ZPW-2000A小轨道日曲线形成的机理及分析

贺江胜

贺江胜:乌鲁木齐电务段 工程师 830022 乌鲁木齐

ZPW-2000A区间小轨曲线形状比较特殊，若对其形成的机理不清楚，对监测结果就无法正确判断，不仅不能对小轨变化进行有效监督，也不能利用小轨曲线，监督送端轨面电压的变化趋势。通过对小轨曲线形成机理进行分析，帮助判断小轨运用状态乃至主轨变化趋势，便于区间轨道电压电特性分析和预防维护。

1 ZPW-2000A小轨日曲线

1.1 正常状态时的小轨日曲线

图1是ZPW-2000A正常状态时小轨道的日曲线，与主轨道曲线有很大的不同。主轨道日曲线是根据一天轨道的占用情况，形成宽、窄不一的方波。而主轨占用时的小轨曲线则是连续的、幅值逐渐增大的，类似于正弦波。图2是放大后截取的单趟列车占用某轨道区段时小轨曲线，由图2可以看出，小轨空闲时是一条直线，占用时，先是类似正弦曲线，而后是个方波。

图1 ZPW-2000A小轨正常接收日曲线

1.2 正常状态时小轨曲线特点

ZPW-2000A主轨道区段占用时，小轨曲线有以下几个特点:①列车通过时，类似正弦波曲线的极值点各个区段不尽相同，但同一个区段基本相同;②极值点间隔的疏密程度与列车运行速度有关，列车运行速度越快，曲线越紧密，速度越慢，曲线稀疏，如果列车停在某点，将会是与该点电压数值相同的一条直线，如图3前部所示;③越靠近送电端，小轨电压波动幅度越大;④列车越过送电端后，小轨曲线形成与主轨相类似的占用方波。

图2 ZPW-2000A单趟列车通过时的小轨接收曲线

图3 列车在主轨区段某点停车时的小轨曲线

2 ZPW-2000A小轨日曲线形成的机理

通过主轨道曲线与小轨道曲线比较可以看出，当列车越过主轨道受电端，小轨道就开始变化，而且随着不断接近送电端，小轨电压变化越来越大。

2.1 列车占用时轨道区段的等效电路

图4是列车占用轨道区段时的等效电路。图4中L为钢轨等效电感，C为补偿电容，R为列车分路电阻与钢轨电阻之和。A、B两点构成了C与R、L串联的并联电路。

从送电端看，补偿电容的作用类似于钢轨电感与电容产生串联谐振，钢轨阻抗变成阻性，使得移频信号传得更远;从受电端看，当列车越过受电端将轨道分路后，会形成如图4所示的并联等效电路，当列车运行到轨道区段某一点，会对相应的载频产生并联谐振。

图4 列车占用时轨道区段等效电路

假定电容C不变，轨道电感L=XL0，轨道电阻R=XR0，X为列车分路点距AB点的距离，LO为单位长度钢轨电感，RO为单位长度钢轨电阻，忽略列车分路电阻后，可以得到该等效电路并联谐振频率为:

将L=XL0，R=XR0带入(1)式，则

由(2)式可以看出，对于某个确定的载频f0，可以得到一个确定的X，使得列车运行到该点时发生并联谐振。也就是说，每个电容步长范围内都应该有一个并联谐振点。但由于轨道区段是分布参数网络，实际上谐振点没有那么多，只有列车运行过程中，电路结构合适时，才会产生并联谐振。一旦一个轨道区段结构确定后，该区段的并联谐振点数量也就确定了。所以每次列车通过时，曲线出现的极值点数量基本相同。

2.2 小轨道日曲线分析说明

通过以上分析说明，列车通过时会在主轨道区段几个点处产生并联谐振。当主轨道区段空闲时，小轨道曲线是一条直线;当列车刚越过主轨道受电端时，小轨电压可能上升或下降;当该点不是并联谐振点时，则由于分路导致送端轨面电压下降，于是小轨接收曲线开始是下降的;当该点是并联谐振点时，则该点就会产生并联谐振，类似终端开路，送端电压升高，于是小轨曲线开始是向上波动。

当列车接近谐振点时，阻抗变得越来越大，送端电压变得越来越高，小轨电压也随之逐渐变大;当列车离开谐振点时，阻抗变得越来越小，随着分路电流增大，送端匹配变压器上的压降增大，送端轨面电压也随之变小，小轨电压也逐渐变小。

当列车刚压入主轨区段时，由于钢轨分布漏泄电流较大，即便有并联谐振点，送端轨面电压也升高不多，小轨曲线波动较小;随着列车接近送端，漏泄电流越来越小，并联谐振点处送端轨面电压变得很高，而非并联谐振点处，分路电流也变得更大，匹配变压器上的压降更大，送端轨面电压变得更小，所以小轨曲线波动幅度也变得很大，有时是标准小轨电压的几倍;当列车越过送电端后，小轨被分路，于是曲线变得很低。

当列车出清小轨区段后，小轨区段有不同时间长短波动的“尾巴”，这是由于列车在相邻区段分路对小轨造成的影响。调谐区设备参数以及安装尺寸越标准，这种影响越小，反之影响越大。

3 注意事项

图5 列车反向进入轨道区段时小轨曲线(后者)

1．小轨电压产生的波动，实际上也同时反映了送端轨面电压的变化趋势。对于异常曲线，利用同一发送端但在不同调谐区接收的主轨与小轨曲线，加上相邻两区段小轨与主轨的接收曲线变化，比较容易区分出是送电端的问题，还是受电端的问题(当送电端出现问题时，小轨道电压会下降50%～70%;受电端出现问题时，小轨道电压会上升500%～700%)，同时也能反映出补偿电容的问题，而且通过小轨曲线，还可以区分是车载设备的问题，还是地面设备的问题。

2．小轨曲线极大值点与谐振点的数量有关，而谐振点与轨道长短、载频大小、补偿电容数量等固定参数有关，与列车运行速度无关。

3．反向进入轨道区段(如大机捣固返回时)，小轨入曲线是与正向进入时极值点数不一致的“镜像”曲线，如图5所示。

4．对主轨占用时小轨曲线进行软件过滤，将会过滤掉真实的轨道电压变化信息，不能如实反映现场信息，不利于问题分析。

［1］张会志，崔国忠.ZPW－2000A故障分析处理［J］.铁道通信信号，2010(6):40－41.