上海地鐵1號線4英尺環線及調諧單元的國產化研制

傅 宇 徐宏基 戴翌清 徐順才

(1. 上海地鐵維護保障有限公司通號分公司， 200235， 上海； 2. 上海鐵順機車儀表有限公司，200949， 上海//第一作者， 助理工程師)

4英尺(1.219 2 m)環線及調諧單元是構成上海地鐵1號線岔區音頻軌道電路的重要部件，也是保證列車安全運營的基礎設備。其主要功能是將列車檢測信號和速度命令分別發送給安裝在岔區的接收/接收阻抗聯結器和列車車載接收線圈。

1 上海1號線岔區音頻軌道電路概況

上海地鐵1號線開通至今已超20年，岔區中的4英尺環線及調諧單元，安裝在惡劣的環境中運行，經常受到日曬雨淋，故障率逐年提高。由于申購進口備件價格高、供貨周期長，而且庫存量較少，無法滿足提供正常運營的備品最低庫存要求。因此，不管從目前解決備件脫節問題和填補自身檢修技能的空缺，還是從經濟利益角度考慮，開展上海地鐵1號線4英尺環線及調諧單元的國產化研制是非常必要的。國產化4英尺環線及4種頻率的調諧單元研制開發成功，不但可以從根本上改變目前的被動局面，而且還能降低地鐵運營維修成本，提高經濟效益，同時為確保地鐵安全運行提供一份保障。

2 4英尺環線及調諧單元的國產化研制

圍繞4英尺環線及調諧單元在結構、電路、器件、材質等方面進行全面梳理和測試分析，以確立技術標準、檢測內容和檢測方法。

確保新研制開發的4英尺環線及4種頻率的調諧單元產品，在各項技術性能指標上做到與進口4英尺環線及4種調諧單元完全相符，并克服進口設備在使用中發現的缺陷，以適應上海地鐵1號線目前對設備使用的需求。在保證研制產品質量的基礎上同時兼顧產品的經濟效益。

2.1 進口4英尺環線及4種調諧單元性能測試

對進口4英尺環線，通過電纜上90度航空連接器與調諧單元進行連接，并將4種不同頻率調諧單元分別進行技術性能摸底測試。在調諧單元印制線路板上FT7(11)和FT8(12)輸入端，用UX16A型電平振蕩器，模擬發送列車檢測信號和速度命令。同時用SP-4型數字式頻率計對頻率進行監測。再用自制感應線圈替代列車上的接收線圈與UD20A型選頻電平表進行連接，在4英尺環線周圍通過感應接收，將進口設備的4種不同組號頻率調諧單元分別與環線進行連接，測試其槽路性能指標。表1為環線上感應諧振頻率測量參數。

表1 環線上感應諧振頻率測量參數

2.2 進口4英尺環線電感量及電感的品質因數測試

在日常維護保養中經常會碰到4英尺環線互換替代使用的情況，如果環線線圈在電感量與品質因素方面一致性不好，就會影響諧振槽路工作性能，造成諧振頻率產生偏移，涉及到ATP(列車自動防護)模塊發送信號通過諧振槽路時，信號會產生衰減，引起ATP模塊功率過大，產生發熱等問題。通過對6只4英尺環線使用ZJ2776型電感測量儀進行測試，測出其環線線圈上的電感量和品質因數Q。圖1給出了4英尺環線兩種線圈繞制接線。表2為6只進口90匝環線電感量及Q值測量參數。

三針4英尺環線連接器

58290-033-02 4英尺環線

58290-033-03 4英尺環線圖1 4英尺環線兩種線圈繞制接線

2.3 元器件技術性能認定與選型

在對進口4英尺環線及調諧單元技術性能實測摸底和對電路進行分析的基礎上，再利用計算機PSPICE電路仿真軟件進行模擬仿真。與實測摸底的性能指標進行比較，計算出所用元器件的技術要求，確定主要元器件的技術參數及誤差要求。將數據分別提供給各專業生產廠家，幫助配合測試、認定、選型，確保國產化研制的4英尺環線及調諧單元在技術性能上與進口產品完全相符，成本明顯降低。

