ZPW-2000R軌道電路室內(nèi)接收端特性研究

李 江

目前，我國鐵路線路區(qū)間主要使用ZPW-2000系列無絕緣軌道電路，實現(xiàn)軌道區(qū)段的占用和空閑檢查［1-2］。其中ZPW-2000A應用里程最多、范圍最廣，施工及運用維護單位普遍熟悉［3-4］。但隨著ZPW-2000R在普速和高速鐵路中的擴大運用［5］，人們對其技術了解的需求程度也逐步增加。

在ZPW-2000A 軌道電路調(diào)諧區(qū)納入檢查應用過程中發(fā)現(xiàn)，僅有一個接收器插接與主/并2 個接收器都插接相比，雖然主軌道電壓無明顯變化，但調(diào)諧區(qū)電壓會明顯升高，甚至觸發(fā)調(diào)諧區(qū)“高落”門限引發(fā)紅光帶［6］。由此引發(fā)以ZPW-2000R 軌道電路為研究對象，深入分析其接收器單機、雙機應用時對接收端電壓的影響，從原理上排查是否存在與ZPW-2000A 類似的現(xiàn)象，總結(jié)出ZPW-2000R軌道電路室內(nèi)接收端的電壓特性規(guī)律，以及與ZPW-2000A 軌道電路接收端的差異，并通過實驗室和現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)驗證，可為ZPW-2000R 軌道電路電壓調(diào)整、測試及故障處理等運用維護工作提供指導。

1 調(diào)諧區(qū)及衰耗器原理

1.1 調(diào)諧區(qū)

ZPW-2000R 軌道電路的區(qū)段劃分與信號機位置一致，順著行車方向，列車先經(jīng)過當前區(qū)段的調(diào)諧區(qū)，再經(jīng)過當前區(qū)段的主軌道［1］，同一區(qū)段主軌道信號和調(diào)諧區(qū)信號由同一接收器處理融合，給出一個總的軌道狀態(tài)，不再區(qū)分主軌道狀態(tài)和小軌道狀態(tài)。

ZPW-2000R 軌道電路的調(diào)諧區(qū)一般長30 m，采用“五點布局”方式設計［7-9］，匹配變壓器與調(diào)諧單元間隔2 m，使接收端避開了“零阻抗點”，可顯著提高調(diào)諧區(qū)接收電壓［1］。ZPW-2000R 軌道電路調(diào)諧區(qū)示意見圖1。

圖1 ZPW-2000R軌道電路調(diào)諧區(qū)示意

1.2 衰耗器

ZPW-2000R 軌道電路衰耗器的內(nèi)部通過一個單路輸入雙路輸出的變壓器，分離出2 個信號通道，分別引出主軌道信號和調(diào)諧區(qū)信號；變壓器的2 路輸出又各自并接出2 組相同的電路，分別引出用于接收器主機和并機的信號［9］。ZPW-2000R 軌道電路衰耗器原理及信號測試點示意見圖2。

圖2 ZPW-2000R軌道電路衰耗器原理及信號測點示意

2 接收端特性分析

2.1 信號通道

ZPW-2000R 軌道電路接收端從鋼軌側(cè)到衰耗器入口均為單信號通道；在衰耗器內(nèi)部，主機和并機擁有各自的信號調(diào)整電阻、射極跟隨器及濾波通道，可分離出主機主軌道、主機調(diào)諧區(qū)、并機主軌道、并機調(diào)諧區(qū)4 個獨立的信號，且各信號通道之間互不影響，共同構成衰耗器內(nèi)信號通道的冗余配置方案。

2.2 電壓調(diào)整及測試

衰耗器中主軌道和調(diào)諧區(qū)信號均利用電阻分壓原理進行調(diào)整，衰耗電阻調(diào)整端引至移頻層的背板端子。串入電阻越大，后端輸出信號電壓越低；串入電阻越小，后端輸出信號電壓越高。

1）主軌道用于調(diào)整的封連電阻有2 套，主機和并機各1套，每套有9個封連端子，主/并機按相同端子封連；調(diào)整時，根據(jù)調(diào)整表對端子進行封連，主軌道信號電壓一般調(diào)整到400 mV以上。

2）調(diào)諧區(qū)用于調(diào)整的封連電阻有4 套，主機和并機各2 套（正反向各設1套），每套有8個封連端子。調(diào)整時，根據(jù)調(diào)整表對端子進行封連，調(diào)諧區(qū)信號電壓一般調(diào)整在750~850 mV之間。

