LW01-022@交叉电缆回线型TWC系统技术研究
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LW01-022@交叉电缆回线型TWC系统技术研究,机械毕业设计 论文
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无绝缘音频轨道电路AF-904维护手段探究Research On The Maintenance Methods for Uninsulated Audio Frequency Track Circuit AF-904学科(专业):控制工程作者姓名: 指导教师姓名: 答辩日期: 年 月无绝缘音频轨道电路AF-904维护手段探究摘 要无绝缘音频轨道电路AF-904（Audio Frequency-904）的出现实现了列车占用检测和向车载设备发送数字编码机车信号数据的双重功能，有效地提高了线路利用率。上海轨道交通地铁2号线采用的就是这套信号系统。按照线路设计，列车最短行车间隔仅1分45秒，充分体现了其高效性。本文首先回顾了轨道电路的起源，并对轨道电路的基本工作原理做了简单介绍。随后又对无绝缘音频轨道电路AF-904的系统结构、室内外组成和工作原理等做了逐一介绍，对故障代码进行整理汇总，对常见故障代码出现后的故障处理进行逐一说明。通过对这三年来2号线发生的轨道电路红光带故障的全面统计和梳理，将矛盾焦点集中在几个始终难以根治的轨道电路上。通过对无绝缘音频轨道电路基本参数的研究，确定钢轨阻抗和道床漏泄的均匀分布特性。并建立电路参数计算模型，研究出单位钢轨电阻、阻抗、电感、泄露导纳、道碴泄漏电导、道碴电阻和道碴电容等的计算公式。在对开路短路三电压表法，开路短路电压电流法和开路短路二电压法这三种典型的轨道电路基本参数测算方法的研究比较及听取专家意见后，选择了更适合2号线的开路短路二电压法。在以上理论研究的基础上通过对室内外等效电路的研究，画出等效电路图，并研究确定其特征阻抗、谐振频率、品质因素和频率特性等重要参数的计算公式和标准。编写校准、调谐规范，将理论研究返回现场进行测试，验证其有效性和实用性。关键词：轨道电路, 故障, 二电压法, 等效电路, 调谐Research On The Maintenance Methods for Uninsulated Audio Frequency Track Circuit AF-904ABSTRACTThe appearance of joint less audio frequency track circuit (AF-904) can satisfy the dual-functions for train occupancy detection and sending vehicle digital coding data to on-board equipment and enhance track utilization ratio. Shanghai Metro Line 2 used this system. According to block design, the shortest headway for Shanghai Metro Line 2 is 145”, which can reflect the high efficiency of this system. Firstly, this thesis reviewed the origin of track circuit and simply introduced its basic working principle. Then the thesis introduced the system architecture, indoor and outdoor equipment composition and working principle of joint less audio frequency track circuit (AF-904), as well as gathered all the failure codes and illustrated the common failure codes.Through statistics and sorting track circuit red belt failure of Shanghai Metro Line 2 in the latest 3 years, it can conclude the problems focusing on some track circuits which are difficult to solve. By means of research on the basic parameters of joint less radio frequency track circuit, to determine rail impedance and the uniform distribution characteristics of track bed leakage and to build circuit parameter calculation model to get the calculation formula for unit rail resistance, impedance, inductance, leakage admittance, ballast leakage conductance, ballast resistance and ballast capacity. After comparing three basic track circuit parameters calculation method among Open Short Circuit Three Voltmeters method, Open Short Circuit Voltage Current method and Open Short Circuit Two Voltage method and listening to experts comments, Open Short Circuit Two Voltage method is finally chose by author. Based on above theories and indoor and outdoor equivalent circuit research, to make equivalent circuit drawing and to determine calculation formulas and standards for some important parameters, such as characteristic impedance, resonant frequency, quality factor and frequency character. Author compiled standard and debugged specification, as well as returned theory research back to site to test in order to verify its availability and practicability. KEYWORDS: Track circuit, Failure, Two Voltage Method, Equivalent Circuit, Tuning66 目录第一章 绪论311引言312论文所完成的主要工作及结构安排4第二章 轨道电路介绍621轨道电路回顾622轨道电路的基本原理623轨道电路的工作原理7第三章 