無(wú)絕緣軌道電路長(zhǎng)度的建模研究

楊騫

摘 ? 要：無(wú)絕緣軌道電路數(shù)學(xué)模型的建立，可以決定補(bǔ)償式和無(wú)補(bǔ)償式JTC的分路靈敏度。在不同JTC參數(shù)值的條件下，由數(shù)學(xué)模型獲得的分路靈敏度的大小和分布被列舉出來(lái)，并定義了最差分路靈敏度的點(diǎn)。由此文章提出一個(gè)允許范圍內(nèi)的軌道電路長(zhǎng)度的標(biāo)準(zhǔn)，基于這些標(biāo)準(zhǔn)，可得到JTC的最大長(zhǎng)度。

關(guān)鍵詞：無(wú)絕緣;軌道電路;分路靈敏度

軌道電路機(jī)械絕緣節(jié)已被證明是高速鐵路運(yùn)輸?shù)恼系K之一，同時(shí)也是很多事故發(fā)生的主因。為了克服這些不利因素，無(wú)絕緣軌道電路（Jointless Track Circuit，JTC）被提出來(lái)。起初較短長(zhǎng)度的JTC用于平交道口的控制[1]。后來(lái)JTC運(yùn)用于自動(dòng)閉塞制式的區(qū)間和列車自動(dòng)運(yùn)行控制系統(tǒng)。現(xiàn)在幾乎所有的信號(hào)設(shè)備供應(yīng)商都生產(chǎn)了自己的無(wú)絕緣軌道電路。

但JTC存在一個(gè)關(guān)于長(zhǎng)度的主要問(wèn)題：為了增加長(zhǎng)度，采用中央供電，兩端接收的方式，通過(guò)在兩軌間增加電容，實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼軌阻抗的周期性校準(zhǔn)[2]。

為了證明這些方法的必要性，也為了判斷對(duì)軌道電路長(zhǎng)度的影響，提出了無(wú)絕緣軌道電路最大長(zhǎng)度的說(shuō)法。這些問(wèn)題被由分立元器件組成的實(shí)驗(yàn)室電路模型通過(guò)實(shí)驗(yàn)方式解決。盡管實(shí)驗(yàn)室模型僅對(duì)軌道線路參數(shù)進(jìn)行仿真，但獲得的數(shù)據(jù)結(jié)果已經(jīng)很接近現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用。多種仿真方式被采用于此項(xiàng)研究中，它們對(duì)于以多點(diǎn)傳輸系統(tǒng)來(lái)研究軌道電路參數(shù)極為有利，但在將軌道電路作為線性傳感器研究時(shí)卻呈現(xiàn)出糟糕的適應(yīng)性。在有關(guān)JTC的問(wèn)題研究中，部分使用二端口網(wǎng)絡(luò)模型的建模研究方式，但完整性較差，且缺少明確可用的結(jié)果。本文客觀展示了一個(gè)改進(jìn)后的JTC二端口網(wǎng)絡(luò)模型，用來(lái)分析JTC分路靈敏度和最大適用長(zhǎng)度。

1 ? ?JTC的數(shù)學(xué)模型

大多數(shù)JTC可由圖1模型表示，Zinp.t和Zinp.r分別是發(fā)送端和接收端設(shè)備的輸入阻抗。不同種類無(wú)絕緣軌道電路的區(qū)別在于電氣絕緣節(jié)（Electric Separation Joint，ESJ）的設(shè)置和電氣絕緣節(jié)處的線路長(zhǎng)度。此次建模研究中，設(shè)ESJ代替了軌道電路端口置于送電端的左側(cè)。兩鋼軌在距離發(fā)送端左側(cè)l處緊密連接，電容Cj為了補(bǔ)償線性輸入阻抗的電感分量。ESJ2與ESJ1完全相同，對(duì)稱地位于接收端的右側(cè)。上述模型為UM71型JTC的基礎(chǔ)模型，也可稍做改變用于其他的JTC中，線路中小軌道電路呈S連接形式這一特殊情況除外。

給出的模型并沒(méi)有額外考慮增加軌道電路長(zhǎng)度的方式。上面提到過(guò)，補(bǔ)償電容是用來(lái)補(bǔ)償鋼軌傳輸線性衰耗。每公里最佳補(bǔ)償電容大小，其中，φz是鋼軌阻抗的相角，ω是角頻率。補(bǔ)償電容容值和補(bǔ)償間距ΔL在各種JTC中都不同，由于的前提條件是，鋼軌衰耗最小并要求忽略補(bǔ)償電容對(duì)軌道電路分路靈敏度的影響，故加深對(duì)補(bǔ)償電容影響的研究就更有必要[5]。