主軌道信號和調(diào)諧區(qū)信號的電壓調(diào)整值均以各自電壓測試塞孔的測試值為準。測試塞孔連接至接收器內(nèi)部輸入變壓器的次級線圈側(cè)。除衰耗器接收輸入電壓測試塞孔為主/并機共用外，其余測試塞孔主機和并機均各有1 套，彼此之間相互獨立，因而需要分別進行調(diào)整及測試。

2.3 接收器單機、雙機應用

接收器在單機、雙機應用時，對前級電路來說，負載阻抗會有變化。如果前級電路對負載阻抗較為敏感，則會導致接收電壓出現(xiàn)較大波動。

1）由圖2 可知，主軌道信號和調(diào)諧區(qū)信號是由一個變壓器的2 個線圈分別單獨引出，因此主軌道信號和調(diào)諧區(qū)信號之間互不干擾，主軌道主機、并機信號輸入通道的通斷及阻抗變化，均不會對調(diào)諧區(qū)信號產(chǎn)生影響。

2）雖然主軌道信號或調(diào)諧區(qū)信號的主/并機通道均并接在一個變壓器輸出線圈上，但是在調(diào)整電阻與接收器之間還接入了射極跟隨器和濾波器等。射極跟隨器的特點是輸入阻抗高，輸出阻抗低，且?guī)ж撦d能力強，既能有效隔離后級電路阻抗變化對前級信號電壓的影響，又能減小主/并機調(diào)整電阻單路通道斷開時，阻抗變化給衰耗器接收輸入帶來的影響。

3）在變壓器的輸出線圈后級電路中，將主軌道主機、主軌道并機、調(diào)諧區(qū)主機、調(diào)諧區(qū)并機4 個信號通道的電路進行完全獨立，可避免主/并機單機、雙機應用時，對衰耗器負載阻抗的直接影響。

綜上分析，ZPW-2000R 軌道電路接收器在單機、雙機應用情況下，主軌道接入電壓和調(diào)諧區(qū)接入電壓均不會有明顯波動，更不會出現(xiàn)電壓明顯升高現(xiàn)象，且在衰耗器內(nèi)部主/并機單通道斷開情況下，接收輸入電壓同樣不會有明顯變化。

2.4 與ZPW-2000A的對比差異

對比ZPW-2000A 的接收端設備特征，ZPW-2000R與ZPW-2000A存在的主要差異如下。

1）衰耗器選頻特性不同。ZPW-2000R 軌道電路衰耗器因內(nèi)部設有濾波電路，按照1 700 Hz、2 000 Hz、2 300 Hz、2 600 Hz，分為4種基本載頻頻率類型，根據(jù)所在主軌道的載頻頻率進行選用，不能通用；而ZPW-2000A 軌道電路衰耗器不區(qū)分頻率類型，只有一種設備，可以通用。

2）電壓調(diào)整原理不同。ZPW-2000R 軌道電路主軌道和調(diào)諧區(qū)的電壓調(diào)整均采用分壓電阻方式；而ZPW-2000A 軌道電路是調(diào)諧區(qū)的電壓調(diào)整采用分壓電阻方式，主軌道電壓調(diào)整采用變壓器不同匝數(shù)線圈抽頭方式。

3）信號通道及調(diào)整端子不同。ZPW-2000R軌道電路從衰耗器內(nèi)部開始，接收器主/并機信號通道能夠同步實現(xiàn)通道冗余，共有主機主軌道、并機主軌道、主機調(diào)諧區(qū)正向、并機調(diào)諧區(qū)正向、主機調(diào)諧區(qū)反向、并機調(diào)諧區(qū)反向等6 組調(diào)整端子，主/并機可分別進行調(diào)整，調(diào)諧區(qū)正/反向可分別調(diào)整；而ZPW-2000A 軌道電路衰耗器內(nèi)主/并機的信號通道仍為共用，為單信號通道，僅有主軌道、調(diào)諧區(qū)正向、調(diào)諧區(qū)反向共3 組調(diào)整端子，可以主/并機共用調(diào)整端子，調(diào)諧區(qū)正/反向分別調(diào)整。

4）調(diào)諧區(qū)電壓調(diào)整值不同。ZPW-2000R 軌道電路根據(jù)其調(diào)諧區(qū)檢查原理，其調(diào)諧區(qū)電壓值一般在800 mV 左右；而ZPW-2000A 軌道電路調(diào)諧區(qū)電壓一般調(diào)整到135 mV 左右。主軌道調(diào)整電壓二者無差異。