无绝缘音频轨道电路AF-904介绍931无绝缘音频轨道电路AF-904简介932无绝缘音频轨道电路AF-904系统结构9321室内设备9322轨旁设备123221轨道耦合单元123222“S”Bond1233无绝缘音频轨道电路AF-904工作原理1334无绝缘音频轨道电路AF-904数据协议1435故障代码1536常见故障代码处理方法19第四章 2号线轨道电路红光带故障梳理2041现场故障统计2042对人民广场站轨道电路G3红光带频次的研究2143对典型故障区段的参数研究2244Vari和Shnt对Str影响的研究2345数据梳理总结24第五章 轨道电路参数算法的研究2551轨道电路的基本参数2552无绝缘轨道电路参数的测算理论依据27521测试条件27522测试流程28523测试结果分析3353无绝缘轨道电路参数计算模型34第六章 轨道电路基本参数测算方法的研究3961常用的几种测算方法39611开路短路三电压表法39612开路短路电压电流法42613开路短路二电压法4462实际测算方法的选择46第七章 调谐方法的研究4871等效电路的研究4872信号环线的电感和电阻测试4973频率特性分析5174调谐单元品质因素的调整分析5475制定无绝缘音频轨道电路AF-904调谐规范55751适用范围55752作业准备557521工器具仪表准备557522管理作业55753作业流程55754安全注意事项58755重要参数标准58第八章 总结与建议5981研究成果汇总5982成果应用6083后续建议60参考文献62附录63攻读学位期间发表的学术论文情况64致谢65第一章 绪论11引言上海轨道交通地铁2号线东起浦东国际机场，西止于浦西虹桥枢纽，全线拥有30座车站，日均客流量突破百万人次。不论是线路规模，还是日均客流量均已成为上海轨道交通网络化运营中举足轻重的一环，这无疑对信号工作者提出了更高、更严苛的维护要求。但动力源于压力，为了能让乘客得到更舒适便捷的出行，信号工作者时刻努力着。上海轨道交通地铁2号线采用的是美国US&S的信号系统，该信号系统是基于无绝缘音频轨道电路AF-904来实现列车占用检测和机车信号传输的。无绝缘音频轨道电路AF-904是联锁逻辑处理单元和车载设备之间的通信接口，实现了正线轨道区段占用检测以及地对车的列车自动保护(Automatic Train Protection,ATP)数字信号传输的双重功能，其分路灵敏度为0.25。无绝缘音频轨道电路AF-904故障将导致该轨道区段红光带，进路不能正常开放，列车无法以列车自动运行(Automatic Train Operation,ATO)模式或ATP模式高速通过。司机只能将列车停下并切换至人工驾驶模式，在得到调度的动车授权后才能以低速缓慢通过该故障轨道区段，大大影响了白天的正常运营效率。近几年来，随着线路开通时间渐长，设备老化导致设备稳定性有所下降。鉴于合同和技术保密的原因，其系统供应商美国US&S公司并不提供系统关键技术参数，导致信号工作者对系统故障的分析诊断及维护存在较大困难。由于缺乏一套有效的维护手段，导致信号工作者只能仅凭个人感觉和经验进行故障排除，造成在系统维护过程中存在无标准、低效率、水平差等问题。这些问题的存在，使得信号工作者不能科学地、有效地对系统进行维护，影响了系统的安全可靠性，乃至线路的正常运营。本论文课题志在弄清关键技术，取得相关技术参数，为系统维护制定维护规程，为设备维修提供技术手段。提升维护的有效性，安全性、可靠性，为2号线的正常运营提供有力的技术保障。12论文所完成的主要工作及结构安排通过对无绝缘音频轨道电路AF-904的分析和研究，确定该信号系统的工作原理及采用的关键技术，并进一步确定对其产生影响的主要技术指标，通过摸索和研究，找出一套比较完善的预防故障和处理故障的维护方法，使设备能够安全、可靠的运行，为2号线的正常运营提供有力的技术保障。根据设定的研究方法，研究的技术路线和步骤如下：（1）对2号线无绝缘音频轨道电路AF-904进行技术分析，初步了解其所采用的关键技术、信息传输流程和系统实现原理；（2）收集2号线故障记录，对其进行分类，归纳和分析；（3）对轨道电路参数算法进行研究，掌握其重要参数的计算方法；（4）通过对轨道电路基本参数的测算方法研究，找到最适合2号线的测算方法；（5）在理论研究的基础上，研究轨道电路的等效电路，通过研究确定核心技术指标；（6）将研究成果运用到现场实际维护中，修正研究结果和参数；（7）制定无绝缘音频轨道电路AF-904调谐规范，撰写研究报告。本文共分为八章:第一章为绪论，说明本课题研究的背景和目的。第二章为轨道电路介绍，主要介绍了轨道电路的起源和工作原理。第三章为无绝缘音频轨道电路AF-904介绍，主要介绍了无绝缘音频轨道电路AF-904的系统结构，室内外组成和工作原理，并介绍了常见故障代码的处理方法。第四章为2号线轨道电路红光带故障梳理，通过对故障梳理，提出假设和研究方向。第五章为轨道电路参数算法的研究，主要对2号线无绝缘音频轨道电路AF-904参数算法进行研究，得出重要参数的计算公式。第六章为轨道电路基本参数测算方法的研究，对三种常见算法进行比较，最终选择最适合2号线的测算方法。第七章为调谐方法的研究，通过对等效电路的研究，确定调谐的主要参数指标，并制定无绝缘音频轨道电路AF-904调谐规范。第八章为总结与建议，总结本次课题研究成果，并提出后续建议。第二章 轨道电路介绍21轨道电路回顾19世纪末，为了检查列车是否占用钢轨，美国人鲁宾逊于1870年发明了开路式轨道电路。2年后他又研制成功了闭路式轨道电路，并于1873年首先在宾西法尼亚铁路试用，从此铁路自动信号打开了崭新的一页。我国铁路在建国前采用的轨道电路比较落后，不仅传输的信息量少，分布也极不平衡。1924年，我国首先在沈阳至苏家屯间建成自动闭塞，采用的是交流50Hz二元三位式相敏轨道电路，这是我国最早采用的轨道电路。建国后从50年代中期开始，轨道电路技术在我国有了长足的进步，不仅传输的信息量增加而且它的使用也遍及全国，构成了我国铁路信号技术发展的基础。22轨道电路的基本原理轨道电路是以线路上的两根钢轨作为导体，并用引接线连接信号电源和接收设备所构成的电气回路。它是由钢轨、钢轨绝缘、轨端接续线（减少两条钢轨接头处的电阻而增设的连线）、引接线（将设备接向钢轨所需的连线）、送电设备及受电设备等主要元件所组成，轨道电路原理图如图2-1所示。轨道继电器（GJ）限流器钢轨线路轨道电源轨道接续线送电端受电端钢轨绝缘图2-1 轨道电路原理图如图2-1所示，一般轨道电路由三大部分组成：（1）送电端：主要有电源设备，限流装置和引接线；（2）线路：主要为钢轨，轨端连续线和轨道绝缘；（3）受电端：主要有引接线和轨道继电器。23轨道电路的工作原理轨道电路的基本工作原理如图2-2所示。GJGJ（a）（b）图2-2 轨道电路工作原理图当列车未进入轨道电路，即线路空闲时，电流通过轨道继电器线圈，使它保持在吸起状态，接通信号机的绿灯电路，如图2-2（a）所示。当列车进入轨道电路，即线路被占用时，电路同时通过轮对和轨道继电器，由于轮对电阻比轨道继电器线圈电阻小的多，形成很大的分流作用，并使电源输出电流显著加大，限流电阻上的压降随之增加，送向两根钢轨间的电压降低，因而流经轨道继电器的电流减少到它的落下值，使轨道继电器落下,用继电器的后接点接通信号机的红灯电路，如图2-2（b）所示。信号机红灯显示向后续列车发出停车信号，以保证列车在轨道电路区段内运行的安全。虽然图2-2所示的轨道电路工作原理图比实际的简单很多，但也可从中看出，轨道继电器GJ监督着轨道电路的工作状态，继电器的接点控制着信号机的显示，信号又指示着列车的运行，列车的运行又改变着轨道电路的工作状态，反复循环，从而实现信号自动控制如图2-3所示。 列车 轨道电路 继电器 信号机图2-3 轨道电路参与信号自动控制框图因此，轨道电路能否正常工作，直接关系到行车安全和行车效率。