站內ZPW-2000A一體化軌道電路低道床適應性研究

邵嘉聲

（中國鐵建電氣化局集團有限公司，北京 100043）

1 概述

廣深鐵路四線分為高速I、II線和普速III、IV線，高速I、II線進行了信號設備升級，對站內軌道電路進行改造，站場線路利舊。改造完成后，部分車站城際場站應用ZPW-2000A一體化軌道電路。根據廣深高速I、II線站內為既有道床的現狀，存在發(fā)生道床電阻值不達標，出現“紅光帶”的風險。開展站內ZPW-2000A一體化軌道電路在低道床條件下的適應性研究，以確保工作效率，降低出現“紅光帶”的風險。

2 現場測試及分析

2.1 測試內容

軌道區(qū)段配置統計：統計各軌道區(qū)段的配置情況，包含：區(qū)段長度、載頻、線路類型、道岔位置、補償電容數量、信號電纜長度等基礎信息。

實時數據采集與分析：記錄各軌道區(qū)段當前工作參數情況，用于分析軌道電路工作情況。

歷史數據采集與分析：記錄各軌道區(qū)段的歷史工作參數情況，用于分析最低道床電阻值。

調整狀態(tài)下的電壓測試：在室內設備處測試功出電壓、功出電流、軌入電壓、主軌出電壓。室外測試送端、受端軌面電壓，送端、受端引接線電流及各補償電容位置處的軌面電壓。

分路狀態(tài)下的測試：使用分路桿（分路電阻0.15 Ω）在室外送端、受端、補償電容位置處進行分路狀態(tài)測試，記錄分路電流及區(qū)段狀態(tài)。

2.2 測試數據分析

在區(qū)段送端、受端、補償電容位置處用移頻表測試軌面電壓、引接線電流，測試記錄如表1所示。用分路桿進行分路測試（分路電阻選擇0.15 Ω），記錄分路電流、分路殘壓及軌道繼電器狀態(tài)，測試記錄如表2所示。

表1 調整狀態(tài)測試記錄Tab. 1 Adjustment Status Test Record

表2 分路狀態(tài)測試記錄Tab. 2 Branch state test record

3 計算與仿真分析

根據軌道電路系統結構、設備構成、參數和實際配置，基于傳輸原理建立站內一體化軌道電路的傳輸模型，并與實測數據進行對比，驗證模型的正確性。鑒于股道區(qū)段鋼軌線路結構簡單，測試數據量豐富的特點，選擇股道區(qū)段進行模型驗證，仿真計算多個區(qū)段調整狀態(tài)的軌面電壓及關鍵位置的分路電流，并與實測數據進行對比。

3.1 仿真條件

根據測試區(qū)段的實際情況和軌道電路標準參數，仿真條件如下。

1）區(qū)段長度：實際長度。

2）補償電容：25 μF，按照實際數量及標準間距。

3）電纜長度：10 km。

4）道床電阻：∞ Ω·km。

5）分路電阻：0.15 Ω。

6）鋼軌參數：如表3所示。7）功出等級：實際使用等級。

表3 鋼軌參數Tab. 3 Rail parameters

8）數據對比位置：發(fā)送端、接收端及各個補償電容位置。

3.2 數據對比

對運用一體化軌道電路的股道區(qū)段的送端、受端及各個補償電容位置處的調整狀態(tài)軌面電壓及分路電流進行仿真。各區(qū)段仿真情況與實測結果對比，如圖1、2所示。

圖1 ⅡG2 軌面電壓仿真和實測值對比情況Fig.1 Comparison of the simulated and measured values of IIG2 rail surface voltage

由于現場鋼軌一次參數存在離散性、道床電阻分布不均勻、實際補償電纜長度誤差、分路電阻差異和實際電容安裝位置變化等情況，仿真結果與實測值存在少量誤差，各關鍵點電壓和電流變化趨勢相同，仿真值與實測值相一致。

圖2 ⅡG2 分路電流仿真和實測值對比情況Fig.2 Comparison of the simulated and measured values of IIG2 shunt current

4 區(qū)段最低道床電阻計算

4.1 軌道區(qū)段軌出電壓變化情況

根據歷史數據情況分析，11～12月為干燥季節(jié)，5～7月為潮濕季節(jié)，每個站以一個典型區(qū)段為例，列出年曲線、干燥季節(jié)、潮濕季節(jié)的月曲線。以車站為單位，對每個區(qū)段的受潮濕環(huán)境影響的軌入電壓最大值、最小值進行統計，根據區(qū)段配置情況進行最低道床電阻值分析和計算，具體情況如表4所示。

表4 干燥季節(jié)和潮濕季節(jié)軌出情況對比Tab. 4 Comparison of derailment in dry season and wet season

干燥季節(jié)和潮濕季節(jié)變化規(guī)律較類似，潮濕季節(jié)軌出電壓最大和最小值較干燥季節(jié)下降約3%左右，滿足軌道電路調整要求。

4.2 道床電阻、軌面電壓與傳輸極限長度的關系

1）無岔區(qū)段

軌面電壓、道床電阻和極限傳輸長度關系如圖3所示。

圖3 4種頻率無岔區(qū)段極限長度Fig.3 Limit length of switchless section with four frequencies

2）道岔區(qū)段

道岔區(qū)段計算分為兩種類型：第一種類型包含1組道岔，岔長為160 m；第二種類型包含2組道岔，第1組岔長為80 m，第2組岔長為160 m。

以一組道岔為例進行分析，其中直軌軌面電壓、道床電阻和極限傳輸長度關系如圖4所示。

圖4 4種頻率道岔區(qū)段極限長度Fig.4 Limit length of switch section with four frequencies

當 道 床 電 阻 為0.6 Ω·km時，1 700 Hz、2 000 Hz、2 300 Hz極限長度為350 m，2 600 Hz極限長度為300 m；當道床電阻為1 Ω·km時，4種載頻下極限長度為400 m；當道床電阻為2 Ω·km時，4種載頻下極限長度為650 m。

5 總結

對現場測試情況及分析，21%的區(qū)段歷史最低道床電阻小于2 Ω·km，75%的區(qū)段歷史最低道床電阻在2～5 Ω·km之間，4%的區(qū)段歷史最低道床電阻大于5 Ω·km。根據分析結果，當前廣深I、II線站內道床情況能夠滿足ZPW-2000A一體化軌道電路區(qū)段長度劃分。站內軌道道床適應ZPW-2000A一體化軌道電路的應用條件，ZPW-2000A一體化軌道電路在現場應用良好。