ZPW－2000A軌道區段補償電容對調諧區極阻抗影響的分析

賀江勝

對于ZPW－2000A軌道區段，由于鋼軌呈感性阻礙了高頻信息的傳輸，因此，在鋼軌上一定步長范圍內增加了補償電容，以利于移頻信息的傳輸。但補償電容質量及其引線塞釘與鋼軌接觸電阻的變化，都會對軌道電壓產生不同程度的影響，甚至會影響到調諧區極阻抗的變化。本文就補償電容對調諧區極阻抗的影響，導致軌道電壓波動原因進行分析，以利于區間軌道電壓電特性分析和預防維護。

1 ZPW－2000A軌道區段補償電容對軌道電壓的影響

補償電容或其引線塞釘與鋼軌接觸電阻變化時，會導致軌道電壓不同程度的波動，表現在主軌電壓下降和本區段小軌電壓升高；而且越靠近送電端的電容變化時，主軌和本區段小軌電壓波動幅度就越大；越靠近受電端的電容變化時，主軌和本區段小軌電壓波動幅度就越小，甚至只有主軌波動，而小軌電壓沒有變化，這和補償電容容值變化幅度以及補償電容所在位置有關。

鋼軌間分布有漏泄阻抗，靠近送電端漏泄阻抗較大，補償電容補償效果明顯，所以補償電容的變化對軌道電壓影響也較大；而靠近受電端鋼軌漏泄阻抗較小，補償電容補償效果相對于送電端明顯下降，其變化對軌道電壓的影響較小。因而相同電容容值的變化，靠近送電端對軌道電壓的影響大于靠近受電端。

2 補償電容對調諧區極阻抗的影響

2．1 補償電容變化導致極阻抗異常的現象

一般當補償電容容值減小時，會導致主軌電壓下降、本區段小軌電壓升高。但個別情況也會導致主軌電壓和本區段小軌電壓同時升高或降低。

圖1是達坂城區間兩相鄰軌道區段；圖2是達坂城18494G主軌出電壓曲線；圖3是達坂城18480G小軌出電壓曲線。表1是上述區段波動時，18494G主軌入、主軌出，以及18480G小軌入、小軌出電壓的變化情況。

當18494G出現本區段主軌、小軌電壓同升、同降波動時，首先要考慮是送端問題。電壓降低時，測試送端塞釘阻抗符合標準，測試送端極阻抗361mΩ，比前期測試495mΩ變小了，于是更換調諧單元和匹配變壓器，這種現象依然沒有消除。對送端附近補償電容進行測試時，發現靠近送端第3個電容電流波動較大，更換電容后極阻抗接近初始值，曲線恢復正常。說明是該電容容值的變化，導致了調諧區送端極阻抗的變化，進而導致送端軌面電壓的變化。后來對其他幾個類似區段進行了相同的檢測，均為電容影響。

圖1 達坂城兩相鄰區段

圖2 達坂城18494G主軌出電壓曲線

圖3 達坂城18480G小軌出電壓曲線

表1 補償電容變化前后主軌、小軌電壓比較

2．2 補償電容影響極阻抗的原因分析

圖4是送端并聯諧振等效電路，以及該等效電路的電抗曲線和阻抗曲線。

圖4 調諧區并聯等效電路及電抗和阻抗曲線

圖4中LV、RV為等效電感及電感中的等效電阻；C、R為等效電容及電容中的等效電阻；C′（虛線連接部分）為影響極阻抗的等效補償電容；f0為諧振點的頻率。當不考慮補償電容C′的影響時，該并聯電路的阻抗Z為：

為了便于定性分析，當忽略電感和電容中的等效電阻RV、R后，阻抗Z為：

一般諧振電路的品質因數Q比較大，那么理想狀態下諧振頻率f0為：

對于某個固定的載頻f0，在電感LV不變的情況下，將式 （3）帶入式 （2），則阻抗Z為：

C0是在f0情況下并聯諧振的理想電容值。由式 （4）可以看出，在f0和LV不變的情況下，并聯電路阻抗Z的大小取決于等效電容C的大小，當C＝C0時，Z趨于無窮大，電路處于并聯諧振狀態；當C＞C0時，Z呈現容性且偏離理想諧振狀態；當C＜C0時，Z呈現感性且偏離理想諧振狀態。

通過以上分析可以看出，當等效電容C變化時，會導致并聯電路阻抗的變化，進而導致并聯電路兩端電壓的變化。對于ZPW－2000A軌道電路來說，由于施工安裝導致的物理結構誤差，以及器材參數誤差，調諧區極阻抗不易達到理想狀態，所以極阻抗只是一個阻抗較高的近似值。從并聯諧振電抗曲線和阻抗曲線可以看出，在諧振點f0處阻抗較高，只要偏離諧振點，阻抗就會迅速下降。

由于ZPW－2000A軌道區段的補償電容是分布補償的，當施工沒有做到對分段鋼軌的完全補償而是過補償時，即電容補償的長度小于規定的步長時，就會產生 “多余”的電容C′，這部分電容就并入了諧振電路 （如圖4虛線接入的電容）。當C＋C′接近C0時，極阻抗變大，軌面電壓升高；相反，當C＋C′遠離C0時，極阻抗變小，軌面電壓降低。當發生在送電端時，就會出現同區段主軌、小軌電壓同升同降的現象。

3 結束語

一般遇到主軌電壓與同區段小軌電壓同升同降的現象時，多數情況是送端箱盒引接線塞釘與鋼軌接觸電阻變化造成的。當排除塞釘接觸電阻影響后，很大原因就是靠近送端電容劣化導致。需要注意的是，在線測量電容的算法是：

式 （5）中的A是不同的載頻下的常數。由此可以看出，當補償電容劣化時，補償區段鋼軌阻抗變大，該點電壓、電流都下降，此時該電容容值變化不大。所以不能以測量容值的大小來判斷電容的好壞，而應該以測試電流的變化來判斷。

處理類似軌道電壓波動的方法：一是保證靠近送電端補償電容的補償步長達到標準，做到完全補償；二是調諧區的幾何尺寸達到設計要求，使極阻抗能在并聯諧振點處；三是當補償電容測試電流波動大于10mA時，應立刻更換該補償電容。通過以上的分析，對一些久拖不決的6個異常區段均做了相應處理，達到理想效果。

［1］ 林瑜筠．新型移頻自動閉塞［M］．第3版．北京：中國鐵道出版社，2007．

［2］ 賀江勝．ZPW－2000A小軌道日曲線形成的機理及分析［J］．鐵道通信信號，2012（12）：37－38．

［3］ 邱關源．電路［M］．第3版．北京：高等教育出版社，1989．