【优秀毕业论文】交流电化区段25hz轨道电路相位分析及抗干扰的改进研究.pdf

北方交通大学 硕士学位论文 交流电化区段25hz轨道电路相位分析及抗干扰的改进研究 姓名 李永祥 申请学位级别 硕士 专业 电子信息工程 指导教师 蒋大明 20030401 北方交通大学硕 卜 论文 丫 5 8 8 2 4 0 摘要 摘要 本文结合新月线和京广线 安郑段 电气化区段各站电气集中运用 中2 5 h z 相敏轨道电路发送设备 传输设备 接收设备及其与6 5 0 2电气 集中结合部电路 与机车信号结合电路存在的问题进行研究分析 提出 改进方案 重点对2 5 h z 相敏轨道电路接收设备改进方案进行试验 提出 延长轨道电路有效长度 提高抗干扰能力和系统可靠性的方法 关键词 铁路信号轨道电路改进研究 a b s t r a c t 丁 h i s a r t i c l e d e a l s w i t h t h e s t u d y a n d a n a l y s i s a b o u t t h e p r o b l e m s w h i c h a r e l i v i n g in e v e r y s t a t i o n o f t h e e le c t i v e r a i l w a y o f x in y u e l i n e a n d z i n g g u a n g l in e fr o m a n y a n g t o z h e n g z h o u t h e s e p r o b l e m s a r e e x i s t i n g in c o n t a c t c i r c u i t o f s e n d in g e q u i p m e n t s t r a n s m i s s io n e q u i p m e n t s r e c e i v i n g e q u i p m e n t s u s i n g i n t h e 2 5 h z t r a c k c i r c u i t a n d t h e 6 5 0 2 c e n t r a l i z e d i n t e r l o c k i n g t o g e t h e r w i t h c a b s i g n a l s mo r e o v e r t h e a r t i c l e a d v a n c e s i m p r o u e d p l a n s a n d p r o p o s e s h o w t o e x t e n d e ff e c t i v e l e n g t h o f t r a c k c i r c u i t a t t h e s a m e t i m e i t a l s o p r o p o s e s h o w t o e n h a n c e t h e a b i l i t y o f i m m u n e t o p r o p u l s i o n a n d s y s t e m r e l i a b i l i t y k e y w o r d s t r a c k c i r c u i t r a i l w a y s i g n a l i m p r o v e s t u d y 未 经 作者 导 师 问 滋 勿全 文公 布 北方交通大学硕士论文第一章绪论 第一章 绪论 圣 1 1 2 5 h z 轨道电 路在国内外运用的基本情况 轨道电路是钢轨线路和连接于其始端及终端的器械总称 通过轨道 电路 可以检测轨道上有无列车 车辆 占用 能发送关于轨道是否空 闲与是否完整的信息 起着一个信息发送器的作用 同时还起着通过信 号机之间 以及地面设备与机车设备之间信息发送与接收通道的作用 因而轨道电路是铁路列车运行自 动控制和远程控制的基础设备之一 在铁路牵引动力实行交流电气化以后 工频牵引电流会对轨道电路 产生干扰影响 因此 要求轨道电路除完成检测轨道上有无列车 车辆 占用的功能外 还必须具有抗牵引电流干扰的功能 那么 采用什么方 法来实现这一要求呢 一般情况下 采用轨道电 路的 信号电 流频率与 牵 引电流的频率 包括其谐波 不同的方法 使轨道电 路的接收设备只有 接收到由发送设备发出的信号时才能工作 而2 5 h z 相敏轨道电 路就是一 种适应铁路电气化抗干扰要求的轨道电路 原苏联和日 本于2 0 世纪6 0 年代初几乎在相同的时间 根据变参数 振荡原理 研制成了基本采用铁磁元件的铁磁分频器 这样就可以 从工 频电源经分频后直接获得2 5 h z 信号电源 且具有频率和工作稳定 维修 周期长 能长期连续工作和就地变频的 特点 原苏联从1 9 6 7 年起在工频 电 气化区段的站内 采用2 5 h z 相敏轨道电 路 接收端采用二元二位继电 器 并从1 9 7 0 年起决定在今后做新设计时 站内一律采用该制式 近年 来在区间自 动闭塞中 也有采用2 5 h z 相敏轨道电路的 日本研制的铁磁 北方交通大学硕士论文第一章绪论 分频器 在结构上基本与原苏联相同 也采用交流二元二位继电器 但 称为分频轨道电路 也有在受电端加以倍频的分频轨道电路 