因此轨道电路的使用一般有如下要求：（1）当轨道电路空闲且设备良好时，轨道继电器衔铁应可靠吸起；（2）轨道电路在任何一点被列车占用时，即使只有一个轮对进入轨道电路，轨道继电器应立即释放衔铁;（3）当轨道电路不完整时，断轨、断线或绝缘破损，轨道继电器应立即释放衔铁，关闭信号；（4）对某些轨道电路，还应实现由轨道向机车传递信息的要求。由上所述轨道电路的基本原理可知，利用轨道电路不仅可检查该线路区段内列车的有无（轨道电路的空闲与占用），而且还可以在该段线路内无列车的情况下，以该段线路为通道由前方信号机向相邻的后方信号机传递控制信息，同时，由于信号新技术的发展，还可使用钢轨与专用设备的电磁感应向列车传递控制信息。在电气集中车站的到发线上安装轨道电路，就可以检查出轨道上是否有车占用，防止向有车占用的股道上再接入列车。道岔区段轨道电路，可防止列车轮对占用道岔时，防止向有车占用的股道上再接入列车。道岔区段轨道电路，还可防止列车轮对占用道岔时，发生道岔中途转换的危险。由此可见，轨道电路在信号自动控制系统中的重要作用。第三章 无绝缘音频轨道电路AF-904介绍31无绝缘音频轨道电路AF-904简介上海轨道交通2号线采用的是美国US&S公司的无绝缘音频轨道电路AF-904，以实现列车占用检测和机车信号传输。无绝缘音频轨道电路AF-904是联锁逻辑处理单元和车载设备之间的通信接口，实现了正线轨道区段占用检测以及地对车的ATP数字信号传输的双重功能，是“目标速度”模式的数字轨道电路。32无绝缘音频轨道电路AF-904系统结构无绝缘音频轨道电路AF-904在轨旁设有“S”Bond（也称“S”联接器）和轨道耦合单元。轨道耦合单元通过信号环线，将数据信息耦合至“S”Bond，再通过“S”Bond传送至轨道，通过钢轨将数据信息传送给列车。信号设备室与轨道耦合单元之间通过电缆相连，电缆的最大长度为1828.8米。无绝缘音频轨道电路AF-904系统结构框图如图3-1所示。图3-1无绝缘音频轨道电路AF-904系统结构框图321室内设备轨道电路控制器放置在信号设备室内，轨道控制器直接与轨道MICROLOK （MICROLOK是安全软件控制的计算机系统）相连，轨道MICROLOK与联锁MICROLOK具有安全接口。联锁MICROLOK执行与联锁控制相关的安全功能，包括停车逻辑，联锁进路控制逻辑，道岔控制和位置检测，轨道电路占用表示检测，速度码逻辑等。联锁MICROLOK系统具有主、备冗余和自动切换特性，它包括MICROLOK的安全输入、安全输出、非安全输入、非安全输出、串行转换器以及电源等单元组件；轨道MICROLOK，完成速度码逻辑，执行与轨道电路控制器相关的安全功能，它从非安全逻辑仿真器接收控制输入，包括紧急停车复位、出发禁止、速度限制等，并将控制命令的执行状态表示送回控制中心。基于微处理器的轨道电路控制器，与轨道MICROLOK通过RS485串行连接，完成一段轨道电路的列车检测，和发送机车信号信息。每一段轨道电路，都设有各自的轨道电路控制器，它可以对应八种不同的载频，并将数据信息通过“S”Bond感应耦合至钢轨。在轨道电路迎着列车运行方向的一端为发送端，发送列车检测信息和机车信号信息，另一端为轨道电路列车检测信息的接收端，轨道电路的发送端和接收端，根据列车运行方向而转换。对于设有工频轨道电路的道岔区段，工频轨道电路用于列车检测，所以轨道电路控制器，只配置发送机车信号信息。如图3-2所示。图3-2 数字轨道电路板卡配置图每个机笼配置10块板卡控制四段轨道电路区段。轨道电路的接/发模块，有三种不同的板卡组成，它们分别为轨道电路CPU板，轨道电路辅助板和轨道电路电源板；电源板含有2组独立的电源系统，可供二段轨道电路使用。由于各个轨道区段的数据编程，已配置在机柜母板的EEPROM中。系统调试后，所有轨道电路设置的参数将自动地烧进了EEPROM永久保存。这样在更换板卡时，只需换上新的板卡，EEPROM内的有关参数会自动调入新板，不需要再次编程，维护人员只要执行轨道电路校正程序，计算和设置新的门限值。而且调整工作也只需通过母板上的跳线来完成，所以对维护带来很大便利。每个轨道电路CPU板，都有自己的EEPROM，主要记录轨道电路ID号（12位）和一个默认限速值。另外，其它的单元配置信息，例如：载频、轨道电路门限值、以及一些半永久性的信息等都存储在EEPROM中。如果从轨道MICROLOK传来的限速高于本地限速，则使用本地限速。若MICROLOK传来的限速低于本地限速，则按MICROLOK的请求，发送限速命令。轨道电路CPU板的面板上，设有四个触发开关，用以输入轨道电路的设置，和检查工作过程中所使用的数据。两个千字符的数字显示器，显示该轨道电路所发送数据，包括目标速度、目标距离、下一区段载频等。CPU板的面板上还有一些辅助LED灯和串行接口，通过他们可以实时监视轨道MICROLOK发来的系统数据。轨道电路辅助板设有八个系统监视LED，它指示各种参数的状态，例如：条件电源状态、设备在线状态、设备“健康”状态、至轨道MICROLOK的链接状态、轨道区段空闲情况下信号电平状态和数据信号状态等。另外还设有11个维修测试点，可以通过他们快速地检查系统的电压和信号状态。轨道电路电源板为两个独立的电源子系统，所以面板上设有两个电源开关，还分别提供了6个电源监视LED和4个测试点。每个轨道电路接/发单元安全地监视一段轨道电路的状态。经调制的数字编码数据由轨道电路迎着列车运行方向的一端发送，另一端接收。其数据信号不仅用作机车信号的数据，也用作列车检测信号。但列车检测接收器只监视接收电平和一部分数字信息，如：轨道电路ID等，以判断轨道区段是否空闲。当列车进入轨道区段时，轨道电路被车辆分路，列车检测接收器的接收信号电平低于一个预置的接收信号门限值时，列车检测接收器识别这种分路状态，并向轨道MICROLOK报告轨道电路已被占用。当列车跨越相邻轨道区段时，两段轨道电路都被分路。列车出清轨道区段，列车检测接收器又接收到列车检测信号，轨道电路恢复为空闲状态，轨道电路控制器向轨道MICROLOK报告轨道区段已经空闲。当列车检测接收器检测到一个低于设定的门限电平值或检测到一个错误的轨道电路ID数据时，也将指示该轨道区段处于分路状态。322轨旁设备无绝缘音频轨道电路AF-904的轨旁设备较为简单，它由轨道耦合单元、“S”Bond及信号环线等组成。3221轨道耦合单元轨道耦合单元作为轨道电路接收/发送的接口，将轨道信号调谐到该轨道电路的载频。耦合单元装在一个防潮密封箱内，由两个完全独立的耦合电路组成，如图3-3所示，每个电路有一个变压器和一个用跳线调节的电容器组成，调谐到轨道调谐环线所需要的频率。耦合单元尺寸为：40.64cm20.32cm24.4cm。其电容量根据载频设置，9.5KHZ为20uf、10.5KHZ为17.33uf、11.5KHZ为15.00uf 、12.5KHZ为13uf、13.5KHZ为11uf、14.5KHZ为9.47uf、 15.5KHZ为8.47uf、16.5KHZ为7.33uf。这种调谐增加了轨道环线对所选载频的感应强度，在长轨道电缆中只需要较小的电流，提高了发送器效率。对于接收器来说轨道环线的较低电压被提升，使接收信号强度增加。图3-3 轨旁耦合单元示意图 3222“S”Bond无绝缘音频轨道电路AF-904的“分割”是通过“S” Bond型铜线联接器来区分的。“S” Bond由几米长的350或500MCM（千圆密尔）电缆组成，电缆弯成“S”型形状，其两端直接焊接到两根钢轨上。调谐单元输出的一圈调谐环线，分别安装在“S” Bond的上部和下部，以将数据信号通过“S”Bond耦合至钢轨上。每个S”Bond两端的谐调环线既可以作接收环线也可作发送环线，这取决于列车的运行方向。发送时将数据信号通过“S”Bond耦合至钢轨；接收时将在“S”Bond中循环的轨道电流感应到接收调谐环线中。