ZPW-2000A小軌道日曲線形成的機理及分析

賀江勝

賀江勝:烏魯木齊電務段 工程師 830022 烏魯木齊

ZPW-2000A區間小軌曲線形狀比較特殊，若對其形成的機理不清楚，對監測結果就無法正確判斷，不僅不能對小軌變化進行有效監督，也不能利用小軌曲線，監督送端軌面電壓的變化趨勢。通過對小軌曲線形成機理進行分析，幫助判斷小軌運用狀態乃至主軌變化趨勢，便于區間軌道電壓電特性分析和預防維護。

1 ZPW-2000A小軌日曲線

1.1 正常狀態時的小軌日曲線

圖1是ZPW-2000A正常狀態時小軌道的日曲線，與主軌道曲線有很大的不同。主軌道日曲線是根據一天軌道的占用情況，形成寬、窄不一的方波。而主軌占用時的小軌曲線則是連續的、幅值逐漸增大的，類似于正弦波。圖2是放大后截取的單趟列車占用某軌道區段時小軌曲線，由圖2可以看出，小軌空閑時是一條直線，占用時，先是類似正弦曲線，而后是個方波。

圖1 ZPW-2000A小軌正常接收日曲線

1.2 正常狀態時小軌曲線特點

ZPW-2000A主軌道區段占用時，小軌曲線有以下幾個特點:①列車通過時，類似正弦波曲線的極值點各個區段不盡相同，但同一個區段基本相同;②極值點間隔的疏密程度與列車運行速度有關，列車運行速度越快，曲線越緊密，速度越慢，曲線稀疏，如果列車停在某點，將會是與該點電壓數值相同的一條直線，如圖3前部所示;③越靠近送電端，小軌電壓波動幅度越大;④列車越過送電端后，小軌曲線形成與主軌相類似的占用方波。

圖2 ZPW-2000A單趟列車通過時的小軌接收曲線

圖3 列車在主軌區段某點停車時的小軌曲線

2 ZPW-2000A小軌日曲線形成的機理

通過主軌道曲線與小軌道曲線比較可以看出，當列車越過主軌道受電端，小軌道就開始變化，而且隨著不斷接近送電端，小軌電壓變化越來越大。

2.1 列車占用時軌道區段的等效電路

圖4是列車占用軌道區段時的等效電路。圖4中L為鋼軌等效電感，C為補償電容，R為列車分路電阻與鋼軌電阻之和。A、B兩點構成了C與R、L串聯的并聯電路。

從送電端看，補償電容的作用類似于鋼軌電感與電容產生串聯諧振，鋼軌阻抗變成阻性，使得移頻信號傳得更遠;從受電端看，當列車越過受電端將軌道分路后，會形成如圖4所示的并聯等效電路，當列車運行到軌道區段某一點，會對相應的載頻產生并聯諧振。

圖4 列車占用時軌道區段等效電路

假定電容C不變，軌道電感L=XL0，軌道電阻R=XR0，X為列車分路點距AB點的距離，LO為單位長度鋼軌電感，RO為單位長度鋼軌電阻，忽略列車分路電阻后，可以得到該等效電路并聯諧振頻率為:

將L=XL0，R=XR0帶入(1)式，則

由(2)式可以看出，對于某個確定的載頻f0，可以得到一個確定的X，使得列車運行到該點時發生并聯諧振。也就是說，每個電容步長范圍內都應該有一個并聯諧振點。但由于軌道區段是分布參數網絡，實際上諧振點沒有那么多，只有列車運行過程中，電路結構合適時，才會產生并聯諧振。一旦一個軌道區段結構確定后，該區段的并聯諧振點數量也就確定了。所以每次列車通過時，曲線出現的極值點數量基本相同。

2.2 小軌道日曲線分析說明

通過以上分析說明，列車通過時會在主軌道區段幾個點處產生并聯諧振。當主軌道區段空閑時，小軌道曲線是一條直線;當列車剛越過主軌道受電端時，小軌電壓可能上升或下降;當該點不是并聯諧振點時，則由于分路導致送端軌面電壓下降，于是小軌接收曲線開始是下降的;當該點是并聯諧振點時，則該點就會產生并聯諧振，類似終端開路，送端電壓升高，于是小軌曲線開始是向上波動。

當列車接近諧振點時，阻抗變得越來越大，送端電壓變得越來越高，小軌電壓也隨之逐漸變大;當列車離開諧振點時，阻抗變得越來越小，隨著分路電流增大，送端匹配變壓器上的壓降增大，送端軌面電壓也隨之變小，小軌電壓也逐漸變小。

當列車剛壓入主軌區段時，由于鋼軌分布漏泄電流較大，即便有并聯諧振點，送端軌面電壓也升高不多，小軌曲線波動較小;隨著列車接近送端，漏泄電流越來越小，并聯諧振點處送端軌面電壓變得很高，而非并聯諧振點處，分路電流也變得更大，匹配變壓器上的壓降更大，送端軌面電壓變得更小，所以小軌曲線波動幅度也變得很大，有時是標準小軌電壓的幾倍;當列車越過送電端后，小軌被分路，于是曲線變得很低。

當列車出清小軌區段后，小軌區段有不同時間長短波動的“尾巴”，這是由于列車在相鄰區段分路對小軌造成的影響。調諧區設備參數以及安裝尺寸越標準，這種影響越小，反之影響越大。

3 注意事項

圖5 列車反向進入軌道區段時小軌曲線(后者)

1．小軌電壓產生的波動，實際上也同時反映了送端軌面電壓的變化趨勢。對于異常曲線，利用同一發送端但在不同調諧區接收的主軌與小軌曲線，加上相鄰兩區段小軌與主軌的接收曲線變化，比較容易區分出是送電端的問題，還是受電端的問題(當送電端出現問題時，小軌道電壓會下降50%～70%;受電端出現問題時，小軌道電壓會上升500%～700%)，同時也能反映出補償電容的問題，而且通過小軌曲線，還可以區分是車載設備的問題，還是地面設備的問題。

2．小軌曲線極大值點與諧振點的數量有關，而諧振點與軌道長短、載頻大小、補償電容數量等固定參數有關，與列車運行速度無關。

3．反向進入軌道區段(如大機搗固返回時)，小軌入曲線是與正向進入時極值點數不一致的“鏡像”曲線，如圖5所示。

4．對主軌占用時小軌曲線進行軟件過濾，將會過濾掉真實的軌道電壓變化信息，不能如實反映現場信息，不利于問題分析。

［1］張會志，崔國忠.ZPW－2000A故障分析處理［J］.鐵道通信信號，2010(6):40－41.