軌道電路疊加電碼化入口電流的計(jì)算

趙喜楨

（西安思源科創(chuàng)軌道交通技術(shù)開(kāi)發(fā)有限公司 陜西 西安 710054）

為了保證列車行車安全和提高運(yùn)輸效率，使機(jī)車信號(hào)車載設(shè)備能連續(xù)不斷地接收到地面信息而不間斷顯示，需在站內(nèi)原軌道電路的基礎(chǔ)上進(jìn)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(zhuǎn)發(fā)或疊加機(jī)車信號(hào)信息技術(shù)的總稱。

電碼化信號(hào)[1-2]分為載頻及低頻信息，低頻信息為傳輸?shù)挠行盘?hào)，在疊加電碼化區(qū)段，機(jī)車第一輪對(duì)進(jìn)入軌道區(qū)段時(shí)，鋼軌內(nèi)傳輸機(jī)車信號(hào)信息的電流（入口電流，指載頻電流）應(yīng)大于最小電流的限制，方可滿足機(jī)車信號(hào)車載設(shè)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(jì)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(fā)送設(shè)備、防雷設(shè)備、隔離設(shè)備、軌道電路設(shè)備中的扼流變壓器（或軌道變壓器）、鋼軌等，其傳輸原理見(jiàn)圖1所示。

當(dāng)列車踏入電碼化軌道電路時(shí)，列車輪對(duì)短路鋼軌，即將鋼軌上傳輸?shù)碾姶a化信號(hào)短路，形成的短路電流即為機(jī)車信號(hào)車載設(shè)備接收的感應(yīng)電流，機(jī)車信號(hào)車載設(shè)備提取出感應(yīng)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(jì)算界限及方法

2.1 計(jì)算界限

由于防雷設(shè)備為可調(diào)變壓器，一次與二次圈數(shù)的比值是根據(jù)軌道區(qū)段長(zhǎng)度的變化而調(diào)整，這樣就不利于將其納入整個(gè)系統(tǒng)的計(jì)算，故將整個(gè)系統(tǒng)的計(jì)算從模擬電纜開(kāi)始。

由于電碼化入口電流測(cè)試點(diǎn)為列車第一輪對(duì)剛踏入軌道區(qū)段的位置（軌道區(qū)段絕緣節(jié)內(nèi)側(cè)），該點(diǎn)為電碼化信號(hào)傳輸最遠(yuǎn)的有效位置，是軌道線路上短路電流最小的位置，該點(diǎn)短路電流達(dá)到要求即整個(gè)區(qū)段的短路電流均能滿足機(jī)車信號(hào)車載設(shè)備的接收。因此，整個(gè)系統(tǒng)的計(jì)算在該區(qū)段的入口短路點(diǎn)結(jié)束。

2.2 計(jì)算方法

ZPW2000電碼化傳輸電路符合二端口網(wǎng)絡(luò)[3]的鏈路連接方式，可將整個(gè)電碼化疊加電路整理為一個(gè)二端口網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)二端口網(wǎng)絡(luò)參數(shù)中入口端與出口端各參數(shù)的關(guān)系，可計(jì)算出終端設(shè)備的電壓、電流及其角度等數(shù)據(jù)，然后再一級(jí)一級(jí)往前推算，可得出電路中每個(gè)設(shè)備入口端的電壓、電流等數(shù)據(jù)，具體算法如下：

ZPW2000電碼化傳輸電路中的每一個(gè)設(shè)備都可以用二端口網(wǎng)絡(luò)的形式來(lái)表示（如圖2所示），用式子表示為：

圖2 二端口網(wǎng)絡(luò)Fig. 2 Two port network

整理以上方程得：

3 計(jì)算程序設(shè)計(jì)

為了具備良好的界面，并利于數(shù)據(jù)保存，采用Visual Basic for Applications（VBA）開(kāi)發(fā)環(huán)境[5]編寫程序，作為非常流行的應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)語(yǔ)言Visual basic的子集，VBA具有VB語(yǔ)言的大多數(shù)特征和易用性，它最大特點(diǎn)就是將Excel作為開(kāi)發(fā)平臺(tái)來(lái)開(kāi)發(fā)程序，可以應(yīng)用Excel的所有現(xiàn)有功能，例如數(shù)據(jù)處理、圖表繪制、數(shù)據(jù)庫(kù)連接、內(nèi)置函數(shù)等。

在Visual basic編輯器中將上述算法編寫為程序語(yǔ)言，編寫界面程序（表格）以及數(shù)據(jù)顯示程序等，首次運(yùn)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(shù)等），根據(jù)計(jì)算的需要填寫輸入條件，運(yùn)行宏指令，若診斷無(wú)誤，在程序界面中即顯示各設(shè)備入口端的電壓、電流、阻抗及變化的角度等參數(shù)，若診斷有誤，檢查有誤的輸入條件并重新填寫后在運(yùn)行宏指令，這樣，計(jì)算得出的數(shù)據(jù)便可以用EXCEL文檔的形式保存，程序運(yùn)行流程如圖3所示。

圖3 程序框圖Fig. 3 Flow chart of program

4 計(jì)算舉例

4.1 舉例參數(shù)（輸入條件）

以不對(duì)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(zhǎng)度=900 m；

3)鋼軌一次參數(shù)[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(shù)：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(biāo)

入口電流在最不利道床電阻下，不小于0.5A。

4.3 計(jì)算得出的數(shù)據(jù)

按照以上輸入條件進(jìn)行計(jì)算，執(zhí)行宏運(yùn)行指令，計(jì)算得出的結(jié)果如圖4所示。

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

圖4 舉例計(jì)算結(jié)果Fig. 4 Results of example

5 結(jié)束語(yǔ)

理論計(jì)算一方面能夠在理論上指導(dǎo)實(shí)際工程項(xiàng)目，另外一方面又對(duì)實(shí)際工程項(xiàng)目提供了驗(yàn)證依據(jù)。這種以二端口網(wǎng)絡(luò)級(jí)聯(lián)鏈路計(jì)算的方法既可以將若干個(gè)二端口[7]看做一個(gè)二端口，也可以將一個(gè)復(fù)雜的二端口分解為若干個(gè)簡(jiǎn)單的二端口，便于根據(jù)工程實(shí)際選取不同的方案。而利用EXCEL的表格界面，嵌入VB程序語(yǔ)言，便于實(shí)現(xiàn)各類計(jì)算程序，計(jì)算速度迅速，且數(shù)據(jù)保存方便。這種方法已經(jīng)成功應(yīng)用在軌道電路電碼化入口電流計(jì)算的工程應(yīng)用當(dāng)中，為工程開(kāi)發(fā)提供了極大便利。

[1] 林瑜筠.機(jī)車信號(hào)車載系統(tǒng)和站內(nèi)電碼化[M].北京:中國(guó)鐵道出版社,2008.

[2] 北京全路通信信號(hào)研究設(shè)計(jì)院.TB/T 2465-2010.鐵路車站電碼化技術(shù)條件[S].北京:中國(guó)鐵道出版社,2010.

[3] 邱關(guān)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(jì)算[J].鐵道通信信號(hào),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(shè)計(jì)[M].北京:中國(guó)鐵道出版社,2005.

[6] 鐵路信號(hào)維護(hù)規(guī)則技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)Ⅰ[S].北京:中國(guó)鐵道出版社.2008.

[7]張大為,李軍,馬海虹.MMIC LNA設(shè)計(jì)中無(wú)源二端口網(wǎng)絡(luò)相關(guān)特性分析[J].現(xiàn)代電子技術(shù),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.