ZPW-2000R轨道电路室内接收端特性研究

李 江

目前，我国铁路线路区间主要使用ZPW-2000系列无绝缘轨道电路，实现轨道区段的占用和空闲检查［1-2］。其中ZPW-2000A应用里程最多、范围最广，施工及运用维护单位普遍熟悉［3-4］。但随着ZPW-2000R在普速和高速铁路中的扩大运用［5］，人们对其技术了解的需求程度也逐步增加。

在ZPW-2000A 轨道电路调谐区纳入检查应用过程中发现，仅有一个接收器插接与主/并2 个接收器都插接相比，虽然主轨道电压无明显变化，但调谐区电压会明显升高，甚至触发调谐区“高落”门限引发红光带［6］。由此引发以ZPW-2000R 轨道电路为研究对象，深入分析其接收器单机、双机应用时对接收端电压的影响，从原理上排查是否存在与ZPW-2000A 类似的现象，总结出ZPW-2000R轨道电路室内接收端的电压特性规律，以及与ZPW-2000A 轨道电路接收端的差异，并通过实验室和现场测试数据验证，可为ZPW-2000R 轨道电路电压调整、测试及故障处理等运用维护工作提供指导。

1 调谐区及衰耗器原理

1.1 调谐区

ZPW-2000R 轨道电路的区段划分与信号机位置一致，顺着行车方向，列车先经过当前区段的调谐区，再经过当前区段的主轨道［1］，同一区段主轨道信号和调谐区信号由同一接收器处理融合，给出一个总的轨道状态，不再区分主轨道状态和小轨道状态。

ZPW-2000R 轨道电路的调谐区一般长30 m，采用“五点布局”方式设计［7-9］，匹配变压器与调谐单元间隔2 m，使接收端避开了“零阻抗点”，可显著提高调谐区接收电压［1］。ZPW-2000R 轨道电路调谐区示意见图1。

图1 ZPW-2000R轨道电路调谐区示意

1.2 衰耗器

ZPW-2000R 轨道电路衰耗器的内部通过一个单路输入双路输出的变压器，分离出2 个信号通道，分别引出主轨道信号和调谐区信号；变压器的2 路输出又各自并接出2 组相同的电路，分别引出用于接收器主机和并机的信号［9］。ZPW-2000R 轨道电路衰耗器原理及信号测试点示意见图2。

图2 ZPW-2000R轨道电路衰耗器原理及信号测点示意

2 接收端特性分析

2.1 信号通道

ZPW-2000R 轨道电路接收端从钢轨侧到衰耗器入口均为单信号通道；在衰耗器内部，主机和并机拥有各自的信号调整电阻、射极跟随器及滤波通道，可分离出主机主轨道、主机调谐区、并机主轨道、并机调谐区4 个独立的信号，且各信号通道之间互不影响，共同构成衰耗器内信号通道的冗余配置方案。

2.2 电压调整及测试

衰耗器中主轨道和调谐区信号均利用电阻分压原理进行调整，衰耗电阻调整端引至移频层的背板端子。串入电阻越大，后端输出信号电压越低；串入电阻越小，后端输出信号电压越高。

1）主轨道用于调整的封连电阻有2 套，主机和并机各1套，每套有9个封连端子，主/并机按相同端子封连；调整时，根据调整表对端子进行封连，主轨道信号电压一般调整到400 mV以上。

2）调谐区用于调整的封连电阻有4 套，主机和并机各2 套（正反向各设1套），每套有8个封连端子。调整时，根据调整表对端子进行封连，调谐区信号电压一般调整在750~850 mV之间。

主轨道信号和调谐区信号的电压调整值均以各自电压测试塞孔的测试值为准。测试塞孔连接至接收器内部输入变压器的次级线圈侧。除衰耗器接收输入电压测试塞孔为主/并机共用外，其余测试塞孔主机和并机均各有1 套，彼此之间相互独立，因而需要分别进行调整及测试。

2.3 接收器单机、双机应用

接收器在单机、双机应用时，对前级电路来说，负载阻抗会有变化。如果前级电路对负载阻抗较为敏感，则会导致接收电压出现较大波动。

1）由图2 可知，主轨道信号和调谐区信号是由一个变压器的2 个线圈分别单独引出，因此主轨道信号和调谐区信号之间互不干扰，主轨道主机、并机信号输入通道的通断及阻抗变化，均不会对调谐区信号产生影响。