日本从 1 9 6 3年起正式使用分频 分 倍频 轨道电路以来 截止到 1 9 8 2年 将近2 0 年 这种轨道电路 包括分 倍频 约占日本轨道电路总里程数 的2 5 以上 分频轨道电路在日 本电 气化区段己经作为一种站内轨道电 路的标准制式推广使用 我国于1 9 7 8 年底 由中国铁路通信信号总公司研究设计院参考国外 同类制式 开始研制 2 5 h z 相敏轨道电路 1 9 8 2 年 2月铁道部进行了技 术鉴定 并批准推广使用 以后在丰沙大 丰台 一沙城一大同 京秦 贵昆 西陇海 北同 蒲 京广 太焦 焦枝等线相继开通使用 2 5 h z 相 敏轨道电路已成为我国电气化区段站内轨道电路的主要制式 实际运营证明 该制式由于采用的信号频率低 所以 有较好的传输 特性 由于基本采用铁磁元件 具有结构简单 故障率低 防雷性能优 良 便于维修和易于实现一次调整的特点 由于它具有可靠的频率选择 性和相位选择性 有较强的抗千扰能力和可靠的绝缘破损防护的能力 可以顺利地与交流计数电 码机车信号结合 应用其具有频率选择性的 特 性 可以 达到叠加移频机车信号的目 的 根据国 产 4 信息 8 信息 1 8 信息 移频和u m 7 1 移频机车信号的需要 能在确保 故障一安全 的 前提下实施电码化 并能实现预叠加发码方式的电码化 同时区间也可 以 采用2 5 h z 相敏轨道电路叠加移频机车信号的自 动闭塞制式 其安装于 我国第一条运行单元重载列车的大同至秦皇岛区段 并投入使用 效果 良 好 由于2 5 h z 相敏轨道电路具有以 上优点 因此 深受现场欢迎 并 大面积投入使用 北方交通大学硕士论文第一章绪论 1 2 2 5 h z 相敏轨道电 路的特点 经过实践考验 该制式轨道电路具有以下特点 1 相敏轨道电路由于采用二元二位继电器 其具有可靠的相位选择 性和频率选择性 因而对轨端绝缘破损和外界牵引电流或其他频率电流 的干扰能可靠地进行防护 无论不平衡连续牵引电流有多大 都不能使 轨道电路错误动作 故可采用连续式供电 使之应变速度快 便于电 码 化时迅速发送机车信号信息 并且工作稳定 维修周期长 2 轨道电路采用2 5 h z 频率后 与其他工频连续式轨道电路比较 在相同的条件下 受道碴电阻变化的影响较小 因而改善了传输特性 3 2 5 h z 电源是运用分频的原理构成的 由于5 0 h z 工频稳定 所以 它也有频率稳定的特性 其频率恒等于工频的一半 4 由于2 5 h z 分频器的固有特性 当两分频器的输入端反向 连接时 则其输出电压相差9 0 0 易于做成局部电 源电 压恒超前轨道电 源电 压 9 0 0 因 而可以 采用集中 调相方式 5 2 5 h z 分频器具有不可逆性 虽然5 0 h z 不平衡牵引电流通过扼流 变压器 轨道变压器流入轨道分频器的输出回路 但在其输入端不可能 有1 0 0 h z 电流 即局部分频器的输入端得不到1 0 0 h z 电 流 在局部分频 器的输出端也就不可能有5 0 h z 电 流 同时轨道继电器的局部线圈是由 室 内独立的分频器供电 它既不与钢轨或轨道分频器的输出相连 又不经 过室外的电缆线路 不受接触网电流感应产生的5 0 h z 千扰电压的影响 保证了轨道继电器不致受牵引电流干扰而错误吸起 6 田 字型分频器的两线圈呈9 0 位置放置 输入线圈的交流电 产生的磁通不与谐振线圈完全相交 因此原则上排除了在输入线圈间有 北方交通大学硕士论文第一章绪论 局部短路时输入线圈5 0 h z 电流向分频器输出电路的变换 大大降低输出 2 5 h z 回路中 5 0 h z成分 可限制在不大于4 的范围内 保证了即使在 防护盒断线的情况下 轨道继电器也不会误动 7 分频器具有稳压特性 当 输入的5 0 h z 电 源电 压在2 2 0 v 负载 由 空载至满载的范围内 变化时 分频器的 输出电 压仅在2 2 0 t 6 6 v范围 内变化 因而提高了轨道电路工作的稳定性 8 2 5 h z相敏轨道电路由于采用了连续式供电方式 就可对整个轨 道电路的技术性能和指标用一般的原理和数学方法进行理论分析或计 算 从而较方便地找出其工作的最不利条件和极限指标 更便于通过试 验手段对理论计算加以 验证 1 3 2 5 h z 相敏轨道电 路存在的主要问题 和改进的必要性 1 3 1 2 5 h z 相敏轨道电路存在的主要问题 目 前我国电 气化区段车站内 大量采用的2 5 h z 相敏轨道电路是 1 9 7 8 年年底开始研制的 经室内 外试验 现场试点 工程扩大试验后 于1 9 8 2 年2月通过铁道部鉴定 因其设备简单耐用 便于掌握 故障率低等优 点 故至今已 在数千公里电气化区段车站采用 并在 八五 电务装备 政策中 被定为推广的制式之一 但随着国内 现场大量使用 逐步暴露 出一些急待克服的技术缺陷 个别问 题还很突出 直接影响运输安全与 效率 另外还存在不能适应股道有效长的 增加 传输距离短 不能适应 铁路运输提速 重载的要求 北方交通大学硕士论文第一章绪论 针对 2 5 h z轨道电路存在的主要问题及其它需要改进的内容和采取 的方法与措施 国外和国内科研机构 广大现场都提供了大量的技术素 材 北方交通大学以前所承担的 提高2 5 h z 相敏轨道电路抗干扰能力 部定课题时 己 做了大量有效的工作 