ZPW－2000A轨道区段补偿电容对调谐区极阻抗影响的分析

贺江胜

对于ZPW－2000A轨道区段，由于钢轨呈感性阻碍了高频信息的传输，因此，在钢轨上一定步长范围内增加了补偿电容，以利于移频信息的传输。但补偿电容质量及其引线塞钉与钢轨接触电阻的变化，都会对轨道电压产生不同程度的影响，甚至会影响到调谐区极阻抗的变化。本文就补偿电容对调谐区极阻抗的影响，导致轨道电压波动原因进行分析，以利于区间轨道电压电特性分析和预防维护。

1 ZPW－2000A轨道区段补偿电容对轨道电压的影响

补偿电容或其引线塞钉与钢轨接触电阻变化时，会导致轨道电压不同程度的波动，表现在主轨电压下降和本区段小轨电压升高；而且越靠近送电端的电容变化时，主轨和本区段小轨电压波动幅度就越大；越靠近受电端的电容变化时，主轨和本区段小轨电压波动幅度就越小，甚至只有主轨波动，而小轨电压没有变化，这和补偿电容容值变化幅度以及补偿电容所在位置有关。

钢轨间分布有漏泄阻抗，靠近送电端漏泄阻抗较大，补偿电容补偿效果明显，所以补偿电容的变化对轨道电压影响也较大；而靠近受电端钢轨漏泄阻抗较小，补偿电容补偿效果相对于送电端明显下降，其变化对轨道电压的影响较小。因而相同电容容值的变化，靠近送电端对轨道电压的影响大于靠近受电端。

2 补偿电容对调谐区极阻抗的影响

2．1 补偿电容变化导致极阻抗异常的现象

一般当补偿电容容值减小时，会导致主轨电压下降、本区段小轨电压升高。但个别情况也会导致主轨电压和本区段小轨电压同时升高或降低。

图1是达坂城区间两相邻轨道区段；图2是达坂城18494G主轨出电压曲线；图3是达坂城18480G小轨出电压曲线。表1是上述区段波动时，18494G主轨入、主轨出，以及18480G小轨入、小轨出电压的变化情况。

当18494G出现本区段主轨、小轨电压同升、同降波动时，首先要考虑是送端问题。电压降低时，测试送端塞钉阻抗符合标准，测试送端极阻抗361mΩ，比前期测试495mΩ变小了，于是更换调谐单元和匹配变压器，这种现象依然没有消除。对送端附近补偿电容进行测试时，发现靠近送端第3个电容电流波动较大，更换电容后极阻抗接近初始值，曲线恢复正常。说明是该电容容值的变化，导致了调谐区送端极阻抗的变化，进而导致送端轨面电压的变化。后来对其他几个类似区段进行了相同的检测，均为电容影响。

图1 达坂城两相邻区段

图2 达坂城18494G主轨出电压曲线

图3 达坂城18480G小轨出电压曲线

表1 补偿电容变化前后主轨、小轨电压比较

2．2 补偿电容影响极阻抗的原因分析

图4是送端并联谐振等效电路，以及该等效电路的电抗曲线和阻抗曲线。

图4 调谐区并联等效电路及电抗和阻抗曲线

图4中LV、RV为等效电感及电感中的等效电阻；C、R为等效电容及电容中的等效电阻；C′（虚线连接部分）为影响极阻抗的等效补偿电容；f0为谐振点的频率。当不考虑补偿电容C′的影响时，该并联电路的阻抗Z为：

为了便于定性分析，当忽略电感和电容中的等效电阻RV、R后，阻抗Z为：

一般谐振电路的品质因数Q比较大，那么理想状态下谐振频率f0为：

对于某个固定的载频f0，在电感LV不变的情况下，将式 （3）带入式 （2），则阻抗Z为：

C0是在f0情况下并联谐振的理想电容值。由式 （4）可以看出，在f0和LV不变的情况下，并联电路阻抗Z的大小取决于等效电容C的大小，当C＝C0时，Z趋于无穷大，电路处于并联谐振状态；当C＞C0时，Z呈现容性且偏离理想谐振状态；当C＜C0时，Z呈现感性且偏离理想谐振状态。

通过以上分析可以看出，当等效电容C变化时，会导致并联电路阻抗的变化，进而导致并联电路两端电压的变化。对于ZPW－2000A轨道电路来说，由于施工安装导致的物理结构误差，以及器材参数误差，调谐区极阻抗不易达到理想状态，所以极阻抗只是一个阻抗较高的近似值。从并联谐振电抗曲线和阻抗曲线可以看出，在谐振点f0处阻抗较高，只要偏离谐振点，阻抗就会迅速下降。

由于ZPW－2000A轨道区段的补偿电容是分布补偿的，当施工没有做到对分段钢轨的完全补偿而是过补偿时，即电容补偿的长度小于规定的步长时，就会产生 “多余”的电容C′，这部分电容就并入了谐振电路 （如图4虚线接入的电容）。当C＋C′接近C0时，极阻抗变大，轨面电压升高；相反，当C＋C′远离C0时，极阻抗变小，轨面电压降低。当发生在送电端时，就会出现同区段主轨、小轨电压同升同降的现象。

3 结束语

一般遇到主轨电压与同区段小轨电压同升同降的现象时，多数情况是送端箱盒引接线塞钉与钢轨接触电阻变化造成的。当排除塞钉接触电阻影响后，很大原因就是靠近送端电容劣化导致。需要注意的是，在线测量电容的算法是：

式 （5）中的A是不同的载频下的常数。由此可以看出，当补偿电容劣化时，补偿区段钢轨阻抗变大，该点电压、电流都下降，此时该电容容值变化不大。所以不能以测量容值的大小来判断电容的好坏，而应该以测试电流的变化来判断。

处理类似轨道电压波动的方法：一是保证靠近送电端补偿电容的补偿步长达到标准，做到完全补偿；二是调谐区的几何尺寸达到设计要求，使极阻抗能在并联谐振点处；三是当补偿电容测试电流波动大于10mA时，应立刻更换该补偿电容。通过以上的分析，对一些久拖不决的6个异常区段均做了相应处理，达到理想效果。

［1］ 林瑜筠．新型移频自动闭塞［M］．第3版．北京：中国铁道出版社，2007．

［2］ 贺江胜．ZPW－2000A小轨道日曲线形成的机理及分析［J］．铁道通信信号，2012（12）：37－38．

［3］ 邱关源．电路［M］．第3版．北京：高等教育出版社，1989．