表2 6只進口90匝環線電感量及Q值測量參數

2.4 對采用的封裝材料進行分析與選型

對進口4英尺環線的玻璃纖維U型槽道及封裝材料進行采樣，并委托上海樹脂研究所和玻璃纖維鋼生產廠家，對進口4英尺環線的玻璃纖維槽道和填充封裝材料進行化驗分析，確認進口4英尺環線的玻璃纖維U型槽道是采用玻璃纖維布和阻燃環氧樹脂并通過模具壓制而成，填充封裝材料也是采用阻燃黑色粉末與阻燃環氧樹脂通過攪伴而成。在上海樹脂研究所的推薦下，選擇了國內生產的相同性質的型號產品分別對玻璃纖維U型槽道進行壓制和嵌入槽道內的90匝線圈進行填充封裝。

2.5 對原產品的設計改進

針對進口調諧單元的外殼電纜進線和出線處發現的密封不良，設備容易進水受潮及內部接線端子容易松動接觸不良等問題，作了以下設計改進：

(1) 由于原來電纜接頭串線孔椎度偏上太淺，串線孔橡膠塞、接頭底部O型密封圈材質過硬，造成設備容易進水受潮。現將電纜接頭串線孔椎度向里加深，串線孔橡膠椎形塞和接頭底部O型密封圈材質改軟，提高外殼電纜進線和出線處密封性能。

(2) 由于原進口設備的接線端子采用的是插片式結構模式，容易松動，造成接觸不良。現將原插片式結構模式改成用螺絲固定結構模式，提高了連接線的可靠性。

3 國產化研制成果

對國產化研制產品進行性能指標測試及EMC(Electro Magnetic Compatibility，電磁兼容性)可靠性測試。同時將國產化研制產品安裝到現場試用，設備穩定性及故障率與進口設備相比，均無明顯差異。表3為環線感應諧振頻率測試參數。

表3 環線感應諧振頻率測試參數

3.1 允許誤差

列車檢測和速度命令在環線上感應諧振頻率誤差及幅值，參照調諧單元組號頻率，允許誤差應小于2%。

3.2 外觀結構

樣品外形尺寸應與圖紙相符，外殼表面應無劃傷及凹痕、裂紋和變形，金屬表面涂覆不能露出底層金屬，并無氣泡、腐蝕、缺口、毛刺、劃傷、涂覆脫落和砂眼等缺陷，且有明顯、清晰的標志。

3.3 機械強度測試

每個機殼能正常接觸到的表面承受0.5 J的碰撞而無狀態變化。碰撞后應符合外殼防護等級要求，保證使用功能正常。

3.4 電磁兼容性

對新研制的4英尺環線及調諧單元進行組合連接，并委托公安部安全防范報警系統產品質量監督檢驗測試中心做EMC摸底試驗。測試結果顯示，新產品均順利通過了EMC靜電放電抗干擾度試驗，點快速瞬變脈沖群抗擾度試驗和浪涌(沖擊)抗擾度試驗，還有同頻干擾試驗，提高了產品的安全使用可靠性。具體試驗項目如下：

(1) 靜電放電抗干擾度。空氣放電8 kV；接觸放電6 kV，試驗后設備正常工作。

(2) 電快速瞬變脈沖群抗擾度。對信號輸入接口，峰值電壓2 kV，重復頻率5 kHz，試驗后設備工作正常。

(3) 射頻電磁場輻射抗干擾度。掃頻80～1 000 MHz，場強50 V/m，調頻1 kHz、調制深度80%；試驗后設備工作正常。

(4) 浪涌(沖擊)抗擾度試驗。信號輸入線1 kV依次施加5次正脈沖和5次負脈沖，每分鐘至多施加1個脈沖，試驗后設備工作正常。

3.5 國產化4英尺環線實際運用效果

2015年1月起，將試制品“4英尺環線”安裝到現場做試驗，試制品在試用3個月后進行數據測試基本無變化，已沿用至今，設備運轉正常。表4給出了換裝國產4英尺環線軌道電路數據。表中，電壓p-p值(peak-to-peak value，電壓峰-峰值)，指一個周期內電壓最高值和最低值之間的差值。

表4 換裝國產4英尺環線軌道電路數據

4 結論

本項目順利研發完成后，不但解決了目前上海地鐵1號線岔區音頻軌道電路中的4英尺環線及調諧單元備件不足的問題，而且還擺脫了一些關鍵設備依賴國外廠商進口的局面，同時也節約了大量的時間和資金，縮短了訂貨周期，降低成本，產生一定的經濟和社會效益。據測算，整個1套設備的總價格不到進口設備的一半。國產化后價格有很大程度的下降，而且各項性能指標與進口產品完全一致甚至更優。如果能采用國產化產品替代進口產品，將大大降低未來設備更新的成本。