5）測試塞孔不同。首先，各塞孔測試電壓名稱不同，見表1；其次，測試塞孔所處電路位置不同，對于衰耗器接收輸入電壓和軌入電壓，ZPW-2000R 和ZPW-2000A 的測試塞孔在電路中的位置是相似的，均位于衰耗器的輸入側(cè)，但對于主軌道電壓和調(diào)諧區(qū)電壓，ZPW-2000R 測試塞孔是位于接收器內(nèi)部輸入變壓器的次級線圈側(cè)，ZPW-2000A 是位于衰耗器的輸出側(cè)，也即接收器的輸入側(cè)；最后，主/并機是否共用測試端子情況不同，因信號通道的冗余和獨立性，ZPW-2000R 軌道電路除衰耗器接收輸入電壓為主/并機共用一個測試端子外，接收器主/并機的主軌道接入電壓和調(diào)諧區(qū)接入電壓都有各自的測試端子，而ZPW-2000A 軌道電路，軌入電壓、主軌出電壓、小軌出電壓均只有1 組端子，主/并機共用該測試端子。

表1 ZPW-2000R與ZPW-2000A測試端子命名對照

6）接收器單機和雙機應用時，調(diào)諧區(qū)電壓值變化規(guī)律不同。ZPW-2000R 軌道電路接收器在單機和雙機應用或單通道斷開時，主軌道電壓和調(diào)諧區(qū)電壓，以及衰耗器接收輸入電壓均不會有任何變化；而ZPW-2000A 軌道電路僅軌入和主軌出電壓不會變化，小軌出電壓在一定條件下會有明顯變化。

3 測試驗證

為驗證ZPW-2000R 軌道電路接收端電壓不受單/雙機影響的特性規(guī)律，分別在實驗室和現(xiàn)場條件下進行了測試。

實驗室測試選取1 700-1 Hz 和2 600-2 Hz 2 種頻率，通過搭建模擬軌道長度為1 380 m、不同道床電阻下（2 Ω·km 和∞ Ω·km）的仿真環(huán)境進行測試。

現(xiàn)場分別選取2 段測試區(qū)段，一段長度為420 m、載頻為1 700-1 Hz、低頻為26.8 Hz 的區(qū)段；另一段長度為460 m、載頻為2 300-1 Hz、低頻為27.9 Hz的區(qū)段。測試結(jié)果見表2和表3。

表2 接收器單機、雙機應用電壓測試數(shù)據(jù)

測試結(jié)果表明，ZPW-2000R 軌道電路在單/雙機應用或單通道斷開情況下，主軌道接入電壓和調(diào)諧區(qū)接入電壓，以及衰耗器接收輸入電壓均保持一致，無明顯變化，與區(qū)段長度、道床電阻、信號頻率等因素均無關系。

在現(xiàn)場應用中，應注意以下事項。

1）ZPW-2000R 軌道電路接收端電壓調(diào)整及測試，主/并機應分別進行，且無需考慮接收器主/并機是否同時插接或存在斷線情況。

2）ZPW-2000R 軌道電路接收端主機或并機測試電壓異常時，應首先排除主/并機冗余因素影響，重點排查衰耗器設備通道故障。除此之外還要排查接收器輸入變壓器可能帶來的故障。

3）ZPW-2000R軌道電路調(diào)諧區(qū)納入檢查后遇“紅光帶”故障，不應再考慮調(diào)諧區(qū)電壓升高或降低導致，應根據(jù)ZPW-2000R 調(diào)諧區(qū)檢查原理，對主軌道電壓和調(diào)諧區(qū)電壓做綜合分析［10］。

4 結(jié)論

通過分析ZPW-2000R 型軌道電路調(diào)諧區(qū)及衰耗器實現(xiàn)原理，得出接收器單/雙機應用或單通道斷線情況下，主軌道電壓、調(diào)諧區(qū)電壓及衰耗器接收輸入電壓不變的特性規(guī)律，并通過實驗室測試和現(xiàn)場測試得到了驗證。同時歸納總結(jié)出ZPW-2000R 與ZPW-2000A 軌道電路接收端的差異性，幫助施工及運用維護單位進一步了解和熟悉ZPW-2000R 軌道電路的技術特性，為運用維護過程提供建議和指導。