钢轨电流的大小也与载频有关，其额定电流设定如下：9.5KHZ为105ma、10.5KHZ为95ma、11.5KHZ为87ma、12.5KHZ为80ma、13.5KHZ为75ma、14.5KHZ为70ma、15.5KHZ为65ma、16.5KHZ为60ma。耦合单元至信号设备室为双绞线对电缆，电缆的最大长度为1828.8m。33无绝缘音频轨道电路AF-904工作原理无绝缘音频轨道电路AF-904用于列车检测的数据信息的载频频率与发送给列车的列车自动控制数据信息的载频频率是相同的。如图3-5所示。图3-4无绝缘音频轨道电路AF-904载频频率配置示意图如图3-4所示，其数据信息的载频频率为9.5KHZ至16.5KHZ，间隔为1KHZ，编号为F0F7，其中奇数频率F1、F3、F5，分配给下行线；偶数频率F2、F4、F6，分配给上行线，F0和F7用于渡线环线。正线轨道电路，遵循三个频率交替配置的原则。数字轨道电路的频编为200HZ，例如：载频为12.5KHZ，则低端频为12.3KHZ高端频为12.7KHZ，速率为200hit/s。轨道电路数据信息以二进制移频键控（BFSK）方式对载频进行调制，构成不归零反转编码数据（NRZI）。即轨道电路所传送的信息是由两个不同频率组合而成的数据编码信息。两个不同频率的间隔为400HZ。数据中，连续上位时间的频率代表逻辑“1”，而每位时间的频率都改变代表逻辑“0”，也即每隔5ms，高、低端频率交替变化代表逻辑“0”。那么为了发6个“0”，必须在30ms内高端频和低端频频率变化6次。第1位数据频率取决于上一个周期最后一位的数据频率，波形变化示意图如图3-5所示。图3-5波形变化示意图从图3-5可以看出，在逻辑“1”的情况下，该位的频率不变。当数据位中出现5个“1”时，必须进行补位，插入“0”强制频率跳变；当对数据进行译码时，接收器应将插入的“0”删除。34无绝缘音频轨道电路AF-904数据协议轨道电路信息，共有71位，其中8位为标志位，37位为数据位，16位为CRC校验位，还有10位为零插入填充位以防止在信息中出现非码标志。通过插入填充字符以使信息长度固定。典型的信息位表示如表3-1所示。表3-1 信息位内容标志位数据位添加位CRC8位37位0至10位置16位数据位的具体内容及其功能如表3-2所示。表3-2 数据位内容及功能汇总位 数名 称功 能12位轨道电路ID当前轨道电路的标识（04095）2位方向列车运行方向3位下一频率下一个轨道区段的载频频率4位线路速度最大的线路允许速度4位目标速度轨道电路限速7位目标距离至目标速度的距离1位停站列车已到站（允许打开车门）2位挂钩与脱钩列车编组用挂钩和脱钩1位主/备轨道电路主/备控制器1位分叉点用于分叉点上述10种共计37位数据信息通过轨道电路由轨旁设备发送给列车。智能化的车载系统存储了坡度、长度和轨道电路ID号等信息。当列车进入轨道电路区段时，车载系统根据所接收的轨道电路ID号，连续地确认列车位置，确保行车安全。35故障代码轨道电路的各区段对应的辅助板会对各子设备进行每500ms一次的轮询检测，以排除它可认知的故障隐患，当在轮询过程中发现错误时，该轨道区段CPU板上会显示故障代码，便于维护人员巡检时及时发现故障，尽早排除故障隐患。故障代码表如表3-3所示。表3-3 故障代码汇总表错误代码号故障描述0超出轨道输出缓冲区时尝试发送轨道信息1超出缓冲区时尝试写入频率监控缓冲区2轨道传输缓冲区内的无效传输状态值3空缓冲区内的错误填充字符4无效方向值（非东方向或西方向）5无效的接收通道值6轨道接收器按仍在接受缓冲区内的填充字符运行7轨道接收器按不在缓冲区终端的输入缓冲指示运行8当发送无效或发送有效的情况下处理信息时，安全串行联接发送irq9在单个循环中太多的 MLK轮询。可能丢失数据10以错误地址处理收入的连锁信息11以信息类型中错误长度处理一收入的FO信息12于系统模式中在无效FO端口处理输入的FO信息13以无效信息头处理输入信息14主用单元和备用单元无匹配的配置数据15不再使用16EEPROM数据有错误的CRC校验码累计17尝试将数据写入EEPROM失败18EEPROM误读19EEPROM的两份拷贝数据有相同的拷贝数字（应为12）20更新配置数据包时错误21EEPROM设备Misc失败22EEPROM内的两份配置数据不匹配23EEPROM内的两份闭塞速率不匹配24尝试处理一未定义的菜单功能25尝试访问一未定义菜单26尝试修改未定义参数27尝试处理未定义显示28尝试用无效菜单处理菜单29向数字转换时错误性能通过30键盘编码器返回错误数值31处理接收的测试数据为无效测试32在校准或正常运行下频率监控失败。这是一关于发送信息和第二时间资源的测试33在正常运行下请求中心频率的频率检测34在正常运行下接收测试信号失败35在正常运行下接收测试信号失败，这是低通滤波器拒绝速率码的测试36在正常运行下接收测试信号失败，这是带通滤波器拒绝速率码的测试37安全并行输出监控器在安全输出上读到错误状态38安全并行输出监控器在安全输出上读到不确定状态39在系统不能控制安全输出状态处安全输出控制器失败40安全并行输出的脉冲测试失败41不再使用42计时到时不再处理43对系统时钟来说为无效的计时区44表明系统的一个监视计时器已到时。错误代码中所包含的附加信息将指出为哪个计时器45应处于有效状态的监视计时器无效46计时器有一超出其量程的先行值47这个错误表明了处理器的内部A/D转换器的标准化测试失败，此A/D是用来做安全输出测试的，因此必须被测试48功率放大器为发送信息控制输出功率。此错误表明已超量程的发送功率会引起过电压轨道49功率放大监控器的标准化失败50停止使用51在A/D读入上无转换完成状态52转换工作的请求没被请求作业处理53转换作业许可未被处理54于请求作业为无效系统状态55元的失败会被作记录56用户已通过面板请求改变配置状态57有错误出现。当备用单元检测到在线单元不在使用而转换成在线单元时作记录58系统任务CRC与请求值不匹配59当检测任务CRC时系统模式故障60在同一时段轨道发送开始和停止的请求均有效61故障请求模式下轨道发送开始请求62其他配置请求有效的情况下配置任务完成指令有效63错误数据处理中两路径得出不同结果64在两数据包中本应相同的一些数据并不相同。这种错误常与噪声或功率问题有关联65PROM CRC错误66RAM读/写错误67改变子循环执行处理过程时错误的子循环量68系统循环在360ms内未完成时作记录69两msec中断之间的时间大于2ms表明irq丢失70上电或面板正常复位71无关键错误记录时，内部看门狗引起系统复位72未知原因系统复位73栈底堆栈指针溢出74栈顶堆栈指针溢出75固定寄存器有错误数值76已存的情况下尝试存CCR值77未保存的情况下尝试恢复CCR值78CPS密码累计错误79空缓冲区中无效值80已给参数中误值81进入控制区门户82所给缓冲区指针超出量程83DS比较错误84QSPI缓冲区中附加数据无多余空间85轨道接受电平太高86配置已成功完成87不再使用88方向请求逻辑上与继电控制器的方向请求不匹配（方向继电器故障）89方向继电器的监视器表明方向继电器于失效状态90无效配置系统处于非配置状态91关键性错误发生后软件看门狗复位失效。系统将直接复位但无硬件复位时一些硬件注册将不能正确设置36常见故障代码处理方法一般凭借多年来积累的排故方法，大多数红光带主要是因为接收端受到干扰，受到干扰的程度不同而引起不同的故障现象。接收端电平干扰冲击较小时出现红光带的轨道电路可自动恢复，即轨道电路在跳红光带之后，自动重新启动，此时出现的故障事件代码多为34#和70#。干扰较大时引起程序死机则需人工重启。对于各板卡的长期使用，或者有严重的干扰冲击信号，会引起板子损坏，也是红光带产生的一种原因。当遇到此类故障时，根据不同的故障代码，更换相对应的板卡。1.需要更换CPU板卡的常见故障有：（1）35号故障（低通滤波器的抑制电平不正确，使用抛弃事件特性可读取通道号）；（2）37号故障代码（安全并行输出监视器在输出上读到一个错误状态）；（3）39号故障代码（安全并行输出监视器电路的测试失效）故障时需要更换CPU板。