日 俄两国近年来对同类制式轨 道电路的改进也做了不少工作 并在公开刊物上有所介绍 所有这些工 作对本项目的开展是极为有利的 如能对其充分利用 将对改进研制工 作起到事半功倍的作用 因此 本项目正式开展工作的第一阶段就是收 集整理有关技术素材和已 经取得的有关科研成果 第二阶段是采用理论 和实践相结合的方法 将收集到的有关资料进行分析 消化 再进行改 进研制 规划设计相关需改进项目 即首先在理论上理解存在问题的 根 源 并初步分析出结果 以后才辅以 室内 现场试验 通过测试检验有关 数据和有关参数图象对理论分析加以证实或修正原有的错误理解 然后 根据收集到的国内外资料 将原制式存在的技术问题和适应新情况需满 足的新要求 分门别类进行统计 整理 作为改制研制的目 标和重点 兹归纳分析如下 一 冲击千扰引起轨道继电器错误动作 1 电力机车升降弓 过电分段 即 带载通过接触网的站内分区绝缘 节 开关其主断路器及其驶过结有冰凌的接触网时 都能造成对轨道电 路的冲击干扰 尤其是个别区段 在现场已发现较短的道岔区段 其轨 道继电器在无车占 用时可能因此瞬间落下 理论分析和室内实验发现轨 道继电器在落下状态由 于冲击千扰也可造成其错误吸起 但现场未发生 过 控制台的轨道表示灯便闪红灯 打掉已开放的信号 点红灯或点蓝 灯 2 8 0年代初期 北方交通大学有关部门为大秦工程做室外千扰试 验时 专用试验用的电 力机车在升降弓的 过程中 曾 试出 过轨道电 路失 北方交通人学硕十沦文第一章绪论 系数相当于增加 2 3 c 再加上扼流变压器引至钢轨的两根引接线一长 一短 其电阻值也不相等 接触网塔杆地线是通过火花放电间隙一侧钢 轨 当火花放电间隙不良短路时 失去隔离作用 只要有电压 电流 存在 即通过连接轨条的钢条放电 引起牵引电流不平衡 塔杆地线火 花间隙下端与钢轨相连的钢筋 对地有一定接地电阻 当并联越多 接 地电阻越小 特别是当地面潮湿时 这段钢筋使部分牵引电流入地 增 大了两轨条牵引电流不平衡 实测单根钢筋接地电阻为5 1 0 欧姆 通过 计算一根钢筋的接地电阻严重时可引起 2 4 2 5 左右的不平衡r当一个 轨道区段连续多处出现这种情况时 会引起轨道电路不能正常工作 横 向回流线过多 导致某一区段或股道牵引回流过于集中 增大不平衡电 流含量 对轨道继电器冲击干扰增大 影响轨道电路正常工作 接近接 触网带电部分的信号设备所设地线接向 扼流变中心板 设备通过基础埋 入大地 相当于形成 第三轨道 牵引电流通过扼流变中心点入地 增 加大地迷流 引起牵引电流不平衡 综合上述各种因素 造成了牵引不 平衡电流系数的增大 北方交通大学和郑州铁路局的测试统计表明 我 国大部分区段的不平衡系数超过5 一般为7 1 0 有的道岔区段高 达 1 5 2 0 有的甚至更高 这致使牵引电流侵入轨道继电器设备的千 扰量增大 严重时极易误动轨道继电器 1 3 2 2 5 h z 相敏轨道电 路改进的必要性和可行性 为确保轨道电路安全 稳定 可靠的运用于现场以及针付铁路运输 事业提速 重载等新形势产生的新情况 作为一种因其适应性广 实用 性强而被铁道部 九五 电务装备政策列为推广使用的制式一2 5 h z 相敏 北方交通人学硕十论文第 一章绪论 去分路检查 二 绝缘破损防护失效造成轨道电路失去分路检查 俄罗斯某铁路局曾发现扼流变压器的牵引引接线因接触不良 当造 成某一定范围值的接触电阻时 绝缘破损的防护功能便被破坏 造成轨 道电路失去分路检查 三 目前我国电气化区段轨道电路在工 程设计 施工及现场维护中 出现的问题 1 受电端不设扼流变压器影响轨道电路正常工作 据国外有关资料介绍和我国现场的维护实践 在受电端不设扼流变 压器时 牵引电流迂回集中到正线股道或其它线路返回 对轨道继电器 的干扰要比设扼流变压器时大得多 2 设置空扼流引起电码化工作不稳定 当轨道电路送电端实施移频电码化时 如果股道的中部及有专供车 站接馈电用的扼流变压器时 机车驶过此扼流变压器之前 因钢轨内 移 频电流不够而发生机车信号 闪白 灯 的现象 3 电源屏配置不合理造成浪费 原2 5 h z 电源屏内的局部和轨道分频器的容量不配套 即局部容量过 小 而轨道容量偏大 其结果是不但给工程设计选用电源屏的型号带来 不便 因无法提出统一 简明的适用轨道区段数指标的设计资料 而且 常出现局部容量不够 而轨道容量有富裕 只得升级选用更大型的电源 屏 造成浪费 4 不平衡引起的问题 我国电气化铁路的钢轨接续线多采用双套塞钉式 其接触电阻值不 稳定 设计和生产扼流变压器时 对其中点对称性均无指标要求 产品 的对称性差异很大 不对称度甚至高达2 3 造成牵引电流的不平衡 北方交通大学硕士论文第一章绪论 轨道电路有必要在现场的使用中不断的对其进行研究和改进 使其在铁 路事业大发展的新形势下满足安全 可靠的要求 l 2 5 h z 相敏轨道电路自7 0 年代末在我国投入使用以来 经过不断 的改进 现在已 有 2 5 h z 相敏轨道电路 旧型 9 7 型2 5 h z 相敏轨道 电路 9 7型 w x j 2 5 型相敏轨道电 路 电子型 等不同类型的设备 在现场使用 有必要对它们进行比较研究 寻找合适的调整方式 做到 一次性 调整 从而保证可靠使用 2 为适应铁路运输高速 重载的发展要求 提高轨道电路极限长度 