【doc】城市轨道交通轨道电路基本参数的研究

城市轨道交通轨道电路基本参数的研究 l 瓒雨 j 辘蘧涸鼹:j 碱希饥变通饥电路苍本参数的研宓* 邹雷滨郭玉臣 (同济大学计算机科学与技术系,200331,上海第一作者,助教) 摘要针对上海轨道交通轨道电路基本参数研究现状,分 析了城市轨道交通轨道电路的原理及传输特性.提出利用 开路短路二电压法测算城市轨道交通轨道电路的基本参数. 轨道交通整体道床或碎石道床的轨道电路,其钢轨电阻随频 率的增大而增大,钢轨电感随频率的增大而减小,道床电阻 随频率的增大而减小,轨问电客随频率的增加而减小. 关键词城市轨道交通,轨道电路测试,一次参数,二次参 数 中图分类号 U284.28 ResearchontheBasicParameterofTrackCircuitinUrban RailTransit ZouLeibin,GuoYuchen AbstractAccordingt.someearchesofthetrackcircuitpa rameterforShanghairailtransit,thispaperanalyzestheprlnci pleandthetransmissioncharactersofthetrackcircuitforurban railtransit,discussesthemethodfortestingandcalculatingthe trackcircuitparameters,andcomestotheconclusionthatthe frequencyisakeytodecidethetrackresistance,trackinduc tanceandthecapacityvolumebetweentracks. Keywordsurbanrailtransit,trackcircuittesting,primary parameter,secondaryparameter First.authorSaddressDept.ofComputerSci.Tech,. T(miUniv.,200331,Shanghai,China 城市轨道交通轨道电路具有信号传输频率高, 轨道电路长度较短,列车占用检测灵敏度高的特点. 虽然国内的铁路已有了轨道电路参数值,但由于城 市轨道交通的轨道电路与铁路轨道电路相比,在信 号传输频率,轨道电路结构,道床类型等方面都有根 本性的区别.因此铁路的轨道电路参数值是否适用 于城市轨道交通的轨道电路,是学术界关注的课题. 同时,城市轨道交通的列车自动控制(ATC)系统均 由国外引进,其中的列车自动防护(ATP)子系统的 上海市科委城市轨道交通科技攻关项目(03DZ12040) ? 54? 轨道电路设计参数是否符合各个城市轨道交通轨道 电路的实际,也备受关注,因为这关系到系统工作的 稳定与可靠.因此,对城市轨道交通轨道电路参数 的研究和探索,最终获取城市轨道交通轨道电路参 数值,不仅是 ATP 子系统设计的基础,也为当前线 路 ATC 系统的日常使用,维护提供必要的理论依据 和数据支持. 1 轨道电路的结构与原理 城市轨道交通轨道电路的分类,按电气分割方 式可分为有绝缘轨道电路和无绝缘轨道电路.无绝 缘轨道电路按原理又可分为两大类,第一类是自然 衰耗式(无电气分割点); 第二类是电气隔离式 (又称 谐振式),是在轨道电路的分界处采用电容和钢轨部 分电感构成一个谐振回路,并用不同频率进行电气 隔离.图 1 为一种电气隔离式无绝缘轨道电路的工 作原理图,采用环线感应方式从钢轨获取信号. 图 1 中,由感应环线的电感,感应环线与“S“ Bond 的互感,感应环线与钢轨的互感,AC 耦合单元 中的 Ra,Ca,La,构成谐振频率为 .厂 A 的并联谐振槽 路.A 轨道电路发送端产生频率为. 