2.需要更好辅助板的常见故障有：（1）36号故障代码（带通滤波器的抑制电平不正确，使用抛弃事件特性可读取通道号）故障时需要更换辅助板；（2）34号故障代码（接收通道检测到错误的增益，使用抛弃事件特性可读取通道号），根据经验多数为外界条件影响，但2010年4月前后，龙阳路基地试车线G938常跳34#故障，更换CPU板后解决。第四章 2号线轨道电路红光带故障梳理由于近几年来轨道电路红光带故障频发，让维护工作者焦头烂额。于是，寻找故障源头是什么导致近几年来轨道电路红光带频发且愈演愈烈，成为突破的重点，也是解决轨道电路红光带的唯一途径。41现场故障统计在对2008年至2010年这三年里2号线轨道电路红光带所在区段和次数的统计（见附一、附录二、附录三）中发现，轨道电路红光带按故障修复类型可大致分为6类：（1）自动恢复；（2）校准恢复；（3）更换CPU板；（4）工务影响；（5）RESET恢复；（6）其他。图4-1 轨道电路红光带故障修复类型比例从图4-1中可以明显看出，在这3年中，轨道电路随着使用年限的增长，红光带故障发生率也逐年递增，在179次轨道电路红光带中，除工务影响和一些其他性因素引起的14次故障外，其余均为轨道电路自身故障引起的，而且主要集中在人民广场站GX1-6、人民广场站G3、陆家嘴站G1970和杨高南路站G2524等轨道电路上如图4-2所示。图4-2 故障比例图从图4-2中可以清晰的看出，人民广场站G3、陆家嘴站G1970、人民广场站GX1-6、杨高南路G2524等轨道电路红光带故障所占比例非常之高，如何解决这些轨道电路红光带，就成了解决轨道电路频繁红光带的重中之重。42对人民广场站轨道电路G3红光带频次的研究通过对人民广场站G3的着重研究中发现，3年来，该轨道电路共计跳红31次，其中自动恢复14次，人为干预RESET 2次，更换板子9次，校准恢复4次。将3年来的恢复方式进行逐年对比，如下图4-3所示。图4-3 历年轨道电路G3跳红对比图从图4-3中可以看出，3年来，该轨道电路跳红后自动恢复的频次分别为2008年4次，2009年6次，2010年4次。轨道电路红光带故障对列车正常运营的影响非常大，但若能在短时间内，甚至是瞬间自动恢复，通过调度合理得当的指挥，并不会对白天的正常运营产生严重的影响。虽然2009年有6次自动恢复的记录，比起其他2年来说多了2次，但整体上看来还是相对比较稳定。值得关注的是3年来，人工干预的频次逐年增多。虽然从图中可以看到人工RESET和校准辅助板的次数有所下降，但换来的却是更换CPU板频次的上升。2008年和2009年更换CPU板的次数均为2次，但到了2010年却达到5次之多，频繁的更换CPU板，对备品备件的消耗是一大隐患，但更为严重的是，备品备件的损耗，却并未彻底解决甚至改善该故障发生的频次。43对典型故障区段的参数研究从图4-2中可以看出人民广场站G3、陆家嘴站G1970、人民广场站GX1-6和杨高南路站G2524均为近几年内轨道电路红光带高发区段。对它们的信号强度（Str）,分路灵敏度（Shnt）和最大误差（Vari）进行统计，如表4-1所示。表4-1 轨道电路红光带高发区段参数表区段方向StrShntVariG3E（东向西发）156%163%161%3%W（西向东发）168%177%163%7%GX1-6E（东向西发）154%162%162%1%W（西向东发）165%174%164%6%G2524E（东向西发）163%175%165%4%W（西向东发）155%165%161%2%G1970E（东向西发）147%156%159%5%W（西向东发）156%165%162%1%按照规定，最大误差Vari应该控制在0至7%之间，分路灵敏度Shnt应该控制在160%至164%之间，信号强度Str则应该控制在155%至165%之间。从表4-1中可以看到，G3的W方向的Vari达到7%，Str偏高；GX1-6的W方向的Shnt为164%，Vari为6%，Str偏高；G2524的E方向的Shnt为165%，Str偏高；G1970的E方向的Shnt为159%，Str偏高。除了G2524和G1970的Shnt超出参数范围外，其他各参数均在控制范围内，但均接近临界数值，导致Str偏离正常范围。44Vari和Shnt对Str影响的研究针对人民广场站G3轨道电路进行测试并记录。1.当Vari固定不变时，此处以Vari为3%为例，调整Shnt值，观察对Str的影响。如表4-2所示。表4-2 Shnt对Str影响研究表VariShntStr3%158%147%159%3%159%150%162%3%160%153%162%3%161%155%165%3%162%155%168%3%163%157%167%3%164%160%170%3%165%162%173%3%166%168%176%从表4-2中可以看出，当Vari固定不变时，随着Shnt的增加，Str的范围区间会随着Shnt的增加整体上移。2.当Shnt固定不变时，此处以Shnt为161%为例，调整Vari值，观察对Strd的影响。如表4-3所示。4-3 Vari对Str影响研究表ShntVariStr161%0%158%163%161%1%157%163%161%2%155%164%161%3%155%165%161%4%156%166%161%5%154%167%161%6%153%168%161%7%150%170%161%8%145%173%161%9%141%179%从表4-3中可以看出，当Shnt固定不变时，随着Vari的增加，Str的浮动范围越来越广，范围区间越来越大。45数据梳理总结对人民广场站G3、陆家嘴站G1970、人民广场站GX1-6和杨高南路站G2524等轨道电路故障数据的研究发现，不论是设备自动重启后恢复，还是人为干预（包括RESET，校准辅助板和更换CPU板）后恢复。虽能短时间内能维持轨道电路正常工作，但3年来却始终未能彻底解决该类故障的发生，可谓治标不治本。大量备品备件的消耗，却并未获得如预期的结果。常规维护手段的使用殆尽，迫使我们必须从其他途径去寻求突破点。于是一个大胆的猜想呼之欲出：会不会是因为随着轨道电路服役年限的增长，造成某些参数偏离了其正常范围呢？但是对轨道电路参数算法和等效电路相关知识的匮乏，又不得不让我们为之望而却步。于是对轨道电路参数算法和等效电路的研究被提上议题，希望通过学习和研究，增进对轨道电路的了解，有助于找出故障源头，并从源头出发，找到解决方法。第五章 轨道电路参数算法的研究51轨道电路的基本参数轨道电路是以线路的两根钢轨作为导体，两端加以电气绝缘或电气分割，并接上送电和受电设备构成的电路。轨道电路是一个具有均匀分布参数的电路，其均匀分布参数有：钢轨的纵向电阻和钢轨之间的绝缘电阻。钢轨导线之间的绝缘包括：轨枕、道碴、路基和大地。轨道电路的分类按照气分割方式可以分为有绝缘节轨道电路和无绝缘节轨道电路。无绝缘轨道电路按照原理又可以分为两个大类，第一类是自然衰耗式（无电气分割点），是利用轨道电路的自然衰耗，相邻轨道电路采用不同的频率，利用在轨面外进行滤波的原理以实现相邻轨道电路的工作互相不干扰。其原理是当信号电流的频率增加时，钢轨线路阻抗的数值将增大，钢轨之间的泄漏也会增加，因此信号电流的衰耗也增加。当信号频率达到20KHz左右的时候，轨道电路上电流（电压）传输的衰耗是很大的，向轨道馈送23V的电压时，在距离馈电点100米的地方电流（电压）就会衰耗殆尽，在此范围之外的地方就可以认为不再会有什么信号电流（电压）了。第二类是电子隔离式（有电气隔离点），又称为谐振式，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，并用不同的频率进行电气隔离。电气隔离式无绝缘轨道电路的工作原理如下图5-1所示。