為了證明補(bǔ)償電容的影響，建立了復(fù)雜軌道電路模型，如圖3所示。將鋼軌線路等效于n個(gè)互相鏈接的二端口網(wǎng)絡(luò)模型，每個(gè)模型中間位置設(shè)置補(bǔ)償電容C。當(dāng)車輛出現(xiàn)在第i個(gè)鏈中時(shí)，參數(shù)Ash，Bsh，Csh，Dsh可以作為二端口網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)，通過(guò)矩陣計(jì)算而得：分別為分路鏈前i-1個(gè)鏈，本身分路的鏈，和分路鏈后n-i個(gè)鏈。

2 ? ?JTC最大長(zhǎng)度計(jì)算

軌道電路既能在主軌道區(qū)段檢測(cè)列車分路，又在絕緣節(jié)區(qū)段檢測(cè)的能力是最大JTC長(zhǎng)度的基礎(chǔ)要求。所有對(duì)補(bǔ)償式和無(wú)補(bǔ)償JTC的報(bào)告結(jié)果都顯示絕緣節(jié)區(qū)段的靈敏度是最不利的條件：當(dāng)軌道電路長(zhǎng)度增加，靈敏度降低。這些關(guān)系即是通過(guò)計(jì)算決定最大JTC長(zhǎng)度的基礎(chǔ)。

曲線1補(bǔ)償式JTC，曲線2分散補(bǔ)償式JTC，曲線3無(wú)補(bǔ)償式JTC在5種道砟電阻值下進(jìn)行計(jì)算，每個(gè)值決定了補(bǔ)償電容C'和軌端輸入阻抗Zinp0，結(jié)果如表1所示。可以得出以下結(jié)論。

（1）最大JTC長(zhǎng)度由最小道砟電阻和列車分路電阻決定。

（2）對(duì)于rbal.min=2 Ω.km的軌道線路，就像歐洲標(biāo)準(zhǔn)那樣，無(wú)補(bǔ)償式軌道電路的最大長(zhǎng)度大于補(bǔ)償式軌道電路，介于此因，補(bǔ)償電容僅可用于減小衰耗。

（3）關(guān)于軌道電路長(zhǎng)度，在高rbal.min值下，補(bǔ)償是有效的。此由高速線路提供，其rbal.min值大于8 Ω.km。在此情況下，加上低分錄電阻，軌道電路的長(zhǎng)度會(huì)有很大的增加。在高分路電阻值下，補(bǔ)償并沒(méi)有產(chǎn)生好的效果。補(bǔ)償式軌道電路的最大長(zhǎng)度，正如表1報(bào)告所示，由精確到100 m的補(bǔ)償間距所決定。

3 ? ?結(jié)語(yǔ)

本研究表明了一個(gè)可用的JTC長(zhǎng)度的重要增加方法，需要做的是保持最小道砟電阻值盡可能的大。軌道電路的高衰耗率可以運(yùn)用級(jí)聯(lián)補(bǔ)償電容的方式來(lái)減小。在高道砟電阻情況下，電容會(huì)使軌道電路長(zhǎng)度增加。當(dāng)補(bǔ)償電容值確定下來(lái)，最小道砟電阻值需要被確定下來(lái)，并要滿足海維塞德條件。對(duì)于每個(gè)rbal.min值，軌道電路存在一個(gè)軌端最佳輸入阻抗值。補(bǔ)償電容之間的補(bǔ)償間距不能小于100 m。

[參考文獻(xiàn)]

[1]VILDER D E.Train detection system[J].European Railway Signalling，1995（6）：121-142.

[2]SHARIKOV V A，LIST F D.Level crossing with electronic track circuits[M].Moscow：Transport，1967.

[3]BRILEEV A M，CRAVTZOV U A，SHISHLIAKOV A V.Theory design and operation of track circuits[M].Moscow：Transport，1978.

[4]NENOV I，NEDELCHEV N，HILL R J.Railway track circuit optimization using two-port network analysis[C].Poland：Proceedings of Second International Conference on Modern Supply Systems and Drives for Electric Traction，1995.

[5]HILL R J，CARPENTER D C，TASAR T.Railway track admittance，earth-leakage effects and track circuit operation.[C].Philadelphia：IEEE/ASME Railroad Conference，1989.