性传导耦合。即室外返回的移频信号可以借由分布电容C4—屏蔽层—分布电容C3为传导路径向室内侧进行传输。由于移频信号的传输通道并未因电缆芯线断线而彻底切断，接收端仍然能够接收到一定能量的移频信号。

在以上的简化模型中，当芯线L2断线时，C3、C4的串联等效容值C34=C3×C4/(C3+C4)=C3(CL1-C3)/CL1。利用求导取极值的方式可得出,当C3=CL1/2时，等效容值C34最大。即当电缆按10 km 配置，单芯断点在离室内5 km 处时，容值C34最大，L2芯线容抗接近最小。结合芯线自身的阻抗特性，此时信号传递的能量最大，接收端所取得的电压值相对其他位置断线时最高。但在实际现场应用时，因为分布参数的存在，电缆的信号传输情况会复杂得多，移频信号借由屏蔽层进行耦合传导作用的强弱，受传递信号的频率、电缆阻抗特性、及电缆安装等多种条件影响。

由此可以得知，此故障案例中ZPW-2000A 轨道电路在电缆芯线断线时，并未完全中断移频信号的传输通道，接收端仍能接收到一定的移频信号的原因，在于移频信号在电缆中的耦合传输。

4 小结

现场在处理ZPW-2000A 轨道电路电缆芯线断线及类似的问题时，不仅要考虑信号在芯线上的直接传导，还要多考虑此类模拟信号在电缆传输的容性或是感性耦合特性。以此在现场实际问题的处理过程中，能更有针对性的找出问题根源，快速解决故障。