S型跳线采用下列走线方式：从第一条钢轨的焊接点a开始，沿着轨枕到第二条钢轨的腰部a点，拐弯沿着第二条钢轨的腰部到c点，在拐弯沿着轨枕到第一条赶鬼的腰部b点，然后沿着钢轨的腰部到达d点，最后拐弯沿着轨枕到第二条钢轨的焊接点d。bf2f1dacdacdabdaABc2c4mFSBJSAc3c1mFSAJSCCf1f2f2图5-1 电气隔离式无绝缘轨道电路工作原理示意图由电容C1、cd段钢轨的电感Lcd、dm段连接线电杆Ldm以及它们之间的互感Mcm构成谐振频率为f1的并联谐振槽路。A轨道电路发送器FSA产生频率为f1的信号时，在电容C1两端相连的两点mc，也即在发送端轨面ac两点会形成高电压；此f1信号沿着A轨道电路向左边即接收端传输。接收端相连的谐振槽路在A轨道电路的左上角，由电容C2、钢轨I的ba和一段连接线am等组成，而电容C2、ba段钢轨电感Lba，am段连接线电感Lam以及它们之间的互感Mam构成谐振频率为f1的并联谐振槽路。因此接收端电容C2两端呈现高阻抗，沿着A轨道电路传输过来的信号f1，在电容C2两端相连的bm两点，也即接收端轨面db两点，有较高的电压，从而被接收器JSA识别。B、C轨道电路的发送器FSB、FSC和接收器JSB、JSC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为f2。对于C轨道电路的信号f2，A轨道电路的右边即发送端的dbmd处的电容和电感谐振于频率f2，故对C轨道电路来说，dbmd相当于一根短路线，它可以阻止频率f2信号向A轨道电路传输。相同的，A轨道电路的左边即接收端dbmd相当于一根短路线，它可以阻止频率f1信号向B轨道电路传输。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，从而降低了电化影响。上海轨道交通地铁2号线之前已经介绍过了，采用的是无绝缘音频轨道电路，其载频频率为：上行10.5 KHz、12.5 KHz、14.5KHz；下行11.5 KHz、13.5 KHz、15.5 KHz交替设置（渡线环线：16.5KHz）；频编：200HZ。从轨道电路的基本结构及传输特性来看，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。钢轨铺设在轨枕上，轨枕安放在道碴或水泥整体道床上，所以轨道电路是具有低绝缘电阻的电气回路。每一公里两条钢轨的阻抗，被称为单位钢轨阻抗或简称为钢轨阻抗，用表示，单位是/km。当轨道电路中通以直流信号时，钢轨阻抗就是纯电阻，即钢轨电阻；当轨道电路中通以交流信号时，在钢轨的内部和周围会形成交变磁场，因而除了有效电阻外，还有感抗存在。城轨交通的道床有整体道床和碎石道床两种。道床电阻是一个分布参数，通常用每公里钢轨线路具有的泄漏导纳表示，它决定了从一根钢轨经过轨枕、道碴、大地等流到另一根钢轨的漏电流大小，用rd表示，其单位是km。道床电阻越小，两条钢轨之间的泄漏电流越大，轨道电路所消耗的电能量就越多。道床电阻的数值，一方面取决于线路上部建筑的结构，即取决于道床的材料、道床的整洁性、轨枕的材质和数量、铺设的工艺；另一方面还取决于温度、湿度等天气因素的变化，以及大地的导电率等各种因素；此外钢轨之间会呈现电容性。因此钢轨阻抗（钢轨电阻R和钢轨电抗L的向量和）和泄漏导纳（泄漏电导G和泄漏容抗C的向量和）就成为轨道电路本身固有的电气参数，所以轨道电路的基本参数也就是R、L、C、G的总称。其中单位钢轨阻抗和泄漏导纳有： （11）道床电阻:52无绝缘轨道电路参数的测算理论依据理论上无绝缘轨道电路的钢轨阻抗和道床漏泄都是均匀分布的，它应属于均匀分布参数传输线。为了验证能否应用均匀分布参数的传输线理论来研究无绝缘轨道电路，针对上海地铁二号线，选择对静安寺站G1438进行轨道电路钢轨传输特性的测试。521测试条件时间：20010年5月12日 23：305月13日3：00测试天气：晴（28）测试仪器：Fluke 123，Fluke192B测试地点：二号线静安寺站G1438轨道区段轨道电路信号频率：15.5kHz 道床类型：整体道床钢轨类型：P60522测试流程（1）打开G1438轨道电路的室内发送设备，关闭两边相邻轨道电路。G1438轨道电路长约250m，频率为15.5kHZ；（2）从G1438室外接收端至发送端选择多个测试点，进行电压值的测量，具体测试点的选择如图5-2所示；（3）记录各测试点测量结果，如表5-1所示；（4）画出各测试点数据变化趋势图，如图5-3所示。250m251.5248244.56.51020304050607080901001101201301401501600170180190200230240302202100信号室耦合单元F信号传输方向 G1438 15.5kHz KHzJG1438的接收端G1438的发送端耦合单元信号室图5-2 2号线轨道电路传输特性测试点示意图（1）测试数据记录：表5-1 各测试点测试数据记录表测试点（以接收端为0点）距0点距离（m）测试点测量电压值(V)测试点000.19测试点16.50.198测试点2100.272测试点3200.44测试点4300.616测试点5400.818测试点6500.993测试点7601.2测试点8701.37测试点9801.53测试点10901.7测试点111001.86测试点121102.05测试点131202.24测试点141302.37测试点151402.53测试点161502.75测试点171602.9测试点181703.13测试点191803.26测试点201903.48测试点212003.64测试点222103.78测试点232203.88测试点242304.05测试点252404.23测试点26244.54.3测试点272484.48测试点28251.51.37（2）测试数据变化趋势图电压（V）接收端发送端距离（m）图5-3 各测试点数据变化趋势图523测试结果分析实测结果表明，上海轨道交通地铁2号线的钢轨传输特性是线性的，这可以得出各线路的漏泄很小；说明城市轨道交通的轨道电路参数是均匀分布的，可以利用均匀分布参数的传输线理论来分析研究城轨交通轨道电路的有关问题。因此均匀分布参数传输的基本方程也在无绝缘轨道电路中适用，它反映了轨道电路始端（送电端）的电压和电流与终端（受电端）的电压和电流之间的关系： （13）式中：为轨道电路的特性阻抗；为轨道电路传输常数。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，如图5-4所示。IzZsAZzIsUsUz图5-4 无绝缘轨道电路的等效网络模型上图中将某线路的整个无绝缘轨道电路看成一个由轨道电路基本参数R、L、C、G构成的网络A。根据四端网理论，下列算式成立： （12）其中、轨道电路始端的电压、电流值；、轨道电路终端的电压、电流值；A、B、C、D轨道四端网的参数，且AD-BC=1。比较（11）和（12）两个公式后可以得出： 对于直流电路来说：=（1/km）。对交流轨道电路来说， （1km）。其中为轨道电路的衰耗常数，反映了轨道电路的电压、电流每公里的衰耗程度，单位是1/km。为轨道电路的相移常数，反映了轨道电路的电压、电流每公里的相移情况，单位是rad/km。从上述分析中可知，均匀分布参数的传输线理论及四端网理论为城轨交通的无绝缘轨道电路基本参数的研究提供了最基本的理论依据。53无绝缘轨道电路参数计算模型根据上文的分析，我们不能通过测试直接得出或者计算出轨道电路的基本参数。根据铁路上测算轨道电路的基本计算模型，我们也先通过测试计算出轨道电路的特性阻抗和传输参数，然后来进行计算轨道电路的基本参数。利用四端网链接的理论，可以把长度为l的无绝缘轨道电路分成n段，每段长l/n，每段可以用集中参数的型、型或型四端网来代替，则长度为l的轨道电路就可以用n个型四端网链接来代替，当时，也能精确算出始端电压和电流与终端的电压和电流的关系。