提高轨道电路传输设备容量是必要的 近年来 我国不少线路区段已 开 始将股道的有效长度由 原来的8 5 0 米延长至1 0 5 0 米 受梯形道岔的影响 站内正线股道的实际长度随之增加 可达 1 3 0 0 1 4 0 0 米 所以原制式极 限长度1 2 0 0 米 己不再适应新的运输形势的要求 我们需要研究延长股 道的有效长度 3 当前 我国采用大功率电力机车在逐年增加 而且牵引的吨数和 运行速度也在增加 列车的全面提速和重载 使接触网网流不断增大 流经扼流变压器的牵引回流势必随之增大 不少区段的正线已大大超过 4 0 0安培 尤其在靠近牵引变电 所附 近 接吸上线的扼流变压器中 心点 流过的电流更大 经现场实测可达8 0 0 余安培 原来4 0 0 a 型扼流变压器 已 显然不能满足实际需要 极易造成瞬间 闪红 而打信号的现象 通 过研究和分析 将目 前使用的4 0 0 安 培扼流变压器改进为6 0 0 安培和8 0 0 安培 从而满足高速重载要求 同时也提高了 轨道电路的工作可靠性 1 4 研究内容及论文组织 1 4 1 研究内 容 北方交通人学硕十论文第一章绪论 2 5 h z 相敏轨道电路在国内现场大量运用 被定为推广制式之一 但 使用过程中也逐渐暴露出一些急待克服的技术缺陷 为了能够极大限度 地满足现场实际需要和解决现场在运用过程中发生的问题 本文对如何 提高轨道电路极限长度 减少2 5 h z 信号在传输中的衰耗和相移等问题进 行了理论分析和探讨 同时在室内 现场进行试验 运用安全 稳定 可靠 其有效传输距离可以满足铁路运输发展需要 1 4 2 论文组织 论文共分六章 其中 第一章绪论 主要介绍2 5 h z 相敏轨道电路在国内外运用情况及存 在的主要问题 第二章2 5 h z 相敏轨道电路的理论分析 重点对2 5 h z 相敏轨道电 路相位和分路灵敏度的理论分析 第三章提高轨道电路的有效长度 适应运输形势需要 运用数学 分析的方法 分析了影响轨道电路极限长度的主要 原因 提出了提高轨道电路极限长度的有效方法 第四章 第五章 改善防护盒性能 减少2 5 h z 信号在传输中的衰耗和相移 2 5 h z 轨道电路在现场的使用 分析了2 5 h z 轨道电路在现 场使用中的遇到的一些问题 第六章提出了更进一步改进新型2 5 h z 相敏轨道电路的办法 北方交通大学硕士论文第二章理论分析 第二章 2 5 h z 相敏轨道电 路的理论分析 互 2 1 2 5 h z 相敏轨道电路的结构和基本原理 2 5 h z相敏轨道电路采用交流 2 5 h z电源连续供电 其受电端采用 二元二位继电器 或相当于继电器的电子轨道接收器 从电网送入5 0 h z 电源 经专设的2 5 h z 分频器分频作为轨道电路的专用电源 由于二元二 位继电 器具有可靠的频率选择性 故该轨道电路不仅可以用于交流电气 化区段 而且可用于非电 气化区段 2 5 h z 相敏轨道电路的结构如图2 1 所示 器外内 sc室室 j bg as 9h 供出 外 在图2 1 中 2 5 h z 电源屏 轨道分频器和局部分频器 由室内分别 2 5 h z 轨道电 源和局部电 源 轨道电 源由室内 供出 通过电 缆供向室 经由送电 端 2 5 h z 轨道电 源变压器 送电端限流电阻 扼流变压器 钢轨线路 受电端2 5 h z 扼流变压器 受电端 送电端 2 5 h z 2 5 h z 轨道中 北方交通大学硕士论文第二章理论分析 继变压器 电缆线路 送回室内 经过防雷硒堆 2 5 h z 防护盒给二元二 位轨道继电器的轨道线圈供电 局部线圈的2 5 h z 电源由电源屏在室内直 接供给 当轨道线圈和局部线圈所得电源满足规定的幅度 相位和频率 要求时 二元二位继电器吸起 轨道电路处于工作状态 反之二元二位 继电器落下 轨道电路处于不工作状态 2 2 2 5 h z 相敏轨道电路对相位的要求 解 2 1 二元二位继电 器的 相位选择性 由于 2 5 h z 相敏轨道电路的接收器采用二元二位继电器 这种继电器 属于交流感应式继电 器 是根据电 磁铁所建立的交变磁场与金属转子中 感应电流之间相互作用的原理而动作的 当该继电器通以规定频率的电 流 且局部线圈电 压超前轨道线圈电 压的角度为0 0 0 1 8 0 0时 翼 板抬起使继电 器吸起 前接点闭合 当 相位角为理想相位角 9 0 0 时 处于最佳吸起状态 当局部线圈或轨道线圈断电时 依靠翼板及附件的 重量使接点处于落下状态 也就是说二元二位继电器具有可靠的相位选 择性 互 2 2 2二元二位轨道继电器的测试 为了 分析二元二位继电 器的相位选择性 我们设计了一个测试电 路 如图2 2 北方交通大学硕士论文第二章理论分析 相位表 a b 器if p q i 慕 g l 介 3 iu7 6 2 u a z n乃 汾浅比防阵氏比 v 洲刃引乍吃才1 夕 r g i 去 1 图2 2二元二位轨道继电券的d 9 试电路 f p q 一分频器 g l p 轨道滤波器 1 l p 局部滤波器 一 对测试电路的要求 1 供给局部线圈和轨道线圈的2 5 h z 电源 其失真度应不大于 5 因为2 5 h z 分频器可能有不同的输出波形 对于整流式或磁电式仪表 因取其平均值 对于不同波形响应有不同读数 电磁效应或电动式仪表 系取有效值 虽可读出准确数值 