ZPW-2000轨道电路在分相区设置区段长度的分析.pdf

81功能性能优化ZPW-2000轨道电路在分相区设置区段长度的分析陈名宝，张 改，孙宁先，王连福（北京和利时系统工程有限公司，北京 100176）摘要：列车运行在分相区时，处于无电滑行状态，若钢轨轨面生锈，则无法通过牵引电流击穿锈蚀层，使得 ZPW-2000 轨道电路易出现分路不良现象。针对分相区轨道电路的应用场景，从信号抗干扰性、提高分路灵敏度等角度综合评估，提出了分相区设置轨道区段长度的建议值，为现场工程设计提供参考。关键词：ZPW-2000 轨道电路；分相区；区段长度中图分类号：U284.2 文献标志码：A 文章编号：1673-4440(2023)Z1-0081-03Analysis of Setting Length of Track Sections of ZPW-2000 Track Circuits in Neutral ZonesAbstract:When the train is running in a neutral zone,it is in a state of coasting without electrical power.If the rail surface is rusted,the traction current cannot break through the rust layer.Consequently,ZPW-2000 track circuits are prone to bad shunting.Aiming at the application scenarios of track circuits in the neutral zones,this paper comprehensively evaluates the problem from the perspectives of signal immunity and the improvement in shunting sensitivity,and puts forward the recommended values for setting the length of the track sections in the neutral zones,which provides reference for fi eld engineering design.Keywords:ZPW-2000 track circuit;neutral zone;length of track sectionDOI:10.3969/j.issn.1673-4440.2023.Z1.0181概述分相区，是电气化铁路的无电区间，是将不同变电所供出的不同相位的电，通过两个分相开关进行隔离，以防止异相电短路并造成熔断接触网。机车在通过分相区时，区内接触网无电；而在通过分相区后，列车接入稳定的另一相电压，如图 1 所示。机车通过分相区，对轨道电路的影响如下：1）列车通过分相区，牵引电流会出现“稳态-图电力机车过分相示意 牵引回流地线A相B相分相区降弓断闸升弓合闸钢轨无电区脉冲-稳态”的变化，产生励磁涌流现象1，谐波干扰现象比较突出，可能引起机车掉码现象。励磁涌流波形如图 2 所示。铁路通信信号工程技术(RSCE)2023年11月（2023）京新出刊增准字第（295）号82功能性能优化图励磁涌流示意it2）轮对与钢轨接触时，若钢轨轨面生锈，正常情况下可通过牵引电流击穿锈蚀，改善分路不良现象；而列车运行在分相区时，处于无电滑行状态，无牵引电流击穿锈蚀，造成分路电阻较大，可能出现轨道电路分路不良的风险。因此，针对上述影响，本文从电气抗干扰性、提高分路灵敏度两个方面研究分相区轨道电路的应用要求。2电气抗干扰性分析列车在通过分相区的过程中，牵引电流会出现“稳态-脉冲-稳态”的变化，钢轨产生励磁涌流，呈震荡现象，产生较大的谐波干扰。谐波干扰叠加在移频信号上，若信噪比过小，则会使机车解码异常，引起掉码停车，影响列车运营。根据轨道交通机车车辆和列车检测系统的兼容性第 2 部分：与轨道电路的兼容性（GB/T 28807.2-2017）2，为了保证 ZPW-2000 轨道电路和机车之间的兼容性，制定了机车运行所产生干扰电流的限值要求，如表 1 所示。表1ZPW-2000系列轨道电路对机车的谐波限值要求频率 f0/Hz带宽 f/Hz干扰电流限值 I0/A干扰时间 T/s1 700900.30.32 000900.30.32 300900.30.32 600900.30.3根据铁路信号设备牵引电流抗扰度试验方法第 2 部分：车载轨道电路信息接收设备（QCR 628.2-2018）表 3、表 5 的要求3，可知车载可承受的信噪比约为 2，如表 2 所示。表2车载接收器解码信噪比要求载频/Hz干扰信号/A主要信号/A信噪比1 7000.240.52.0832 0000.240.52.0832 3000.240.52.0832 6000.240.451.875为了确保行驶在分相区内的机车，不因励磁涌流产生的谐波干扰影响机车解码，应满足车载设备解码信噪比要求，可通过提高钢轨上的机车电流来达成，所需的钢轨机车电流如表 3 所示。表3钢轨主信号机车电流计算载频/Hz干扰信号限值/A车载接收信噪比钢轨主信号机车电流/A1 7000.320.62 0000.320.62 3000.320.62 6000.320.6因此，分相区范围的轨道电路区段计算调整表时，钢轨最小机车电流阈值由 0.5 A 调整为 0.6 A，能有效增加钢轨主信号的信噪比，可由原来的 1.67提升至 2。从而保证机车在分相区行驶时，降低谐波干扰的影响，确保机车解码正确。3分路灵敏度分析分路灵敏度体现了轨道电路对轮轨接触阻抗的容忍度，分路灵敏度越高，则允许轮轨接触电阻越大，列车越能可靠占用。