的信号时,对 于 A 轨道电路接收端的谐振槽路呈现低阻,而对 C 轨道电路接收端的谐振槽路则呈现高阻抗,因而频 率为, 厂的信号只能被 A 轨道电路接收端接收,不 会被 C 轨道电路接收端接收,从而构成电气绝缘. B,C 轨道电路发送器和接收器的连接方式与 A 轨 道电路相同.所不同的是,B,C 轨道电路发送和接 收的频率分别为. 厂 B 和 . 厂 c.由于 s 型轨道跳线的存 在,将两根钢轨短路起来,使轨道电路不平衡系数大 大减少,从而降低了牵引电流的影响. 目前的上海轨道交通中,正线轨道电路均为电 气隔离式无绝缘轨道电路.其中,1 号线是音频无 .潮瓣 .季-: 爨嘏 绝缘轨道电路,其载频为 2625Hz,2925I-Iz,3375 Hz,4275Hz 交替配置,调制频率 2Hz,3Hz 也交替 配置,共有 8 种不同的组合(AsK 信号);2 号线是数 字编码无绝缘轨道电路,其载频频率为:上行 1O.5 kI-Iz,12.5kHz,14.5kHz,下行 11.5kHz,13.5 kI-Iz,15.5kI-Iz 交替设置(渡线环线为 16.5kHz),频 偏为200Hz 的 FSK(数字频率调制)信号;3 号线 是数字报文式无绝缘轨道电路,其载频为 9.5 2O.7kI-Iz 的 MSK(最小频移键控)信号. 2 轨道电路传输特性的测试 为进一步了解城市轨道交通轨道电路的特性, 对其进行了传输特性的测试. 现以上海轨道交通 2 号线轨道电路传输特性测 试为例进行介绍.测试时,只打开某轨道电路的发 送设备,关闭其它轨道电路.从轨道电路的接收端 至发送端选择点测试该点的电压值.测试结果如图 2 所示.从图 2 可以看出:2 号线轨道电路的钢轨传 输特性呈线性,且在电气绝缘分割点“S“Bond 处的 电压下降很快,说明其具有良好的电气绝缘特性. 列车运行方向 环环 A 环环 C fB 线线“Bond 线线 fcl lllI 亳歪.一蘸藿峰塞【且, 一,VV, 5.0 4.5 40 3.5 3.0 出 2.5 2.0 1.5 1.0 0,5 0 图 1 电气隔离式轨道电路原理图 3 轨道电路参数测试方法探索 3.1 测试的理论依据 从城市轨道交通轨道电路的基本结构及工作原 理看,无绝缘轨道电路与有绝缘轨道电路一样,都是 通过钢轨传输电流的.轨道电路是具有低绝缘电阻 的电气回路,属于均匀分布参数传输线.因此,均匀 分布参数传输的基本方程在无绝缘轨道电路中适 用,它反映了轨道电路始端(送电端)的电压 s 和 电流 s,与终端(受电端)的电压 U2 和电流之间 的关系: fUs=Uzchy+IzZcshy 1ts:_Vzsh+jzchlZr, 式中:Z 为轨道电路的特性阻抗;y 为轨道电路的 传输常数;为轨道电路长度. 同样,和其它均匀分布参数的传输线一样,无绝 缘轨道电路也可以应用四端网的理论来分析研究它 的各种问题. 3.2 测试方法 考虑到城市轨道交通现场实际测试环境,现有 的仪器设备以及测试精度等因素,一般采用开路短 路三电压表法_2J.其测试电路示意图如图 3 所示. 开路短路三电压表法测试原理:在轨道电路终 端开路,短路时,用一块电压表迅速地测出轨道电路 始端 Ul,U2,u3 三处电压值(U1 为始端总电压; U2 为可调电阻 Rx 的电压,U3 为始端轨面电压). 由这些测试所得数据求出轨道电路始端的开路输入 阻抗和短路输入阻抗,包括阻抗值和阻抗角;然后根 据均匀分布参数传输的基本方程求出二次参数 (,7);最后求解出轨道电路基本参数. 终端 轨道电路长度一 1 图 3 开路短路三电压表法测试电路示意图 图 2 上海轨道交通 2 号线轨道电路传输特性测试结果 在开路短路三电压表法中,测试三个电压的目 上海轨道交通 1,3 号线测试所得结果与 2 号线的,一 方面是为求出输入阻抗的阻抗值,另一方面是 测试结果所呈现的特性基本一致.