因此无绝缘轨道电路可看成是n个小的四端网链接而成，如图5-5所示。Rl/nLl/nCl/nGdl/n1122 图5-5 型四端网（其中长度为l/n）四端网11端的特性阻抗：其中当22端开路时，11端的输入阻抗；当22端短路时，11端的输入阻抗。而将、代入式（5-11）中，得到：当时，则 同样，四端网22端的特性阻抗：其中当11端开路时，22端的输入阻抗；当11端短路时，22端的输入阻抗。而将、代入（5-13）式中，得到当时，则因每一小段轨道电路等效型网的11端与22端的特性阻抗相等，则可以把长度为l的轨道电路由n个型网匹配链接而成，所以总的轨道电路的特性阻抗为： （14）根据定义，每一小段的轨道电路的等效型网的传输常数为： 将、的值代入（5-17）式中，得到：=当时，则：由于，因此也很小。当很小时，所以=由n个型网匹配而成的总网络的传输常数为n个，所以长度为l的轨道电路的传输常数：n=* n所以，一公里长的轨道电路的传输常数为：= (15)而单位钢轨阻抗和泄漏导纳有：因此，式（14）和（15）可由单位阻抗和泄漏导纳表示： (16）= (17)由式（16）和（17）可以得出单位钢轨阻抗和泄漏导纳： （18）从式（18）可以看出，只要求出轨道电路的特性阻抗和传输常数，则由复数的实部和虚部对应关系，可以得出轨道电路的基本参数R、L、C、G：（1）单位钢轨阻抗：c(/km)（2）单位钢轨电阻：R=A；（3）单位钢轨电感：L=B/；（4）单位漏泄导纳：Y；（5）单位道碴泄漏电导：Gd=E；（6）单位道碴电阻（7）单位道碴电容C从上述推算过程不难看出，通过测试计算出轨道电路的特性阻抗和传输常数，就可以通过四端网或者传输线的理论计算获得轨道电路的基本参数。如何进行测试计算轨道电路的特性阻抗和传输常数就成为测算方法研究的重点。下面一章将详细介绍几种常用的测算方法，并通过比较各种方法的优劣性来选择以较为合适的测算方法。第六章 轨道电路基本参数测算方法的研究轨道电路的一次参数是最基本的参数，测算轨道电路的基本参数，是信号检测中的一项常规工作。轨道电路的计算和调整，轨道电路器材的设计、选择等问题都要依据轨道电路的基本参数，同时一次参数也是轨道器材安装及调试的基础。61常用的几种测算方法到目前为止，轨道电路基本参数R、L、C、G是无法直接测试或者计算出来的，所有测算轨道电路基本参数的过程都是建立在计算模型基础之上。考虑到城轨交通现场实际测试环境、现有的仪器设备以及测试精度等，本课题对城轨交通轨道电路参数的测试方法都是基于开路、短路法。所谓开路、短路法，就是将轨道电路的一端（始端）接上电源，而另一端（终端）断开（称为开路），在电源端测出轨道电路始端的开路电压、开路电流；然后再将终端短接（称为短路），还在电源端测出轨道电路的短路电压、短路电流。测出上述数据后，再测量出轨道电路的长度l，有了这些数据后，就可以进行计算工作了。下面介绍几种常用的轨道电路参数测算方法以及在该项目轨道电路参数测试时所使用的方法。611开路短路三电压表法开路短路三电压表法的思路：在轨道电路终端开路、短路时，用一块电压表迅速地测出图中U1、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，然后由输入阻抗求出特性阻抗和传输常数，即可由计算模型算出轨道电路基本参数。开路短路三电压表法的具体测试电路示意图如图6-1所示。轨道电路长度lU3U2U1终端Rxx信号源图6-1 开路短路三电压表法测试电路示意图开路短路三电压表法的计算过程如下所述：测试电路中的三处电压是矢量和的关系，如图6-2所示,。U1U3U2I3图6-2 电压矢量和关系图通过纯电阻Rx的电流就是流入轨道电路的始端电流I3，它与Rx上的电压U2是同相的，U3是轨道电路的始端电压，角就是始端电压、电流之间相位差，也就是这时输入阻抗的幅角。根据三角形的余弦定律，信号源始端总电压U1为：可得出：将轨道电路终端开路、短路时，测得的U1K、U2K、U3K和U1D、U2D、U3D代入上式，分别求出K和D。当Rx为已知时，则开路输入阻抗ZsK和短路输入阻抗ZsD分别为：求得开路输入阻抗和短路输入阻抗之后，由传输方程式可得：当终端（受电端）开路时，可得始端输入阻抗sk：当终端（受电端）短路时，可得出始端输入阻抗sD：联合上面两式得：（）由于thl是复数双曲函数，一般不能直接求出，需加以变换。令：T、；则larthTe根据复数反双曲函数公式：由于；所以。推得（1/km）；而；推得（rad/km）。由于=j所以 通过上述过程求得特性阻抗和传输常数之后，根据轨道电路基本参数的计算模型，可以算出轨道电路的基本参数。612开路短路电压电流法开路短路电压电流法测试电路示意图如下图所示：轨道电路长度lU3终端（受电端）Rxx信号源图6-3 开路短路电压电流法测试电路示意图开路短路电压电流法的思路：通过终端开路/短路，当终端（受电端）开路或者短路时，要求直接测得终端开路时始端的电压值、电流值、电压电流相位差以及终端短路时始端的电压值、电流值、电压电流相位差。通过上述测试数据计算出终端开路、短路时对应的始端的输入阻抗sk 、sd。然后由sk 、sd计算出特性阻抗和传输常数，进而根据轨道电路参数的计算模型得出轨道电路基本参数。开路短路电压电流法的计算过程如下所述：当终端开路时，始端的输入阻抗sk：（）当终端短路时，始端的输入阻抗sd：（）求得开路输入阻抗和短路输入阻抗之后，由传输方程式可得：当终端（受电端）开路时，可得始端输入阻抗sk：当终端（受电端）短路时，可得出始端输入阻抗sD：联合上面两式得：（）由于thl是复数双曲函数，一般不能直接求出，需加以变换。令：T、；则：larthTe根据复数反双曲函数公式由于：所以：（1/km）而：（rad/km）由=j所以 通过上述过程求得特性阻抗和传输常数之后，根据轨道电路基本参数的计算模型，可以算出轨道电路的基本参数。613开路短路二电压法开路短路二电压法是对开路短路三电压表法的进行改进的一种测试方法。开路短路二电压法的测试电路示意图如下图所示：lU3U2终端（受电端）Rxx信号源图6-4 二电压表法测试电路示意图开路短路二电压法的思路：开路短路三电压表法中，轨道电路的始端轨面电压电流的相位差是通过计算得出来的。在开路短路二电压法中，在读取轨面电压值U3和可调电阻Rx上的电压值U2的同时,直接通过仪表读取始端轨面电压电流的相位差,通过这些数据，计算出特性阻抗和传输常数，最后通过轨道电路参数的计算模型得出轨道电路基本参数。开路短路二电压法的计算过程如下所述：由于通过纯电阻Rx的电流就是流入轨道电路的始端电流I3，它与Rx上的电压U2是相同的，U3是轨道电路的始端电压，角就是始端电压、电流之间相位差，也就是这时输入阻抗的幅角。因此将轨道电路终端开路、短路时，直接通过仪表直接测得K和D。当终端开路时，始端输入阻抗ZsK：当终端短路时，始端输入阻抗ZsD：求得开路输入阻抗和短路输入阻抗之后，由传输方程式可得：当终端（受电端）开路时，可得始端输入阻抗sk：当终端（受电端）短路时，可得出始端输入阻抗sD：联合上面两式得：（）由于thl是复数双曲函数，一般不能直接求出，需加以变换。令：T、；则 ：larthTe根据复数反双曲函数公式由于所以：（1/km）而（rad/km）由于=j所以 通过上述过程求得特性阻抗和传输常数之后，根据轨道电路基本参数的计算模型，可以算出轨道电路的基本参数。62实际测算方法的选择前面所提到三种基于开路、短路法的测算方法，在轨道电路参数测试过程中，有着各自的适用性。因此在不同的环境中，三种方式所计算的结果会有很大不同。开路短路三电压表法主要缺陷在于三个电压表的读数不能同时读出；另外其阻抗角不是用专用仪表直接读取，而是利用在不同的部位实测的三个电压值形成三角形来求得，由于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，造成计算相位角的误差。为了减少计算幅角的误差，U2和U3的值最好比较接近。