重载铁路无砟轨道对ZPW-2000A轨道电路传输性能的影响

杨轶轩 谢文磊 马 斌

(北京全路通信信号研究设计院集团有限公司，北京 100070)

重载铁路无砟轨道对ZPW-2000A轨道电路传输性能的影响

杨轶轩 谢文磊 马 斌

(北京全路通信信号研究设计院集团有限公司，北京 100070)

结合重载无砟轨道道床结构对比分析、重载无砟轨道钢轨参数测试、ZPW-2000A轨道电路传输计算等方法，对重载铁路无砟轨道ZPW-2000A轨道电路传输性能进行分析，得出重载无砟轨道线路ZPW-2000A轨道电路极限传输长度。

重载；无砟轨道；ZPW-2000A轨道电路；传输性能分析

山西中南部铁路通道总营业里程1 200 km，设计牵引质量10 000 t、开行货物列车轴重30 t，横贯晋、豫、鲁3省。这一铁路通道是国家规划的大能力运煤通道，是国家铁路网中的一条重要运输干线。对确保国家能源运输安全，促进晋、豫、鲁3省经济发展，促进铁路沿线地区经济发展具有十分重要的意义。为提高轨道稳定性、预防道床平移、降低维修工作量，山西中南部铁路通道长大隧道采用无砟轨道，本线的轨道电路采用ZPW-2000A制式。

1　无砟轨道对ZPW-2000A轨道电路的影响

无砟轨道的轨道板、微孔橡胶垫层、轨下胶垫、扣件、钢轨等均为工厂预制件或标准产品，绝缘性能良好，通过长期的应用观察，道床电阻随气候变化较小，长期保持在3 Ω•km以上，使轨道电路系统传输电压更为稳定。

与有砟轨道相比，无砟轨道是以钢筋混凝土结构取代了由道砟铺设的道床，当钢轨中通入交流移频信号时，道床中钢筋网通过电磁感应作用，对钢轨产生损耗和互感，阻碍钢轨中的电流传输，相当于在无钢筋时的钢轨阻抗基础上产生了增量影响。使移频轨道电路钢轨传输一次参数（钢轨电阻+钢轨电感）发生了变化，影响了轨道电路的传输性能。

2　ZPW-2000A轨道电路在客专无砟轨道中应用情况

ZPW-2000A制式轨道电路在我国铁路信号系统中广泛应用，其传输性能在客运专线无砟轨道已得到充分验证，传输长度等系统技术指标均已明确。ZPW-2000A制式轨道电路性能指标如下。

1） 调整状态：在轨道电路传输最不利情况下，轨出电压大于240 mV。

2） 分路状态：在轨道电路传输最有利情况下，用标准分路电阻在钢轨任意位置进行分路，轨出电压不大于153 mV。

3） 机车信号状态：在轨道电路传输最不利情况下，用标准分路电阻在轨道区段入口位置分路，机车信号电流1 700、2 000、2 300 Hz不小于500 mA，2 600 Hz不小于450 mA。

4） 轨道电路极限传输长度：是指轨道电路设备满足调整状态、分路状态、机车信号状态的最大区段长度。

轨道电路传输最不利情况是指轨道区段长度最长、道床电阻最小、钢轨一次参数最差等不利于轨道电路信号传输的情况；轨道电路传输最有利情况是指轨道区段长度最短、道床电阻最大、钢轨一次参数最优等有利于轨道电路信号传输的情况。

根据相关设计规范，客运专线无砟隧道长度大于300 m时，ZPW-2000A轨道电路传输极限长度为600～800 m。

3　重载铁路无砟轨道传输参数测试及差异性

3.1重载铁路无砟轨道传输参数测试

通过轨道参数测试仪器测试重载铁路无砟轨道的钢轨传输一次参数，测试原理如图1所示。

在测试起点输入4种频率音频信号（1 700、2 000、2 300、2 600 Hz），测量其视入阻抗。在距测量起点左右2L处同时短路状态下，分别距测量起点左右L（L=150 m）处同时开、短路视入阻抗，计算得出钢轨一次参数。

重载铁路的3种线路类型，最不利钢轨参数测试结果如表1所示。

表1　最不利钢轨参数测试结果

3.2重载铁路无砟轨道参数与客运专线无砟轨道参数对比

客运专线无砟道床传输参数中，CRTSI型板式无砟轨道离散性较小，哈大、广深港、广珠和沪宁等线路基本一致，最不利钢轨参数如表2所示。

表2　最不利钢轨参数

将本节3.1中重载铁路无砟轨道钢轨参数和3.2中客专无砟轨道钢轨参数进行对比，结果表明，重载铁路的钢轨一次参数电阻远小于客运专线，电感基本接近。以重载弹性支承块式无砟轨道的测试值和CRTSI板式轨道区段的1700 Hz数据对比，钢轨电阻减小30%，钢轨电感减小0.8%。