但其内阻较小 不能适用于二元二位 轨道继电器的小功率电压测量 为了测得准确的数据 在轨道线圈和局 部线圈的前面分别接入滤波器 使谐波基本上不加在局部线圈和轨道线 圈上 根据多次的测试表明 当电 源失真度在5 以下时 则基本为正弦 波 不同电 表均可得基本相同度数 同时现行采用的c x 2 型相位测试仪 在采用阻容移相器后 为使波形过 0 干净 也要求在前面接入滤波器 因此测试电源必须对失真度有明确要求 考虑到滤波器的设计方便 采 用两个滤波器分别用于局部电源和轨道电源 北方交通大学硕士论文第二章 理论分析 2 移相变压器的容量应比负载 轨道线圈 所消耗的功率大的 多 这样在移相时 使二元二位继电 器端电 压变化较小 移相电容的容 量小时 则在移相时 二元二位继电器的端电压变化较大 若电容值过 大 虽二元二位继电器端电压变化小 但需兼顾变压器的容量和移相电 阻的额定功率 3 接入电路的5 0 h z自 祸变压器 因用于 2 5 h 电源时其感抗值 约减少一半 在相同数值的电 压下 2 5 h z 较5 0 h z 电流将大大增加 所 以其输入2 5 h z 电压值应为5 0 h z 额定电压值的一半 4 电路连接时设备间应注意同名端相连 否则相位角所测得的 角度不能反映真实的理想角 二 理想相位角的测试 理想相位角的测试步骤如下 1 首先组成测试电路 输出电压在指标规定的范围内 2 对滤波器的输出波形应经失真度测试仪检查 其失真度应不 大于 5 e 3 调整u 电压至1 1 0 v u 调整到1 2 1 6 v 并在整个过程中 不 再改变 4 将尺 向一个方向滑动 使继电 器前接点断开 可用灯泡监视 5 将r向反方向滑动 使继电 器前接点开始接触 记下此时的 相位角4 d 1 和u g 电压值u g 1 e 6 继续延上述方向滑动 r 使继电 器再次断开前接点 并继续 滑动使之断开更大 7 又将r向反方向 滑动 使继电 器前接点重新接触 记下此时 的 相位角 2 和u g 电 压值u g 2 可求得继电 器粗略的理想角为 北方交通大学硕士论文第二章理论分析 中 中 小2 2 再根据 u c 1 和u c z 的数值 将中 增加或减少 2 3 0 既得真 正理想相位角中 然后调整 r 使相位计指示角度为 此时继电器得 理想相位角 测试完毕 再测试其它电气特性 r 不得再次滑动 2 3 2 5 h z 相敏轨道电路对分路灵敏度的要求 2 3 1轨道电路传输性能的计算和室内试验 一 轨道模拟盘及其误差分析 轨道电路的参数实际上是均匀分布参数 从理论上说 集中参数完 全能等效于分布参数 故在计算和室内 联调时 可用专设的轨道模拟盘 以集中参数的形式加以模拟 当以 型方式等效时 等效电路如图所示 v i i i i i z 2 切 1 o 图2 3钢轨的集中参数等效电路图 北方交通大学硕士论文第二章理论分析 u l i 1 u o i o 图2 4钢轨的分布参数等效电路图 分布参数有 u a u o b i o c h y 1 u o z c s h y 1 i o 集中 参数有 u a u o b i 0 1 z z2 u o z 1 i o 等效的条件是 a a b b 根据无源四端网具有a d b c 1 的特性 又因轨道电路四端网为对 称型 有a d 故无源对称四端网只有a b c三个系数 如果a a和b b 则必然有c c 两个未知数z 和z z 可由a a及 b b两个方程解得 z z c s h y l z 2 z c s h y l c h y 一1 按马克劳林级数 f x f 0 f 0 x f 0 x 2 2 f 0 x n s h y 1 0 y 1 0 y 1 3 0 y 1 5 5 c h y 1 1 0 y 1 2 2 0 y 1 4 4 当 y 川 1 时 方可兼顾轨道电路的 调整状态和分路 状态 k 愈大表示轨道电路分路愈好 u t i t u f i f 均为复数 有关系如下 当u t i f u f i t o 时 k 是r x 的增函 数 北方交通大学硕士论文第二章理论分析 当li t i f u f i t n i 向下波动一8 的数值时 则认为轨道电路兼顾了调整和分路检 查的要求 如设允许 u 向下波动均为k 时 则兼顾轨道电路的调整和分 路检查的k 值应大于或等于8 0 可用一 u 1 k u 1 k 大于等于0 表 示 式中k大于等于 8 0 因此 在求得调整电 压和最小分路电 压后 衡量该轨道电路得余量大小 可用求k u u b u v is u b 来评价 k大于等于 8 0时 表示调整和分路能够兼顾 k愈大表示电压余量愈 大 或说明分路愈好 它的实际意义是现场调整供电变压器二次侧电压 时 允许有一个较大的范围 在该范围内均能满足调整状态和分路状态 的要求 调整状态计算 1 轨道电路四端网络系数 已 知 钢轨阻抗 z g 0 6 2 l 4 2 0 2 k m 道碴电阻 r d 0 6 2 k m 轨道电路长度 1 1 5 k m 可求得 传播常数y j z g r d 1 0 1 6 5 3 l 2 1 0 特性阻抗 z z g r d 0 6 0 9 9 2 l 2 1 0 所以 y l 1 5 2 4 8 0 l 2 1 0 1 4 2 3 5 2 j 0 5 4 6 4 4 c