哈大鐵路客運(yùn)專線信號設(shè)備低溫試驗(yàn)研究

付立民

(北京全路通信信號研究設(shè)計(jì)院有限公司，北京 100073)

1 試驗(yàn)內(nèi)容

被測設(shè)備包括調(diào)諧匹配單元ZPW·PT(1 700～2 600 Hz)，站內(nèi)防雷匹配變壓器ZPW·BPLN，空心線圈ZPW·XKD，機(jī)械空心線圈ZPW·XKJD(1 700～2 600 Hz)，地面電子單元LEU、車載CAU和有源、無源應(yīng)答器等共計(jì)14種設(shè)備，試驗(yàn)設(shè)備溫度指標(biāo)控制在－50～+70℃進(jìn)行;線纜包括不同規(guī)格的阻燃銅芯線、阻燃鍍錫銅芯線、阻燃屏蔽線、阻燃銅芯紐絞線、阻燃鍍錫銅芯紐絞線、阻燃廣播電纜線、阻燃鍍錫屏蔽電纜線、熱縮套管、尼龍?jiān)鷰У?，試?yàn)材料溫度指標(biāo)控制在－40～+70℃進(jìn)行。

客專ZPW－2000A室外設(shè)備判定指標(biāo)依據(jù)《客運(yùn)專線鐵路信號產(chǎn)品暫行技術(shù)條件匯編(一)》中“ZPW－2000A無絕緣軌道電路設(shè)備”室外設(shè)備相應(yīng)低溫技術(shù)指標(biāo)。車載CAU目前沒有對應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)可參考，所以綜合機(jī)械工業(yè)儀器儀表綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究所提供的2種產(chǎn)品(汽車電子設(shè)備、太陽能設(shè)備室外設(shè)備)的冰凍試驗(yàn)的試驗(yàn)方法，以及《鐵道機(jī)車車輛電子裝置》(TB/T3021—2001)中環(huán)境試驗(yàn)的低溫及濕熱試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行試驗(yàn)。LEU和有源、無源應(yīng)答器的判定依據(jù)功能測試文件的規(guī)定，線纜類判定依據(jù)外觀檢查及絕緣測試。

2 試驗(yàn)方法

2.1 ZPW－2000A室外設(shè)備試驗(yàn)方法

ZPW－2000A型客運(yùn)專線無絕緣軌道電路室外設(shè)備主要有2種測試方法。

(1)對于調(diào)諧匹配單元的調(diào)諧部分、空心線圈與機(jī)械空心線圈采用四線測試法，四線測試法等效電路見圖1。

圖1 四線測試法等效電路

其中R等效為被測器件，通過U/I源的測試線為器件提供恒流，通過采樣線測量R兩端的電壓。而測試線和采樣線均存在等效電阻，當(dāng)流經(jīng)的電流較大時(shí)，勢必產(chǎn)生比較大的壓降。由于采樣線直接接到負(fù)載兩端，且輸入阻抗極高，故流過這2根導(dǎo)線的電流可視為零，從而能精確讀取負(fù)載兩端電壓。

試驗(yàn)時(shí)，首先將被測設(shè)備放入低溫箱，在低溫環(huán)境下貯存4 h，測試時(shí)通過調(diào)整信號源，對被測設(shè)備兩側(cè)加以一定頻率一定幅值的電壓，測量儀表會測量出設(shè)備兩側(cè)的電壓值與通過設(shè)備的電流值，測量儀表通過計(jì)算可以得到被測設(shè)備的阻抗值。

(2)對于調(diào)諧匹配單元的匹配部分與站內(nèi)防雷匹配變壓器采用測量輸出電壓的方法。匹配變壓器測試接線參見圖2。

圖2 匹配變壓器測試接線圖

試驗(yàn)時(shí)，首先將被測設(shè)備放入低溫箱，在低溫環(huán)境下貯存4 h，測試時(shí)通過調(diào)整信號源，對被測設(shè)備的V1、V2端加以一定頻率一定幅值的電壓，測量設(shè)備E1、E2端的電壓值。

2.2 應(yīng)答器設(shè)備試驗(yàn)方法

根據(jù)LEU和應(yīng)答器技術(shù)性能，LEU正常工作狀態(tài)為可以向有源應(yīng)答器發(fā)送LEU默認(rèn)報(bào)文;應(yīng)答器正常工作狀態(tài)為可以通過BEPT正常讀寫報(bào)文。根據(jù)當(dāng)前所具備的測試條件，應(yīng)答器低溫測試包括以下5項(xiàng)內(nèi)容，分別是:常溫環(huán)境中測試臺“灌封后測試”、應(yīng)答器功能測試、低溫環(huán)境中應(yīng)答器功能測試、恢復(fù)至常溫后的應(yīng)答器功能測試、測試臺“灌封后測試”。

測試臺“灌封后測試”是在測試環(huán)境中，用測試臺對應(yīng)答器的基礎(chǔ)功能測試。通過灌封后測試的應(yīng)答器，即表示該應(yīng)答器的所有功能完好。

應(yīng)答器功能測試低溫連線方法如下:將應(yīng)答器放入高低溫箱，為防止通信屏蔽在應(yīng)答器與高低溫箱金屬底面之間放置泡沫板(高低溫箱四壁均為金屬，應(yīng)答器是基于無線耦合的通信方式，直接將應(yīng)答器放在金屬底面上會對應(yīng)答器的功能造成影響);將BEPT放置在應(yīng)答器的上面，電腦放置在高低溫箱外，通過USB延長線與箱內(nèi)的BEPT相連。對有源應(yīng)答器進(jìn)行測試時(shí)，需將LEU與24 V直流電源相連，LEU的輸出通過萬可端子排與尾纜的一端相連，尾纜的另一端連至有源應(yīng)答器的C接口。有源應(yīng)答器詳細(xì)連線參見圖3所示。在－40℃環(huán)境溫度下，有源應(yīng)答器的正常狀態(tài)應(yīng)該是:BEPT讀取到的報(bào)文應(yīng)該是LEU向有源應(yīng)答器發(fā)送的LEU默認(rèn)報(bào)文。

