賀江勝
賀江勝:烏魯木齊電務(wù)段 工程師 830022 烏魯木齊
ZPW-2000A區(qū)間小軌曲線形狀比較特殊,若對其形成的機(jī)理不清楚,對監(jiān)測結(jié)果就無法正確判斷,不僅不能對小軌變化進(jìn)行有效監(jiān)督,也不能利用小軌曲線,監(jiān)督送端軌面電壓的變化趨勢。通過對小軌曲線形成機(jī)理進(jìn)行分析,幫助判斷小軌運(yùn)用狀態(tài)乃至主軌變化趨勢,便于區(qū)間軌道電壓電特性分析和預(yù)防維護(hù)。
圖1是ZPW-2000A正常狀態(tài)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(jù)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(xù)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(qū)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
ZPW-2000A主軌道區(qū)段占用時,小軌曲線有以下幾個特點(diǎn):①列車通過時,類似正弦波曲線的極值點(diǎn)各個區(qū)段不盡相同,但同一個區(qū)段基本相同;②極值點(diǎn)間隔的疏密程度與列車運(yùn)行速度有關(guān),列車運(yùn)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(diǎn),將會是與該點(diǎn)電壓數(shù)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(qū)段某點(diǎn)停車時的小軌曲線
通過主軌道曲線與小軌道曲線比較可以看出,當(dāng)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。
圖4是列車占用軌道區(qū)段時的等效電路。圖4中L為鋼軌等效電感,C為補(bǔ)償電容,R為列車分路電阻與鋼軌電阻之和。A、B兩點(diǎn)構(gòu)成了C與R、L串聯(lián)的并聯(lián)電路。
從送電端看,補(bǔ)償電容的作用類似于鋼軌電感與電容產(chǎn)生串聯(lián)諧振,鋼軌阻抗變成阻性,使得移頻信號傳得更遠(yuǎn);從受電端看,當(dāng)列車越過受電端將軌道分路后,會形成如圖4所示的并聯(lián)等效電路,當(dāng)列車運(yùn)行到軌道區(qū)段某一點(diǎn),會對相應(yīng)的載頻產(chǎn)生并聯(lián)諧振。
圖4 列車占用時軌道區(qū)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(diǎn)距AB點(diǎn)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(lián)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(yùn)行到該點(diǎn)時發(fā)生并聯(lián)諧振。也就是說,每個電容步長范圍內(nèi)都應(yīng)該有一個并聯(lián)諧振點(diǎn)。但由于軌道區(qū)段是分布參數(shù)網(wǎng)絡(luò),實際上諧振點(diǎn)沒有那么多,只有列車運(yùn)行過程中,電路結(jié)構(gòu)合適時,才會產(chǎn)生并聯(lián)諧振。一旦一個軌道區(qū)段結(jié)構(gòu)確定后,該區(qū)段的并聯(lián)諧振點(diǎn)數(shù)量也就確定了。所以每次列車通過時,曲線出現(xiàn)的極值點(diǎn)數(shù)量基本相同。
通過以上分析說明,列車通過時會在主軌道區(qū)段幾個點(diǎn)處產(chǎn)生并聯(lián)諧振。當(dāng)主軌道區(qū)段空閑時,小軌道曲線是一條直線;當(dāng)列車剛越過主軌道受電端時,小軌電壓可能上升或下降;當(dāng)該點(diǎn)不是并聯(lián)諧振點(diǎn)時,則由于分路導(dǎo)致送端軌面電壓下降,于是小軌接收曲線開始是下降的;當(dāng)該點(diǎn)是并聯(lián)諧振點(diǎn)時,則該點(diǎn)就會產(chǎn)生并聯(lián)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(dāng)列車接近諧振點(diǎn)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(dāng)列車離開諧振點(diǎn)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(dāng)列車剛壓入主軌區(qū)段時,由于鋼軌分布漏泄電流較大,即便有并聯(lián)諧振點(diǎn),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(lián)諧振點(diǎn)處送端軌面電壓變得很高,而非并聯(lián)諧振點(diǎn)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(biāo)準(zhǔn)小軌電壓的幾倍;當(dāng)列車越過送電端后,小軌被分路,于是曲線變得很低。
當(dāng)列車出清小軌區(qū)段后,小軌區(qū)段有不同時間長短波動的“尾巴”,這是由于列車在相鄰區(qū)段分路對小軌造成的影響。調(diào)諧區(qū)設(shè)備參數(shù)以及安裝尺寸越標(biāo)準(zhǔn),這種影響越小,反之影響越大。
圖5 列車反向進(jìn)入軌道區(qū)段時小軌曲線(后者)
1.小軌電壓產(chǎn)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(fā)送端但在不同調(diào)諧區(qū)接收的主軌與小軌曲線,加上相鄰兩區(qū)段小軌與主軌的接收曲線變化,比較容易區(qū)分出是送電端的問題,還是受電端的問題(當(dāng)送電端出現(xiàn)問題時,小軌道電壓會下降50%~70%;受電端出現(xiàn)問題時,小軌道電壓會上升500%~700%),同時也能反映出補(bǔ)償電容的問題,而且通過小軌曲線,還可以區(qū)分是車載設(shè)備的問題,還是地面設(shè)備的問題。
2.小軌曲線極大值點(diǎn)與諧振點(diǎn)的數(shù)量有關(guān),而諧振點(diǎn)與軌道長短、載頻大小、補(bǔ)償電容數(shù)量等固定參數(shù)有關(guān),與列車運(yùn)行速度無關(guān)。
3.反向進(jìn)入軌道區(qū)段(如大機(jī)搗固返回時),小軌入曲線是與正向進(jìn)入時極值點(diǎn)數(shù)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(jìn)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(xiàn)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.