h l y 1 c h 1 4 2 3 5 2 j 0 5 4 6 4 4 1 8 7 6 4 6 j l 0 1 6 1 3 2 1 3 3 9 2 z2 8 4 4 s h y l s h 1 4 2 3 5 2 j 0 5 4 6 4 4 1 6 7 0 6 7 j 1 1 4 1 3 2 0 2 3 2 9 l3 4 3 4 0 相量 a d c h y 1 2 1 3 3 9 2 l2 8 4 4 0 北方交通大学硕士论文第二章理论分析 相量b z k s h y 1 1 2 3 4 0 5 l5 5 3 4 相量 c s h y 1 z k 3 3 1 7 3 l 1 3 3 4 2 调整状态计算 计算中以轨道线圈电流的相位角等于0 度为基准 防 护 盒电 流 量 i h r u j z h c 1 5 l 7 0 4 0 0 l 8 8 0 0 0 3 7 5 l i 5 8 0 a 受电端中继变压器一次线圈的电 流和电压 相量l b g s h l lj i h f 0 0 3 9 0 0 3 7 5 乙1 5 8 0 0 0 1 4 6 6 l7 3 2 4 0 a 相量u b g s h l u j l b g s h l r i 1 5 l7 0 0 0 0 1 4 6 6 l7 3 2 4 0 x 1 0 0 1 6 4 6 3 8 7 艺7 0 3 0 0 v 受电端中继变压器二次线圈的电压和电流 相量u b g s h 2 a b g s h u b g s h b b g s h j b g s h l 0 0 7 1 5 22 9 3 x 1 6 4 6 3 8 7 l 7 0 3 4 1 7 3 7 l8 3 0 x 0 0 1 4 6 6 l7 3 2 4 0 1 2 3 7 7 4 l7 3 6 4 0 v 相 量j b g s h l c b g sh u b g sh l d b g sh j b g sh l 0 0 0 1 2 l 7 0 2 7 x 1 6 4 6 3 8 7 l 7 0 3 1 4 0 1 7 4 l 3 1 7 x 0 0 1 4 6 6 l7 3 2 4 0 0 21 3 l6 5 0 7 0 a 受电端扼流变压器信号线圈的电压和电流 北方交通大学硕士论文 第二章理论分析 相量l b e s h l l b g sh 2 0 2 1 3 0 l 6 5 0 7 0 a 相量u b e s h l l j b g s h 2 l b g s h l 2 r y 1 2 3 7 7 4 z7 3 石4 0 0 21 3 0 26 5 0 7 0 x 0 3 3 0 0 9 5z7 3 2 3 v 轨道电路终端的电压和电流 相量u z a b e s h u b h l b b e s h l b h l 0 2 6 8 4 z 8 0 7 4 x 1 3 0 0 9 6 l 7 3 2 2 0 x 0 2 1 3 0 乙6 5 0 7 o 0 4 3 5 6 乙7 2 7 0 0 v 相量i z c b e s h u b e s h l d b e s h i b h l 0 2 6 8 4乙 8 0 7 4 1 3 0 0 9 6乙7 3 2 2 x 0 2 1 3 0 匕6 5 0 7 0 0 8 2 3 1 l4 1 3 2 0 a 0 0 3 2 8 2 1 4 1 4 0 3 0 4 6 8艺0 1 5 轨道电路始端的电压和电流 相量u s a u z b i z 2 1 3 3 9 2 l 2 8 4 4 0 x 0 4 3 5 6 l 7 2 7 0 1 2 3 4 0 5 l 5 5 3 4 x 0 8 2 3 1 l4 1 3 2 1 9 4 3 8 l9 8 8 0 0 v 相量i s c u z d i z 3 3 1 7 3匕 1 3 3 4 0 x 0 4 3 5 6匕 7 2 7 0 0 4 3 5 6之 7 2 7 0 x 2 1 3 3 9 2 l2 8 4 4 0 3 1 6 9 5 4 0 l7 7 1 0 0 a 送电端扼流变压器信号线圈的电压和电流 北方交通大学硕士论文第二章理论分析 相量 u b e s o a b e s o u b e s b b e s o i b e s o 3 0 5 1 5 0 2 x l 9 4 3 8乙 9 8 8 0 0 0 3 3 5艺 1 3 3 3 x 3 1 6 9 5 27 7 1 0 0 6 0 3 6 6 3 l9 8 4 6 0 v 相量i b e s o c b e s o u b e s o d b e s o i b e s o 0 2 2 9 5 l 8 0 9 3o x 1 9 4 3 8 l 9 8 8 0 0 3 2 8 8 l 0 2 1 x 3 1 6 9 5 艺7 7 1 0 0 1 3 2 8 0 2 l6 0 1 5 0 a 送电端供电变压器二次线圈的电压和电流 相量i b i b e s o 1 3 2 8 0 2 l 6 0 1 5 0 a 相量u b u b e s o i b e s o i t x 6 0 3 6 6 3 l9 8 4 6 0 1 3 2 8 0 2 l6 0 1 5 0 x 4 7 1 1 5 9 8 7 2 l7 