哈大鐵路客運專線信號設備低溫試驗研究

付立民

(北京全路通信信號研究設計院有限公司，北京 100073)

1 試驗內容

被測設備包括調諧匹配單元ZPW·PT(1 700～2 600 Hz)，站內防雷匹配變壓器ZPW·BPLN，空心線圈ZPW·XKD，機械空心線圈ZPW·XKJD(1 700～2 600 Hz)，地面電子單元LEU、車載CAU和有源、無源應答器等共計14種設備，試驗設備溫度指標控制在－50～+70℃進行;線纜包括不同規格的阻燃銅芯線、阻燃鍍錫銅芯線、阻燃屏蔽線、阻燃銅芯紐絞線、阻燃鍍錫銅芯紐絞線、阻燃廣播電纜線、阻燃鍍錫屏蔽電纜線、熱縮套管、尼龍扎帶等，試驗材料溫度指標控制在－40～+70℃進行。

客專ZPW－2000A室外設備判定指標依據《客運專線鐵路信號產品暫行技術條件匯編(一)》中“ZPW－2000A無絕緣軌道電路設備”室外設備相應低溫技術指標。車載CAU目前沒有對應標準可參考，所以綜合機械工業儀器儀表綜合技術經濟研究所提供的2種產品(汽車電子設備、太陽能設備室外設備)的冰凍試驗的試驗方法，以及《鐵道機車車輛電子裝置》(TB/T3021—2001)中環境試驗的低溫及濕熱試驗標準進行試驗。LEU和有源、無源應答器的判定依據功能測試文件的規定，線纜類判定依據外觀檢查及絕緣測試。

2 試驗方法

2.1 ZPW－2000A室外設備試驗方法

ZPW－2000A型客運專線無絕緣軌道電路室外設備主要有2種測試方法。

(1)對于調諧匹配單元的調諧部分、空心線圈與機械空心線圈采用四線測試法，四線測試法等效電路見圖1。

圖1 四線測試法等效電路

其中R等效為被測器件，通過U/I源的測試線為器件提供恒流，通過采樣線測量R兩端的電壓。而測試線和采樣線均存在等效電阻，當流經的電流較大時，勢必產生比較大的壓降。由于采樣線直接接到負載兩端，且輸入阻抗極高，故流過這2根導線的電流可視為零，從而能精確讀取負載兩端電壓。

試驗時，首先將被測設備放入低溫箱，在低溫環境下貯存4 h，測試時通過調整信號源，對被測設備兩側加以一定頻率一定幅值的電壓，測量儀表會測量出設備兩側的電壓值與通過設備的電流值，測量儀表通過計算可以得到被測設備的阻抗值。

(2)對于調諧匹配單元的匹配部分與站內防雷匹配變壓器采用測量輸出電壓的方法。匹配變壓器測試接線參見圖2。

圖2 匹配變壓器測試接線圖

試驗時，首先將被測設備放入低溫箱，在低溫環境下貯存4 h，測試時通過調整信號源，對被測設備的V1、V2端加以一定頻率一定幅值的電壓，測量設備E1、E2端的電壓值。

2.2 應答器設備試驗方法

根據LEU和應答器技術性能，LEU正常工作狀態為可以向有源應答器發送LEU默認報文;應答器正常工作狀態為可以通過BEPT正常讀寫報文。根據當前所具備的測試條件，應答器低溫測試包括以下5項內容，分別是:常溫環境中測試臺“灌封后測試”、應答器功能測試、低溫環境中應答器功能測試、恢復至常溫后的應答器功能測試、測試臺“灌封后測試”。

測試臺“灌封后測試”是在測試環境中，用測試臺對應答器的基礎功能測試。通過灌封后測試的應答器，即表示該應答器的所有功能完好。

應答器功能測試低溫連線方法如下:將應答器放入高低溫箱，為防止通信屏蔽在應答器與高低溫箱金屬底面之間放置泡沫板(高低溫箱四壁均為金屬，應答器是基于無線耦合的通信方式，直接將應答器放在金屬底面上會對應答器的功能造成影響);將BEPT放置在應答器的上面，電腦放置在高低溫箱外，通過USB延長線與箱內的BEPT相連。對有源應答器進行測試時，需將LEU與24 V直流電源相連，LEU的輸出通過萬可端子排與尾纜的一端相連，尾纜的另一端連至有源應答器的C接口。有源應答器詳細連線參見圖3所示。在－40℃環境溫度下，有源應答器的正常狀態應該是:BEPT讀取到的報文應該是LEU向有源應答器發送的LEU默認報文。

