軌道電路疊加電碼化入口電流的計算

趙喜楨

（西安思源科創軌道交通技術開發有限公司 陜西 西安 710054）

為了保證列車行車安全和提高運輸效率，使機車信號車載設備能連續不斷地接收到地面信息而不間斷顯示，需在站內原軌道電路的基礎上進行電碼化[1]。所謂電碼化（即軌道電路疊加電碼化），指的是由軌道電路轉發或疊加機車信號信息技術的總稱。

電碼化信號[1-2]分為載頻及低頻信息，低頻信息為傳輸的有效信號，在疊加電碼化區段，機車第一輪對進入軌道區段時，鋼軌內傳輸機車信號信息的電流（入口電流，指載頻電流）應大于最小電流的限制，方可滿足機車信號車載設備正常接收。

本文以軌道電路疊加ZPW2000電碼化軌道電路為例，敘述一種計算電碼化入口電流的方法。

1 電碼化傳輸電路

ZPW2000電碼化傳輸電路包括ZPW2000發送設備、防雷設備、隔離設備、軌道電路設備中的扼流變壓器（或軌道變壓器）、鋼軌等，其傳輸原理見圖1所示。

當列車踏入電碼化軌道電路時，列車輪對短路鋼軌，即將鋼軌上傳輸的電碼化信號短路，形成的短路電流即為機車信號車載設備接收的感應電流，機車信號車載設備提取出感應電流中的低頻信息指示列車行駛。

圖1 電碼化傳輸電路Fig. 1 The circuit of coding transmission

2 計算界限及方法

2.1 計算界限

由于防雷設備為可調變壓器，一次與二次圈數的比值是根據軌道區段長度的變化而調整，這樣就不利于將其納入整個系統的計算，故將整個系統的計算從模擬電纜開始。

由于電碼化入口電流測試點為列車第一輪對剛踏入軌道區段的位置（軌道區段絕緣節內側），該點為電碼化信號傳輸最遠的有效位置，是軌道線路上短路電流最小的位置，該點短路電流達到要求即整個區段的短路電流均能滿足機車信號車載設備的接收。因此，整個系統的計算在該區段的入口短路點結束。

2.2 計算方法

ZPW2000電碼化傳輸電路符合二端口網絡[3]的鏈路連接方式，可將整個電碼化疊加電路整理為一個二端口網絡，根據二端口網絡參數中入口端與出口端各參數的關系，可計算出終端設備的電壓、電流及其角度等數據，然后再一級一級往前推算，可得出電路中每個設備入口端的電壓、電流等數據，具體算法如下：

ZPW2000電碼化傳輸電路中的每一個設備都可以用二端口網絡的形式來表示（如圖2所示），用式子表示為：

圖2 二端口網絡Fig. 2 Two port network

整理以上方程得：

3 計算程序設計

為了具備良好的界面，并利于數據保存，采用Visual Basic for Applications（VBA）開發環境[5]編寫程序，作為非常流行的應用程序開發語言Visual basic的子集，VBA具有VB語言的大多數特征和易用性，它最大特點就是將Excel作為開發平臺來開發程序，可以應用Excel的所有現有功能，例如數據處理、圖表繪制、數據庫連接、內置函數等。

在Visual basic編輯器中將上述算法編寫為程序語言，編寫界面程序（表格）以及數據顯示程序等，首次運行宏指令后，在EXCEL界面中將顯示各輸入條件（頻率、電源、阻抗、電纜參數等），根據計算的需要填寫輸入條件，運行宏指令，若診斷無誤，在程序界面中即顯示各設備入口端的電壓、電流、阻抗及變化的角度等參數，若診斷有誤，檢查有誤的輸入條件并重新填寫后在運行宏指令，這樣，計算得出的數據便可以用EXCEL文檔的形式保存，程序運行流程如圖3所示。

圖3 程序框圖Fig. 3 Flow chart of program

4 計算舉例

4.1 舉例參數（輸入條件）

以不對稱高壓脈沖軌道電路疊加ZPW2000電碼化軌道電路為例。

1)電碼化頻率f=2 000 Hz，輸入電壓為100 V;

2) 軌道電路極限長度=900 m；

3)鋼軌一次參數[6]：R=1.306 Ω/km，L=1.304 mH/km，C=2.194 uF/km；

4)電碼化電纜一次參數：R=47 Ω/km，L=826 mH/km，C=0.05 uF/km，G=2×S/km；

5)每100 m鋼軌并33 uF電容；

6)極限道床電阻值為1Ω·km；

7) 入口處短路電阻值為0.15 Ω。

4.2 入口電流指標

入口電流在最不利道床電阻下，不小于0.5A。

4.3 計算得出的數據

按照以上輸入條件進行計算，執行宏運行指令，計算得出的結果如圖4所示。

圖4中，第2～7行為輸入條件，第9～12行為計算結果，入口處短路電流計算結果位置為（10,T），即0.772 A，大于最不利條件下入口電流指標0.5 A，計算得出的結果合格，與ZPW2000電碼化電路模擬設備搭接的試驗電路測試結果近似相等，理論計算與實際模擬電路相互之間很好的得到了驗證。

圖4 舉例計算結果Fig. 4 Results of example

5 結束語

理論計算一方面能夠在理論上指導實際工程項目，另外一方面又對實際工程項目提供了驗證依據。這種以二端口網絡級聯鏈路計算的方法既可以將若干個二端口[7]看做一個二端口，也可以將一個復雜的二端口分解為若干個簡單的二端口，便于根據工程實際選取不同的方案。而利用EXCEL的表格界面，嵌入VB程序語言，便于實現各類計算程序，計算速度迅速，且數據保存方便。這種方法已經成功應用在軌道電路電碼化入口電流計算的工程應用當中，為工程開發提供了極大便利。

[1] 林瑜筠.機車信號車載系統和站內電碼化[M].北京:中國鐵道出版社,2008.

[2] 北京全路通信信號研究設計院.TB/T 2465-2010.鐵路車站電碼化技術條件[S].北京:中國鐵道出版社,2010.

[3] 邱關源.電路[M].4版.北京:高等教育出版社,2002.

[4] 趙喜楨.25Hz相敏軌道電路的計算[J].鐵道通信信號,2007,43(7):28-30.ZHAO Xi-zhen.Calculation of 25Hz phase sensitive track circuit[J].Railway Signalling&Communication,2007,43(7):28-30.

[5] 王鴻儒.Excel VBA程序設計[M].北京:中國鐵道出版社,2005.

[6] 鐵路信號維護規則技術標準Ⅰ[S].北京:中國鐵道出版社.2008.

[7]張大為,李軍,馬海虹.MMIC LNA設計中無源二端口網絡相關特性分析[J].現代電子技術,2013(7):132-135.ZHANG Da-wei,LI Jun,MA Hai-hong.Characteristic analysis of passive two-port network in MMIC LNA design[J].Modern Electronics Technique,2013(7):132-135.