無絕緣軌道電路長度的建模研究

楊騫

摘 ? 要：無絕緣軌道電路數學模型的建立，可以決定補償式和無補償式JTC的分路靈敏度。在不同JTC參數值的條件下，由數學模型獲得的分路靈敏度的大小和分布被列舉出來，并定義了最差分路靈敏度的點。由此文章提出一個允許范圍內的軌道電路長度的標準，基于這些標準，可得到JTC的最大長度。

關鍵詞：無絕緣;軌道電路;分路靈敏度

軌道電路機械絕緣節已被證明是高速鐵路運輸的障礙之一，同時也是很多事故發生的主因。為了克服這些不利因素，無絕緣軌道電路（Jointless Track Circuit，JTC）被提出來。起初較短長度的JTC用于平交道口的控制[1]。后來JTC運用于自動閉塞制式的區間和列車自動運行控制系統?，F在幾乎所有的信號設備供應商都生產了自己的無絕緣軌道電路。

但JTC存在一個關于長度的主要問題：為了增加長度，采用中央供電，兩端接收的方式，通過在兩軌間增加電容，實現對鋼軌阻抗的周期性校準[2]。

為了證明這些方法的必要性，也為了判斷對軌道電路長度的影響，提出了無絕緣軌道電路最大長度的說法。這些問題被由分立元器件組成的實驗室電路模型通過實驗方式解決。盡管實驗室模型僅對軌道線路參數進行仿真，但獲得的數據結果已經很接近現場實際應用。多種仿真方式被采用于此項研究中，它們對于以多點傳輸系統來研究軌道電路參數極為有利，但在將軌道電路作為線性傳感器研究時卻呈現出糟糕的適應性。在有關JTC的問題研究中，部分使用二端口網絡模型的建模研究方式，但完整性較差，且缺少明確可用的結果。本文客觀展示了一個改進后的JTC二端口網絡模型，用來分析JTC分路靈敏度和最大適用長度。

1 ? ?JTC的數學模型

大多數JTC可由圖1模型表示，Zinp.t和Zinp.r分別是發送端和接收端設備的輸入阻抗。不同種類無絕緣軌道電路的區別在于電氣絕緣節（Electric Separation Joint，ESJ）的設置和電氣絕緣節處的線路長度。此次建模研究中，設ESJ代替了軌道電路端口置于送電端的左側。兩鋼軌在距離發送端左側l處緊密連接，電容Cj為了補償線性輸入阻抗的電感分量。ESJ2與ESJ1完全相同，對稱地位于接收端的右側。上述模型為UM71型JTC的基礎模型，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。

給出的模型并沒有額外考慮增加軌道電路長度的方式。上面提到過，補償電容是用來補償鋼軌傳輸線性衰耗。每公里最佳補償電容大小，其中，φz是鋼軌阻抗的相角，ω是角頻率。補償電容容值和補償間距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償電容對軌道電路分路靈敏度的影響，故加深對補償電容影響的研究就更有必要[5]。

為了證明補償電容的影響，建立了復雜軌道電路模型，如圖3所示。將鋼軌線路等效于n個互相鏈接的二端口網絡模型，每個模型中間位置設置補償電容C。當車輛出現在第i個鏈中時，參數Ash，Bsh，Csh，Dsh可以作為二端口網絡的參數，通過矩陣計算而得：分別為分路鏈前i-1個鏈，本身分路的鏈，和分路鏈后n-i個鏈。

2 ? ?JTC最大長度計算

軌道電路既能在主軌道區段檢測列車分路，又在絕緣節區段檢測的能力是最大JTC長度的基礎要求。所有對補償式和無補償JTC的報告結果都顯示絕緣節區段的靈敏度是最不利的條件：當軌道電路長度增加，靈敏度降低。這些關系即是通過計算決定最大JTC長度的基礎。

曲線1補償式JTC，曲線2分散補償式JTC，曲線3無補償式JTC在5種道砟電阻值下進行計算，每個值決定了補償電容C'和軌端輸入阻抗Zinp0，結果如表1所示?？梢缘贸鲆韵陆Y論。

（1）最大JTC長度由最小道砟電阻和列車分路電阻決定。

（2）對于rbal.min=2 Ω.km的軌道線路，就像歐洲標準那樣，無補償式軌道電路的最大長度大于補償式軌道電路，介于此因，補償電容僅可用于減小衰耗。

（3）關于軌道電路長度，在高rbal.min值下，補償是有效的。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，軌道電路的長度會有很大的增加。在高分路電阻值下，補償并沒有產生好的效果。補償式軌道電路的最大長度，正如表1報告所示，由精確到100 m的補償間距所決定。

3 ? ?結語

本研究表明了一個可用的JTC長度的重要增加方法，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用級聯補償電容的方式來減小。在高道砟電阻情況下，電容會使軌道電路長度增加。當補償電容值確定下來，最小道砟電阻值需要被確定下來，并要滿足海維塞德條件。對于每個rbal.min值，軌道電路存在一個軌端最佳輸入阻抗值。補償電容之間的補償間距不能小于100 m。

[參考文獻]

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

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[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.