2.3 車載設備試驗方法

對由車載BTM、車載CAU和D接口電纜組成的應答器傳輸系統進行整體

圖3 有源應答器低溫測試連線圖

測試，通過監測BTM的啟動過程來判斷CAU是否正常工作。測試時，將車載CAU放入溫度箱內，通過D電纜將被測CAU與BTM相連，車載CAU的測試過程共計48 h，試驗溫度曲線見圖4。

圖4 車載CAU試驗溫度曲線

測試過程中當溫度達到幾個峰值溫度(40、60、－55、－40、－30℃)時，對CAU進行上電測試;在完成整個試驗恢復常溫后，再進行一次上電測試。應答器傳輸系統正常啟動時會顯示如圖5所示的程序界面。

圖5 應答器傳輸系統正常啟動界面

經過技術人員嚴格的測試與對測試結果縝密的分析，客運專線ZPW-2 000 A室外設備均能滿足－40℃低溫技術指標。LEU及應答器在低溫環境下能夠正常完成功能測試，能夠正常讀寫報文。車載設備能在－40℃環境下能正常啟動。線纜類在低溫箱開箱后2 h，被測試物料拉伸、折彎、敲磕未見外觀異常;恢復常溫后，被測試物料拉伸、折彎、敲磕未見外觀異常，線纜芯線電阻測試未見異常，多芯線電纜芯線間絕緣未見異常，所以目前使用的客運專線ZPW－2000A室外設備、車載設備、LEU、應答器及所用線纜均能保證在東北嚴寒環境下的正常使用。

3 試驗結果

由于哈大鐵路客運專線冬季無法施工，已經安裝到車站及中繼站內的設備不能通電運行，只能在現場進行貯存。為了有效應對低溫環境對信號設備正常運行的考驗，哈大信號集成項目部召集各設備廠家，查閱相關技術標準，分析了各系統設備低溫貯存條件，結果表明，客運專線ZPW－2000A設備與列控中心設備的貯存溫度范圍為－25～+40℃，如果在低于－25℃溫度環境下貯存，將會對上述設備的正常運行造成顯著影響。為解決這個問題，哈大信號集成項目部在哈大鐵路客運專線沿線設立了能滿足設備貯存溫度的庫房。為此，項目部曾組織設備廠家及工程單位在哈爾濱至大連沿線進行考察，最終決定在遼陽、四平、長春設立3個具備取暖措施的庫房，由工程單位人員將軌道電路室內設備、列控中心K5B設備、計算機類設備放在這些庫房內進行貯存。冬季過后，為驗證冬季貯存對設備是否造成了不良影響，哈大信號集成項目部組織設備廠家及工程單位，隨機抽取了1個中繼站的貯存設備，將設備安裝到相應機柜中進行通電測試，測試表明所有冬季貯存設備都通過了相應的功能測試，能夠正常工作，證明冬季貯存對設備沒有造成不良影響。

4 結論

通過上述低溫試驗與對冬季貯存設備的通電測試，哈大鐵路客運專線所用的軌道電路設備、列控中心設備、車載設備及線纜等設備在2010年均已安裝完畢并經過了東北嚴寒的考驗，均能發揮正常的作用。

［1］鐵道部科技司.科技運［2008］36號 客運專線鐵路信號產品暫行技術條件匯編(一)［S］.北京:鐵道部科技司，2008.

［2］TB/T3021—2001 鐵道機車車輛電子裝置［S］.

［3］Q/BX 206.1—2010 北京鐵路信號工廠企業標準 應答器地面設備［S］.

［4］TB 1447—1982 信號產品的絕緣電阻［S］.

［5］TB 1448—1982 通信信號產品的絕緣耐壓［S］.

［6］GB/T 2423.1—2008 電工電子產品環境試驗［S］.