9 0 0 v 二元二位继电 器轨道继电器失调角 0 9 0 0 7 9 0 0 一 9 0 0 7 0 0 9 0 考虑二元二位轨道继电器上的电压失调角 换算为相当于理想相位 角时翼板转矩 送电端供电变压器的电压和电流 相量u b 1 u b c 0 5 p 二 1 1 5 9 8 7 2 乙7 9 0 0 c o s 9 0 0 1 1 7 4 3 3 l7 9 0 0 0 v 相量i b i i b c o s 0 1 3 2 8 0 2 艺6 0 1 5 c o s 9 0 0 1 3 4 4 5 7 l6 0 1 5 0 a 北方交通大学硕士论文第二章理论分析 2 3 4分路状态轨道电路各部电压的相量计算 一 受电端分路检查 分路时轨道继电器可靠释放值为工作值的4 4 确保轨道继电器可 靠释放时 轨道电路终端的电压和电流 相量 u z 0 4 4 x u z 0 4 4 x 0 4 3 5 6 l7 2 7 0 0 0 1 9 1 6 6 l7 2 7 0 0 v 相量i z 0 4 4 x i z 0 4 4 x 0 8 2 3 1 l 4 1 3 2 0 0 36 2 1 6 l4 1 3 2 0 a 加上标准分路电阻 r 0 0 6 6 2 时受电 端电 流和电 压 相量u z f 0 4 4 x u z 0 1 9 1 6 6 l 7 2 7 2 0 0 1 9 1 6 6 乙7 2 7 0 0 v 相量i z f i z u 玲 0 3 6 2 1 6 z4 1 3 2 0 1 9 1 6 6 匕7 2 7 2 0 0 0 6 3 5 0 8 5 9 l6 9 6 2 a 当r d 为无穷大时轨道电 路始端的电 压和电 流 相量1 s i z e 3 5 0 8 5 9 l 6 9 6 2 a 相量u s u 而当送电端分 路时 送电端供电变压器的二次侧供以1 6 1 0 9 7 v以下 才能保证轨道继 电器可靠落下 故送电端分路较受电 端分路条件恶劣 在计算电 压余量 北方交通大学硕士论文第二章理论分析 时 应取送电端分路时允许供电 变压器二次供电电压值 所以 余量为 k 1 6 0 1 3 9 1 1 5 9 8 7 1 6 0 1 3 9 1 1 5 9 8 7 x 1 0 0 1 5 9 9 0 8 0 即余量可达士1 5 9 9 可满足大于士8 0 的要求 2 3 6轨道继电器端电压的相量计算 轨道继电器端电压的计算分为两种情况 即道碴电阻分别为最小值 和最大值时 送电端供以调整电压时 二元二位轨道继电器轨道线圈上 的电压值 1 道碴电阻为最小值时轨道继电器端电压 调整电压是按轨道继电器的工作值为1 5 v 求得的供电电压值 经过 轨道传输以后 产生失调角 如果使轨道继电 器翼板达到与在理想相位 角时供以工作值电压相同 转矩 则轨道继电 器端电 压应为 u 1 5 0 c o s o 1 5 0 c o s 9 0 0 1 5 1 9 v 即轨道继电器最低端电压值 2 道碴电阻为最大值时轨道继电器端电压 从调整状态计算可知 当要求供给轨道继电 器 1 5 v 电压时 轨道继 电器的电压和电流为 相量u z 0 4 3 5 6 l7 2 7 0 v 相量 i z 二0 8 2 3 1 z4 1 3 2 a 当道碴电阻为最大值时 轨道电 路始端的电 压和电流 相量 i s i z二0 8 2 3 1 z4 1 3 2 a 相量u s u z i z z g l 0 4 3 5 6 l7 2 7 0 0 0 8 2 3 1 乙4 1 3 2 0 x 0 6 2 乙4 2 0 x 1 5 1 1 9 6 3 2 l7 9 4 7 0 v 北方交通大学硕士论文第二章理论分析 送电端扼流变压器信号线圈的电压和电流 相量 u b e s o a b e s o u s 13 b e s o i s 3 0 5 1 5艺 0 2 0 x 1 1 9 6 3 2艺 7 9 4 7 x 0 8 2 3 1 l4 1 3 2 0 3 6 7 5 6 6 l7 9 0 7 0 v 相量 l b e s o c b e s o u s d b e y o i s 0 2 2 9 5 乙 8 0 9 3 x l 1 9 6 3 2 匕 7 9 4 7 x 0 8 2 3 1 l4 1 3 2 0 0 5 0 8 0 l1 9 6 6 0 a 0 0 3 3 52 1 3 3 3 0 3 2 8 8 2 0 2 1 送电端供电变压器二次线圈的电压 相量u b 2 u b e s o lb e s o lt x 3 6 7 5 6 6 艺7 9 0 7 0 0 5 0 8 0 乙1 9 6 6 0 x 4 7 5 3 0 5 0 1 z5 6 2 8 v 在一般情况下 现场在调整轨道电路时 考虑工作可靠 参考调整 表的给出值电压提高1 0 例如当调整电 压计算值为1 1 7 4 3 3 v 时 轨道 继电器最高端电压 u 1 1 x u e u a z x 1 5 1 1 x 1 1 7 4 3 3 5 3 0 5 0 1 x 1 5 3 6 5 v 一送多受轨道电路的计算比一送一受时复杂 主要是对道岔分歧的 处理 一般按从一个受端算起 遇分歧处将其他分支连同受端折合成阻 抗值并联在电 路上 一直推算至轨道变压器二次侧 求出 其电 