ZPW－2000A軌道區(qū)段補償電容對調(diào)諧區(qū)極阻抗影響的分析

賀江勝

對于ZPW－2000A軌道區(qū)段，由于鋼軌呈感性阻礙了高頻信息的傳輸，因此，在鋼軌上一定步長范圍內(nèi)增加了補償電容，以利于移頻信息的傳輸。但補償電容質(zhì)量及其引線塞釘與鋼軌接觸電阻的變化，都會對軌道電壓產(chǎn)生不同程度的影響，甚至?xí)绊懙秸{(diào)諧區(qū)極阻抗的變化。本文就補償電容對調(diào)諧區(qū)極阻抗的影響，導(dǎo)致軌道電壓波動原因進(jìn)行分析，以利于區(qū)間軌道電壓電特性分析和預(yù)防維護(hù)。

1 ZPW－2000A軌道區(qū)段補償電容對軌道電壓的影響

補償電容或其引線塞釘與鋼軌接觸電阻變化時，會導(dǎo)致軌道電壓不同程度的波動，表現(xiàn)在主軌電壓下降和本區(qū)段小軌電壓升高；而且越靠近送電端的電容變化時，主軌和本區(qū)段小軌電壓波動幅度就越大；越靠近受電端的電容變化時，主軌和本區(qū)段小軌電壓波動幅度就越小，甚至只有主軌波動，而小軌電壓沒有變化，這和補償電容容值變化幅度以及補償電容所在位置有關(guān)。

鋼軌間分布有漏泄阻抗，靠近送電端漏泄阻抗較大，補償電容補償效果明顯，所以補償電容的變化對軌道電壓影響也較大；而靠近受電端鋼軌漏泄阻抗較小，補償電容補償效果相對于送電端明顯下降，其變化對軌道電壓的影響較小。因而相同電容容值的變化，靠近送電端對軌道電壓的影響大于靠近受電端。

2 補償電容對調(diào)諧區(qū)極阻抗的影響

2．1 補償電容變化導(dǎo)致極阻抗異常的現(xiàn)象

一般當(dāng)補償電容容值減小時，會導(dǎo)致主軌電壓下降、本區(qū)段小軌電壓升高。但個別情況也會導(dǎo)致主軌電壓和本區(qū)段小軌電壓同時升高或降低。

圖1是達(dá)坂城區(qū)間兩相鄰軌道區(qū)段；圖2是達(dá)坂城18494G主軌出電壓曲線；圖3是達(dá)坂城18480G小軌出電壓曲線。表1是上述區(qū)段波動時，18494G主軌入、主軌出，以及18480G小軌入、小軌出電壓的變化情況。

當(dāng)18494G出現(xiàn)本區(qū)段主軌、小軌電壓同升、同降波動時，首先要考慮是送端問題。電壓降低時，測試送端塞釘阻抗符合標(biāo)準(zhǔn)，測試送端極阻抗361mΩ，比前期測試495mΩ變小了，于是更換調(diào)諧單元和匹配變壓器，這種現(xiàn)象依然沒有消除。對送端附近補償電容進(jìn)行測試時，發(fā)現(xiàn)靠近送端第3個電容電流波動較大，更換電容后極阻抗接近初始值，曲線恢復(fù)正常。說明是該電容容值的變化，導(dǎo)致了調(diào)諧區(qū)送端極阻抗的變化，進(jìn)而導(dǎo)致送端軌面電壓的變化。后來對其他幾個類似區(qū)段進(jìn)行了相同的檢測，均為電容影響。

圖1 達(dá)坂城兩相鄰區(qū)段

圖2 達(dá)坂城18494G主軌出電壓曲線

圖3 達(dá)坂城18480G小軌出電壓曲線

表1 補償電容變化前后主軌、小軌電壓比較

2．2 補償電容影響極阻抗的原因分析

圖4是送端并聯(lián)諧振等效電路，以及該等效電路的電抗曲線和阻抗曲線。

圖4 調(diào)諧區(qū)并聯(lián)等效電路及電抗和阻抗曲線

圖4中LV、RV為等效電感及電感中的等效電阻；C、R為等效電容及電容中的等效電阻；C′（虛線連接部分）為影響極阻抗的等效補償電容；f0為諧振點的頻率。當(dāng)不考慮補償電容C′的影響時，該并聯(lián)電路的阻抗Z為：