2.3 車載設(shè)備試驗(yàn)方法

對由車載BTM、車載CAU和D接口電纜組成的應(yīng)答器傳輸系統(tǒng)進(jìn)行整體

圖3 有源應(yīng)答器低溫測試連線圖

測試，通過監(jiān)測BTM的啟動過程來判斷CAU是否正常工作。測試時(shí)，將車載CAU放入溫度箱內(nèi)，通過D電纜將被測CAU與BTM相連，車載CAU的測試過程共計(jì)48 h，試驗(yàn)溫度曲線見圖4。

圖4 車載CAU試驗(yàn)溫度曲線

測試過程中當(dāng)溫度達(dá)到幾個(gè)峰值溫度(40、60、－55、－40、－30℃)時(shí)，對CAU進(jìn)行上電測試;在完成整個(gè)試驗(yàn)恢復(fù)常溫后，再進(jìn)行一次上電測試。應(yīng)答器傳輸系統(tǒng)正常啟動時(shí)會顯示如圖5所示的程序界面。

圖5 應(yīng)答器傳輸系統(tǒng)正常啟動界面

經(jīng)過技術(shù)人員嚴(yán)格的測試與對測試結(jié)果縝密的分析，客運(yùn)專線ZPW-2 000 A室外設(shè)備均能滿足－40℃低溫技術(shù)指標(biāo)。LEU及應(yīng)答器在低溫環(huán)境下能夠正常完成功能測試，能夠正常讀寫報(bào)文。車載設(shè)備能在－40℃環(huán)境下能正常啟動。線纜類在低溫箱開箱后2 h，被測試物料拉伸、折彎、敲磕未見外觀異常;恢復(fù)常溫后，被測試物料拉伸、折彎、敲磕未見外觀異常，線纜芯線電阻測試未見異常，多芯線電纜芯線間絕緣未見異常，所以目前使用的客運(yùn)專線ZPW－2000A室外設(shè)備、車載設(shè)備、LEU、應(yīng)答器及所用線纜均能保證在東北嚴(yán)寒環(huán)境下的正常使用。

3 試驗(yàn)結(jié)果

由于哈大鐵路客運(yùn)專線冬季無法施工，已經(jīng)安裝到車站及中繼站內(nèi)的設(shè)備不能通電運(yùn)行，只能在現(xiàn)場進(jìn)行貯存。為了有效應(yīng)對低溫環(huán)境對信號設(shè)備正常運(yùn)行的考驗(yàn)，哈大信號集成項(xiàng)目部召集各設(shè)備廠家，查閱相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，分析了各系統(tǒng)設(shè)備低溫貯存條件，結(jié)果表明，客運(yùn)專線ZPW－2000A設(shè)備與列控中心設(shè)備的貯存溫度范圍為－25～+40℃，如果在低于－25℃溫度環(huán)境下貯存，將會對上述設(shè)備的正常運(yùn)行造成顯著影響。為解決這個(gè)問題，哈大信號集成項(xiàng)目部在哈大鐵路客運(yùn)專線沿線設(shè)立了能滿足設(shè)備貯存溫度的庫房。為此，項(xiàng)目部曾組織設(shè)備廠家及工程單位在哈爾濱至大連沿線進(jìn)行考察，最終決定在遼陽、四平、長春設(shè)立3個(gè)具備取暖措施的庫房，由工程單位人員將軌道電路室內(nèi)設(shè)備、列控中心K5B設(shè)備、計(jì)算機(jī)類設(shè)備放在這些庫房內(nèi)進(jìn)行貯存。冬季過后，為驗(yàn)證冬季貯存對設(shè)備是否造成了不良影響，哈大信號集成項(xiàng)目部組織設(shè)備廠家及工程單位，隨機(jī)抽取了1個(gè)中繼站的貯存設(shè)備，將設(shè)備安裝到相應(yīng)機(jī)柜中進(jìn)行通電測試，測試表明所有冬季貯存設(shè)備都通過了相應(yīng)的功能測試，能夠正常工作，證明冬季貯存對設(shè)備沒有造成不良影響。

4 結(jié)論

通過上述低溫試驗(yàn)與對冬季貯存設(shè)備的通電測試，哈大鐵路客運(yùn)專線所用的軌道電路設(shè)備、列控中心設(shè)備、車載設(shè)備及線纜等設(shè)備在2010年均已安裝完畢并經(jīng)過了東北嚴(yán)寒的考驗(yàn)，均能發(fā)揮正常的作用。

［1］鐵道部科技司.科技運(yùn)［2008］36號 客運(yùn)專線鐵路信號產(chǎn)品暫行技術(shù)條件匯編(一)［S］.北京:鐵道部科技司，2008.

［2］TB/T3021—2001 鐵道機(jī)車車輛電子裝置［S］.

［3］Q/BX 206.1—2010 北京鐵路信號工廠企業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 應(yīng)答器地面設(shè)備［S］.

［4］TB 1447—1982 信號產(chǎn)品的絕緣電阻［S］.

［5］TB 1448—1982 通信信號產(chǎn)品的絕緣耐壓［S］.

［6］GB/T 2423.1—2008 電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn)［S］.