4　重载铁路无砟道床结构差异性

无砟轨道传输参数的不同是由于无砟道床的结构不同，根据经典物理理论，主要影响因素分析如下。

1）道床内钢筋埋设深度

无砟轨道道床内部钢筋网一般可分为几层。第一层钢筋网由于距离钢轨近，对钢轨阻抗影响大，其他层钢筋网由于距离钢轨远和第一层钢筋网的屏蔽作用，因而对钢轨阻抗影响相比远小于第一层。

当钢筋埋地深度较小时，轨道电阻，电感变化随埋地深度变化迅速，随着埋地深度进一步增大时，轨道电阻、电感变化趋于缓慢。

2） 道床内纵向钢筋数量

钢筋网的疏密不同，轨道的阻抗也会相应有所变化。横向钢筋对轨道参数影响较小，主要是纵向钢筋的影响。

随着纵向钢筋条数的减少，间距增大，使钢轨损耗减小，轨道电阻急剧下降，电感缓慢变化，导致钢轨阻抗减小。纵向钢筋的条数和间距对轨道阻抗影响较大。

3） 道床内钢筋直径

钢筋直径越大，由于集肤效应电流聚集在钢筋表面，相当于埋设深度更浅，对钢轨阻抗影响与1）中相同。

4.1客运专线CRTSI型板式无砟轨道结构特点

客运专线CRTSI型板式无砟道床分为2部分，轨道板和底座。根据本文分析，底座属于下层钢筋，对钢轨阻抗影响较小，因此不做过多讨论。

其中以P4962型为例，包含2层普通纵向钢筋（直径12 mm）和1层纵向预应力筋（直径13 mm）。最上层钢筋距混凝土顶面约30 mm。顶层纵向钢筋数量为15根，示意图如图2所示。

4.2重载铁路无砟道床结构特点

山西中南部重载铁路无砟道床内部为2层纵向钢筋（直径16 mm），最上层钢筋距混凝土顶面35～50 mm，顶层纵向钢筋数量为9根，示意如图3所示。

4.3差异性分析

通过结构对比，重载铁路无砟道床内部钢筋直径比客专铁路略大，同时钢筋埋设深度较深，这两个因素叠加，重载铁路顶层钢筋仍深于客专铁路。而重载铁路的纵向钢筋数量较客专铁路减少较多，具体如表3所示。

表3　差异性对比

理论分析重载铁路和客专铁路相比，内部钢筋对钢轨阻抗影响较小，也就是说重载铁路无砟轨道的钢轨传输一次参数更优。

5　重载铁路无砟轨道ZPW-2000A制式轨道电路传输性能

5.1重载铁路无砟轨道ZPW-2000A制式轨道电路传输计算

根据重载铁路无砟轨道钢轨一次参数建立如图4所示。

将上述钢轨模型带入ZPW-2000A轨道电路数学计算模型进行计算，模型如图5所示。

根据计算模型进行计算，如按设计规范800 m的工程设计长度，重载铁路无砟轨道电路区段的调整状态、分路状态、机车信号状态可以满足使用要求。

5.2与客专无砟轨道极限长度进行对比

根据重载铁路无砟轨道的传输特性，其阻抗小于客运专线无砟轨道，传输长度应较大。通过计算机仿真计算，在标准控制电缆长度下，山西中南部重载铁路无砟道床ZPW-2000A轨道电路极限长度可达到950 m，对比如表4所示。

表4　极限长度

6　总结

综上所述，山西中南部通道重载铁路长大隧道中的无砟轨道结构与客运专线无砟轨道结构不同，其钢轨传输一次参数（钢轨电阻、钢轨电感）及钢轨阻抗小于客运专线无砟轨道，在应用ZPW-2000A制式轨道电路时，山西中南部通道重载铁路无砟轨道的传输的极限长度大于客运专线无砟轨道，在标准电缆控制长度下，最长可达到950 m，在工程建设中，可以根据需求进行现场应用。

［1]林瑜筠，张铁增.区间信号自动控制[M].北京：中国铁道出版社，2005.

［2]赵怀东，王改素.ZPW-2000A型自动闭塞设备安装与维护[M].北京:中国铁道出版社，2010.

［3]北京全路通信信号研究设计院.ZPW-2000A无绝缘移频自动闭塞系统技术培训教材[M].北京:中国铁道出版社，2009.

This paper analyzes the transmission performances of ZPW-2000A track circuits from such aspects as comparative analysis of the ballast-less bed structure of heavy haul railways, the parameters test of rails on ballast-less bed of heavy haul railways and the transmission calculation of ZPW-2000A track circuit, and it gives the maximum transmission length of ZPW-2000A track circuit in heavy haul railway ballast-less track based on the analysis.

heavy haul railway; ballast-less track; ZPW-2000A track circuit; transmission performance analysis DOI: 10.3969/j.issn.1673-4440.2016.03.025

2015-10-13）