列车在分相区无电滑行过程中，若钢轨踏面锈蚀严重，牵引电流无法通过轮轨接触击穿钢轨上的锈蚀，因而分路电阻值较大，轨道电路易出现分路不良的现象。以某站 1203AG 为例，列车处于分相区行驶的时候，分路残压值普遍较高，触发了分路残压超上限报警；而越过分相区，则分路残压恢复为正常的残压值。列车压入 1203AG 入口至列车牵引受电弓断电处（第一个空扼流处），分路残压呈递减规律，符合正常过车曲线特征；当列车驶过牵引受电弓断电处位置后，分路残压值逐渐升高；到列车过分相入口时，分路残压达到峰值点；此后分路残压值一铁路通信信号工程技术(RSCE)2023年11月83功能性能优化直处于较高状态，触发分路残压超上限报警，直至列车完全驶出分相区时，分路残压降至正常状态，如图 3 所示。图分相区轨道电路过车位移计算AG受端K.空扼流K.m分相区 mAK.BK.m m空扼流K.送端K.m m m列车行驶位移/mAG列车分路曲线.分路残压/mV.图例：AG列车分路曲线经理论计算现场轨道电路区段过车综合分路阻抗约为 0.4，远大于调整表设计的标准分路电阻0.15，轨道区段的分路灵敏度较低，不能满足现场实际分路阻抗的要求。分路灵敏度低，可通过二次调整适当改善，即在调整表设计时，可适当提高分路电阻值来改善整个轨道区段传输通道的分路灵敏度，但相应地区段长度需适当缩小，以满足轨道电路调整状态、分路状态、机车电流的综合校核计算要求。以 1203AG 为例，该区段长度为 1 172 m，通过轨道电路传输计算分析，该区段的分路灵敏度仅能提高至 0.2，而现场过车综合分路阻抗约为0.4，仍无法解决分路残压超限的问题。只能通过钢轨表面除锈或喷涂、熔覆金属保护层来降低分路残压，改善分路不良现象。因此，分相区轨道电路区段长度应适当考虑设计余量，在分路不良的情况下可通过提高分路灵敏度来进行二次调整，改善分路不良现象。4分相区轨道电路长度综合分析针对分相区轨道电路存在的谐波干扰和分路不良现象，从信噪比和分路灵敏度两个维度评估，在计算分相区轨道电路的调整表时，设置最小机车电流阈值为 0.6 A、分路电阻取值为 0.25。按上述设置在 1.0 km 道砟电阻条件下，通过轨道电路传输理论计算分析，ZPW-2000 系列轨道电路极限传输长度约为 850 m。（下转 127页）陈名宝，张改，孙宁先，王连福：ZPW-2000轨道电路在分相区设置区段长度的分析127可靠性研究使电码化模块可以尽快响应接近区段占用发码的命令，缩短上码时间，满足现场车站的应用需求。参考文献1 张涛，杨卫东.电码化执行单元在全电子计算机联锁系统中的工程应用 J.铁道通信信号，2018，54(3)：28-30.2 林瑜筠.铁路信号基础 M.北京:中国铁道出版社，2014.3 安海军，李建春，李建清.站内电码化预发码技术 J.铁道通信信号，2002，38(12):6-8，25.4 陈光武，范多旺，魏宗寿.基于二乘二取二的全电子计算机联锁系统 J.中国铁道科学，2010，31（4）：138-144.5 何涛，范多旺，魏宗寿，等.铁路车站信号计算机联锁全电子执行单元研究 J.铁道学报，2007（2）：118-121.6 喻柱，郑天健，王军权.CTC3.0 车站占线板的设计与实现 J.铁道通信信号，2018，54（10）：28-30.7 付立民.全电子联锁开发和应用研究 J.铁路通信信号工程技术，2020，17（3）：32-38.（收稿日期：2023-06-30）（修回日期：2023-09-21）（上接 83页）当分相区轨道电路因钢轨锈蚀严重存在分路残压过高时，需进行二次调整来提高分路灵敏度，改善分路不良现象。若综合过车分路阻抗为 0.3，则在 1.0 km 道砟电阻条件下，理论计算极限传输长度约为 650 m。考虑工程设计余量，分相区轨道电路区段长度设置建议不超过 600 m。即使在南方或沿海钢轨易生锈的地区，出现分路不良现象，也可通过二次调整提高分路灵敏度来改善分路不良。5结论由于分相区的特殊应用环境，在极端情况下，分相区 ZPW-2000 轨道电路存在“机车信号掉码”或“分路不良”的风险。本文从电气抗干扰性、分路灵敏度两个维度进行评估分析，提出了分相区轨道电路应增加调整余量，适当缩短区段长度的建议，在极端情况下，可通过二次调整来满足现场应用要求。参考文献1 Cheng C K,Liang T J,Chen J F,et al.Novel Approach to Reducing the Inrush Current of a Power TransformerJ.IEEE Transactions on,2004,32(3):289-2952 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.轨道交通机车车辆和列车检测系统的兼容性 第 2 部分：与轨道电路的兼容性：GB/T 28807.2-2017S.北京：中国标准出版社，2018.3 中国铁路总公司.铁路信号设备牵引电流抗扰度试验方法 第 2 部分：车载轨道电路信息接收设备：Q/CR 628.2-2018S.北京：中国铁路总公司，2018.4 中华人民共和国国家铁路局.ZPW-2000 轨道电路技术条件:TB/T 3206-2017S.北京：中国铁道出版社，2017.5 张蓝芳.考虑分相区的高速列车自动运行控制方法研究 D.北京：北京交通大学，2020.6 王威.高速铁路轨道区段长度对列车控制系统的影响 J.铁路通信信号工程技术，2012，9（2）：57-59，68.7 孙小康.过分相区弓网离线产生电磁骚扰的特性研究 D.北京：北京交通大学，2018.（收稿日期：2023-06-30）（修回日期：2023-09-21）*张夫松：全电子联锁车站接近区段电码化发码延迟的解决方案