為了便于定性分析，當(dāng)忽略電感和電容中的等效電阻RV、R后，阻抗Z為：

一般諧振電路的品質(zhì)因數(shù)Q比較大，那么理想狀態(tài)下諧振頻率f0為：

對于某個固定的載頻f0，在電感LV不變的情況下，將式 （3）帶入式 （2），則阻抗Z為：

C0是在f0情況下并聯(lián)諧振的理想電容值。由式 （4）可以看出，在f0和LV不變的情況下，并聯(lián)電路阻抗Z的大小取決于等效電容C的大小，當(dāng)C＝C0時，Z趨于無窮大，電路處于并聯(lián)諧振狀態(tài)；當(dāng)C＞C0時，Z呈現(xiàn)容性且偏離理想諧振狀態(tài)；當(dāng)C＜C0時，Z呈現(xiàn)感性且偏離理想諧振狀態(tài)。

通過以上分析可以看出，當(dāng)?shù)刃щ娙軨變化時，會導(dǎo)致并聯(lián)電路阻抗的變化，進(jìn)而導(dǎo)致并聯(lián)電路兩端電壓的變化。對于ZPW－2000A軌道電路來說，由于施工安裝導(dǎo)致的物理結(jié)構(gòu)誤差，以及器材參數(shù)誤差，調(diào)諧區(qū)極阻抗不易達(dá)到理想狀態(tài)，所以極阻抗只是一個阻抗較高的近似值。從并聯(lián)諧振電抗曲線和阻抗曲線可以看出，在諧振點f0處阻抗較高，只要偏離諧振點，阻抗就會迅速下降。

由于ZPW－2000A軌道區(qū)段的補償電容是分布補償?shù)?，?dāng)施工沒有做到對分段鋼軌的完全補償而是過補償時，即電容補償?shù)拈L度小于規(guī)定的步長時，就會產(chǎn)生 “多余”的電容C′，這部分電容就并入了諧振電路 （如圖4虛線接入的電容）。當(dāng)C＋C′接近C0時，極阻抗變大，軌面電壓升高；相反，當(dāng)C＋C′遠(yuǎn)離C0時，極阻抗變小，軌面電壓降低。當(dāng)發(fā)生在送電端時，就會出現(xiàn)同區(qū)段主軌、小軌電壓同升同降的現(xiàn)象。

3 結(jié)束語

一般遇到主軌電壓與同區(qū)段小軌電壓同升同降的現(xiàn)象時，多數(shù)情況是送端箱盒引接線塞釘與鋼軌接觸電阻變化造成的。當(dāng)排除塞釘接觸電阻影響后，很大原因就是靠近送端電容劣化導(dǎo)致。需要注意的是，在線測量電容的算法是：

式 （5）中的A是不同的載頻下的常數(shù)。由此可以看出，當(dāng)補償電容劣化時，補償區(qū)段鋼軌阻抗變大，該點電壓、電流都下降，此時該電容容值變化不大。所以不能以測量容值的大小來判斷電容的好壞，而應(yīng)該以測試電流的變化來判斷。

處理類似軌道電壓波動的方法：一是保證靠近送電端補償電容的補償步長達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，做到完全補償；二是調(diào)諧區(qū)的幾何尺寸達(dá)到設(shè)計要求，使極阻抗能在并聯(lián)諧振點處；三是當(dāng)補償電容測試電流波動大于10mA時，應(yīng)立刻更換該補償電容。通過以上的分析，對一些久拖不決的6個異常區(qū)段均做了相應(yīng)處理，達(dá)到理想效果。

［1］ 林瑜筠．新型移頻自動閉塞［M］．第3版．北京：中國鐵道出版社，2007．

［2］ 賀江勝．ZPW－2000A小軌道日曲線形成的機理及分析［J］．鐵道通信信號，2012（12）：37－38．

［3］ 邱關(guān)源．電路［M］．第3版．北京：高等教育出版社，1989．