通过这三个电压的矢量关系求出输入阻抗的相 位 ? 55- 城 1 雨 I 辄渣羹强鼹辫避瓣辩 角.而在测量多个电压值时,对仪表的读数具有不 可避免的非同时性,就会造成计算相位角的误差. 针对开路短路三电压表法的缺陷,利用多功能数 字表的特眭,将开路短路三电压表法进行改进,使其在 读取 U3 和的同时,直接通过多功能数字仪表读取 始端轨面电压,电流的相位差中,而不需要测量 U1. 这种方法名为开路短路二电压法(如图 4).它克服了 三电压表法测试过程中读数不同时的缺点. 轨道电路 K 度+l 终端 图 4 开路短路二电压法测试电路示意图 3.3 现场测试 城市轨道交通轨道电路基本参数的测试,主要 存在两个难点:一是根据城市轨道交通的具体情况, 如何进行测试,选用什么测试方法;二是轨道交通轨 道电路的信号传输频率集中在 225kHz,如何生 成这些频点以及如何保证有足够的功率进行传输. 针对以上难点,结合城轨交通轨道电路频率配 置,研制了一款信号发生器和匹配的功率放大器,利 用开路短路二电压法,在上海轨道交通 1 号线进行 了轨道电路参数测试的试验.信号发生器用于生成 230kHz 范围的信号频率;匹配的功率放大器则 用来使高频信号有足够的功率在轨道电路上进行传 在 60Hz20kHz 时,其测量交流电压的精度为 1. 5%,频率在 0.1Hz1MHz 时,测相位精度为0. 5开路短路二电压法测算轨道电路参数的计算模 型通过 Madab 编程实现,根据所测的必要数据 ,利用 计算机程序计算出轨道电路的二次参数和一次参数. 测算结果显示:轨道交通整体道床或碎石道床 的轨道电路,其钢轨电阻随频率的增大而增大,钢轨 电感随频率的增大而减小,道床电阻随频率的增加 而减小,轨问电容随频率的增加而减小. 4 结语 本文针对城市轨道交通轨道电路的特点,对其 进行了分析和 2 见 0 试,并提出利用开路短路二电压法 进行轨道电路基本参数的测算;其意义在于,在掌握 轨道电路结构与原理的基础上,探索适用的城轨交 通轨道电路基本参数测试方法.虽然其测算结果还 不具有统计意义,但为城市轨道交通轨道电路基本 参数的进一步研究打下了一定的基础. 参考文献 1赀锡康.无绝缘轨道电路原理及分析M.北京:中国铁道出版 社,1993:17. 22 吴纪元 .朱甫正,黄洵石.轨道电路维修M.北京:中国铁道出 版社,1988:320. 32 陈永生 ,陈凌安.吴汶麒.计算轨道电路的有限元准对角线矩阵 法J. 铁道 ,1999,21(6):55. 4赵会兵.高速铁路轨道电路数字仿真系统的研究J.北方交通 大学,1999.23(5):70. 5当代中国铁路信号(1996-2000)编辑委员会.当代中国铁路信 号(1996-2000)M.北京:中国铁道出版社 ,1997:306. 6张郁,黄佩伟 .上海轨道交通 3 号线轨道电路分析J.城市轨 道交通研究,2004(4):87. 输而不失真.测量仪器采用多功能数字仪表,频率(收稿日期:2005 0414) 北京地铁票款收入去年突破 9 亿元 新华社 2 月 5 日消息 2005 年,北京市地铁运营有限公司票款收入突破 9 亿元,比 2004 年增收 2 亿元,共上缴地方税款 3500 多万元. 分析人士认为,北京轨道交通近年来发展态势持续良好,一方面缘于地铁公司在 2001 年和 2003 年进行的两次改制,理顺 和完善了地铁管理体制.此后,北京市地铁运营有限公司作为北京市承担轨道交通 经营管理的专业公司,对地铁的车辆,通 信信号,供电,机电,线路等方面的技术设备进行全面升级,进一步提高丁地铁的运 营质量,推动了北京轨道交通的发展. 另一方面,北京市政府部门对公共交通投资和建设力度的加大