同时参考几种轨道电路参数测试方法的实验分析中有关对开路短路三电压表法的对轨道电路参数计算结果的误差分析可知：通过这种方法所求得的钢轨阻抗模值及幅角和泄漏导纳模值是可信的，而求得的泄漏导纳幅角很难准确。因此课题组只将这种方法作为测量轨道电路参数的一个参考方法，由这种测量方法测算所得得的数据作参考比较之用。开路短路电压电流表法从理论上来说应该是测算方法中最好的。参考几种轨道电路参数测试方法的实验分析中有关对开路短路电压电流表法的对轨道电路参数计算结果的误差分析可知：各个被测量的测量偏差对钢轨阻抗模值和幅角及泄漏导纳模值影响不是很大，但对泄漏导纳的幅角影响却是严重的；若线路衰耗严重（即Rd较小且钢轨长度较长）时，这种方法所产生的误差较大；另外这种方法对仪表有较高的要求，若测得的电压、电流值正确无误，则这种测量方法的计算误差将大大减小；同时测量相位的仪表精度应该较高。但是由于要测量轨道电路的电流值，因此需要用导线把电流表串联到轨道电路当中去，而用于接入的导线本身具有一定的电阻值，尽管很小但是也会产生误差，对测量到的数据的精准性带来一定的影响。同时，由于轨道电路组成的特殊性，很难将仪表串联到电路中去。因而这种方法在课题组的研究当中也作为一种参考方法，由这种测量方法测算所得的数据作参考与比较用。开路短路两电压法，是对开路短路三电压表法的改进。它运用新的测试技术，充分利用Fluke表的特性，用一块Fluke表同时测量计算所用的两个电压值（Fluke表会自动记录它们的相位差）。与开路短路三电压表法比较可以看出，克服了开路短路三电压表法测试过程中读数的不同时性的难点，直接读取阻抗角。缩短了测试时间，而且具有较好的测试的特性。从理论上来说，计算结果具有相对较高精度。为了选择最佳的测试方法，特地拜访了铁路轨道电路参数测试的有关专家，并结合上海轨道交通地铁2号线线路实际情况，参考国外有关无绝缘音频轨道电路的测试手段，最终采用了开路短路二电压法进行测试。 第七章 调谐方法的研究通过前几章节对无绝缘音频轨道电路参数算法和基本参数测算方法的研究，让我们对无绝缘音频轨道电路的基本原理有了大致的了解。但繁琐的计算公式和测算方法，明显不适应现场多变的需求，取其精华去其糟粕，将复杂的电路图简化，将计算公式中一些次要的参数等效化，演化出一套简单，便于计算，便于考量却又不失真的等效电路，对现场的实际维护，起着至关重要的作用。71等效电路的研究参阅了大量国外书籍后发现，无绝缘音频轨道电路的轨旁调谐单元，由耦合单元及信号环线组成。耦合单元中有两套电路组成一块耦合单元板，分别用于相邻轨道电路的发送和接收调谐。信号环线和调谐单元结构示意如图7.1所示。图7-1 信号环线和调谐单元结构示意图从图7-1中可以看出，影响调谐电路的主要因素有耦合单元电感La、电阻Ra、电容Ca、环线电阻R、环线电感L。若以轨道电路A接收端调谐电路为例，可以明显看出，该电路为一个并联调谐电路。将其2次等效后，如图7.2所示。图7-2 调谐单元等效电路图其中，电容C为Ca是可调的，用于调谐；电阻R为Ra和信号环线的电阻R环线串联组成；电感L由La和信号环线的电感L环线组成。72信号环线的电感和电阻测试为了分析调谐单元的频率特性，必须获得信号环线的电感L环线和电阻R环线。在此可通过RLC表直接测得。经过多次测量平均后得到R环线=212m，L环线=13.3H如表7-1所示。表7-1 静安寺R环线和L环线现场测试数据区段名R环线(m)L环线(H)G129521613.6G130721113.5G133520812.9G135921513.5G137921013G139920713G141920913.7G142021513.2G143021614G140021313.9G138020913G136021212.9G133621413G130621513.1G129621213.5G143920913G146321013G148721413.2G143821913.3G146421612.8G148421012.8G151320713.7G151221512.9G154320412.8G154420713.6G156921413.4G157022013.4G158721513.1G158821413G161320812.8G161421113.3均值21213.3为了验证表7-1所测得的数据是否正确，可通过二电压法进行验证。测试仪器采用FLUKE-192B双迹示波表，以发送信号频率为14100HZ为例，采用二电压法进行了多次测试。测试时，FLUKE-192表测量耦合单元中无感电阻（Rb=50 m）上的电压URB和电压U12。根据二电压法的测算原理，得到环线电流12=URB/ Rb =3.4A,环线电流和环线电压的相位差为78.35，从而计算得到R环线=270.23m，L环线=14.793H。经多次测试，其结果基本与该组数据一致，由此可见，所测得的信号环线电感和电阻值是较为准确的。73频率特性分析图7-3 调谐单元二次等效电路一般来说线圈感抗远大于线圈电阻：0Lr；电容漏阻：rp0。那么：槽路输入导纳Y:Y=jC+1r+jL = rr2+L2+jC Lr2+L2输入电导g:g = rr2+L2输入电纳b:b = C - Lr2+L2由谐振条件b = 0得：0C 0Lr2+0L2 = 00C = 0Lr2+0L2r2+（0L）2 = LC = 2由此得谐振槽路的特征阻抗：=LC谐振频率0: 0 = LC-r = 1LC(1-r22)当rE；自动设置方向继电器，从西向东发送，按ENTER，进入pwrxx%4选择合适的发送器抽头，调节pwr xx%，为西至东方向设置Irail。将探头置于BOND的中心，监视并报告东侧BOND的钢轨电流Irail。5在数据表格上记录Irail和西至东方向的pwr6按ENTER，进入SETEW7自动设置方向继电器，从东向西发送8按ENTER，进入pwrxx%；调节pwrxx%，为东至西方向设置Irail。将探头置于BOND的中心，监视并报告西侧BOND的钢轨电流Irail。9在数据表格上记录Irail和pwr。10按ENTER进入levlxx%；设置接收器抽头，产生大于18%小于77%的最小电平；在数据表格上记录接收器抽头和东至西方向的电平。11按ENTER，进入Varix%，记录东西方向的Varix%；按ENTER，进入Shntxx%；按ENTER，进入Shntxx%100%；当分路时记录Shnt161%Vari应在07%范围内。分路显示相对与分路门限的接收电平。12注：当施加分路时检查Shnt161%E；自动设置方向继电器，从西向东发送。114按ENTER进入levlxx%检查电平在18%77%之内；记录levlxx%；按ENTER，进入Varix%，记录西至东方向的Varix%；按ENTER，进入Shnt161%；当未分路时记录西至东方向的Shnt161%15注：当施加分路时检查Shnt161%100%将0.2欧姆分路线连在东侧BOND中心的轨道上。16按ENTER进入ACPTMENU；按ENTER进入CON-FIRM；按ENTER，并且扫描所有参数设置。17如果确认所有参数，则单元将设置参数写入EPROM，并且DONE。按RESET，进行系统复位2.调谐流程如表7-4所示。室内：频率减400HZ，pwr50，室外测TP1/TP2(或TP5/TP6)的电压最大值。（无绝缘音频轨道电路AF-904室外耦合单元图如图7-7所示）图7-7 无绝缘音频轨道电路AF-904室外耦合单元图表7-4 调谐流程信号设备室轨旁耦合单元1从控制线图纸获得轨道电路频率为两个耦合单元设置相应频率的额定电容值。2经过限制菜单进入SETUP；按ENTER进入TUNEMENU调谐与TB1TB2连接的东侧的耦合单元。验证耦合单元的JMP9JMP18设在“N
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