压值 并 根据求得的失调角 求出折合成等效于该送电端轨道继电器在理想相位 角的状态下满足工作值时翼板转矩的供电 变压器的二次侧电压 然后 再从其他受电 端算起 按同样的方法求得供电变压器的二次 北方交通大学硕士论文第二章理论分析 侧的电压值 从各次求得的供电变压器的二次侧的电压值 均经失调角 调整后 中 取其最大者作为调整电压 而不采用在分歧处取要求电压 较高分支的电压 而将要求电压较低的分支折合成阻抗 并联于电路上 因为从不同起点计算时 所得失调角不同 若采用此种计算方法 如遇 失调角相差很大 就有可能不保证所有受电端的轨道继电器均可靠吸起 对于无受电分支 则将该分支阻抗值并联于电路进行计算 一送多受时的轨道电路 由于其各种条件复杂 不同于单纯一送一 受时的轨道电路 根据使用微机计算结果表明 两者分路最不利地点不 同 一送一受时均在送电端或受电端 而前者则没有固定的几个地点 不同布置有不同地点 因此在进行分路检查计算时 为求得最不利得分 路地点 而必须逐点进行检查 本章小结 本章主要从理论的角度分析了制约2 5 h z 相敏轨道电路的两个因素 即分路灵敏度和相位问 题 两者之间既有联系又互相制约 提高分路灵 敏度就会减小相位 提高相位也会降低分路灵敏度 北方交通人学硕十论文第二章提高极限长度 第三章 提高轨道电路极限长度 适应运输形势需要 3 1 影响极限长度的主要因素 具有 一次调整 性能的轨道电路 其有关电气参数在规定的变化 范围内 调整状态 分路状态 机车信号入口电流 器材过负荷等四项 要求均能满足时 所能达到的最大长度为轨道电路的 极限长度 如果 超出这个极限长度 则意味着上述四项要求中至少有一项不能满足 2 5 h z 相敏轨道电路的 卜 极限长度 受分路状态所限制 因分路灵敏 度在不同的国家是有不同标准的 我国定为大于等于 0 0 6 0 若实际的 分路灵敏度小于此值 则不能保证可靠的分路 故欲增加极限长度 首 先就要优化选择有关参数 使之在原极限长度时的分路灵敏度提高到大 于0 0 6 0 提高得愈多 则极限长度增加量也会愈多 根据计算和分析可知 当其他参数不变时 分路灵敏度随长度增加 而减小 当 采取相应措施后 可将原极限 长度时的 分路灵敏度由0 0 6 4 增加到大于 0 0 6 4 则在原极限长度的基础上 如增加一定长度后 分 路灵敏度将由大于0 0 6 0 减小到等于0 0 6 0 这就是轨道电路受分路状 态限制时 提高极限长度的方 法 根据上述分析 采取以 提高分路灵敏度 的方法 达到 提高极 限长度的 目的是可行的 因此影响极限长度的主要因素就是影响分路 灵敏度的主要因素 在轨道电路长度一定的情况下 分路灵敏度的大小 与有关参数的关系 可以用无道床漏泄的直流轨道电路这个特例做定性 分析 因未考虑道床漏泄的变化 不能做与长度有关系的分析 电路原 北方交通大学硕十论文第二章 提高极限长 度 理如图3 1 所示 r g 二rl 图 3 1无道床泄漏的直流轨道电路原理图 r o 一送电端限流电阻 r i 一受电 端接收器电阻 氏一钢轨电阻 瓜二 1 1 一接收器工作电流 u 所需电源电压 为保证在区段内任何一点分路时均应使接收器可靠停止工作 故要 求区 段内 分路最不利处的 分路灵敏度r f 大于或等于0 0 6 q 即区段的分 路灵敏度r f 应是区段内 各点分路灵敏度中的 最小值 另外 为留 有一定 分路余量 又规定了计算轨道电路的返还系数时 一般取接咬器返还系 数小于 1的倍数 n 本制式为了在最不利条件下仍有可靠的分路保证 将n由原制式的0 9 减少为取0 8 在电 源电压负波动条件下 仍应保 证轨道电路空闲时接收器正常工作 而电 源电压正波动条件下 也应保 证有车占用时轨道电路能可靠分路 故分析计算时分路的电 源电 压约为 调整时的 1 2 p 倍 区段内 各点的分路灵敏度r f x 是不同的 最小的 分路灵敏度所在处 可用数学分析法判明 分路灵敏度的普遍式由 下图 图3 2 可得 北方交通大学硕十论文第三章提高极限长度 u 1 2 p 图3 2任意点分路时直流轨道电路原理图 n 轨道电路的返还系数 要求为接收器返还系数的倍数 n o 接收器返还系数 p 电 源电压波动系数 p o u 一电 源电压的 额定值 约等于u 1 2 p r f x 一区段内 任一点的分路灵敏度 因为有 n n a x i r j r x r f x i r o 1 一x r n n o i r r x 1 2 p r o r r l i 经整理后可求出 r f x n n a r o r j r i r r o x r z x i r 2 r t x 一x 2 r z 1 2 p 一n n r o r r l 二f x d r f x d x n n o r o r r 2 1 r f r 2 r z x 1 2 p m o r o r r l q 当x r r i 2 r 土 1 2 时 r f x 有一个极点 该极点是r f x 的 极 大值还是极小值 可由下式判断 北方交通大学硕士论文第三章 提高极限长度 f 1 x d 2 r f x d x nn 一 2 r z 1 2 p 一n n o r o r j r l 1 0 f x r j 时 r f o r f j r f r f j r o r j 时 r