2）虽然主轨道信号或调谐区信号的主/并机通道均并接在一个变压器输出线圈上，但是在调整电阻与接收器之间还接入了射极跟随器和滤波器等。射极跟随器的特点是输入阻抗高，输出阻抗低，且带负载能力强，既能有效隔离后级电路阻抗变化对前级信号电压的影响，又能减小主/并机调整电阻单路通道断开时，阻抗变化给衰耗器接收输入带来的影响。

3）在变压器的输出线圈后级电路中，将主轨道主机、主轨道并机、调谐区主机、调谐区并机4 个信号通道的电路进行完全独立，可避免主/并机单机、双机应用时，对衰耗器负载阻抗的直接影响。

综上分析，ZPW-2000R 轨道电路接收器在单机、双机应用情况下，主轨道接入电压和调谐区接入电压均不会有明显波动，更不会出现电压明显升高现象，且在衰耗器内部主/并机单通道断开情况下，接收输入电压同样不会有明显变化。

2.4 与ZPW-2000A的对比差异

对比ZPW-2000A 的接收端设备特征，ZPW-2000R与ZPW-2000A存在的主要差异如下。

1）衰耗器选频特性不同。ZPW-2000R 轨道电路衰耗器因内部设有滤波电路，按照1 700 Hz、2 000 Hz、2 300 Hz、2 600 Hz，分为4种基本载频频率类型，根据所在主轨道的载频频率进行选用，不能通用；而ZPW-2000A 轨道电路衰耗器不区分频率类型，只有一种设备，可以通用。

2）电压调整原理不同。ZPW-2000R 轨道电路主轨道和调谐区的电压调整均采用分压电阻方式；而ZPW-2000A 轨道电路是调谐区的电压调整采用分压电阻方式，主轨道电压调整采用变压器不同匝数线圈抽头方式。

3）信号通道及调整端子不同。ZPW-2000R轨道电路从衰耗器内部开始，接收器主/并机信号通道能够同步实现通道冗余，共有主机主轨道、并机主轨道、主机调谐区正向、并机调谐区正向、主机调谐区反向、并机调谐区反向等6 组调整端子，主/并机可分别进行调整，调谐区正/反向可分别调整；而ZPW-2000A 轨道电路衰耗器内主/并机的信号通道仍为共用，为单信号通道，仅有主轨道、调谐区正向、调谐区反向共3 组调整端子，可以主/并机共用调整端子，调谐区正/反向分别调整。

4）调谐区电压调整值不同。ZPW-2000R 轨道电路根据其调谐区检查原理，其调谐区电压值一般在800 mV 左右；而ZPW-2000A 轨道电路调谐区电压一般调整到135 mV 左右。主轨道调整电压二者无差异。

5）测试塞孔不同。首先，各塞孔测试电压名称不同，见表1；其次，测试塞孔所处电路位置不同，对于衰耗器接收输入电压和轨入电压，ZPW-2000R 和ZPW-2000A 的测试塞孔在电路中的位置是相似的，均位于衰耗器的输入侧，但对于主轨道电压和调谐区电压，ZPW-2000R 测试塞孔是位于接收器内部输入变压器的次级线圈侧，ZPW-2000A 是位于衰耗器的输出侧，也即接收器的输入侧；最后，主/并机是否共用测试端子情况不同，因信号通道的冗余和独立性，ZPW-2000R 轨道电路除衰耗器接收输入电压为主/并机共用一个测试端子外，接收器主/并机的主轨道接入电压和调谐区接入电压都有各自的测试端子，而ZPW-2000A 轨道电路，轨入电压、主轨出电压、小轨出电压均只有1 组端子，主/并机共用该测试端子。

表1 ZPW-2000R与ZPW-2000A测试端子命名对照

6）接收器单机和双机应用时，调谐区电压值变化规律不同。ZPW-2000R 轨道电路接收器在单机和双机应用或单通道断开时，主轨道电压和调谐区电压，以及衰耗器接收输入电压均不会有任何变化；而ZPW-2000A 轨道电路仅轨入和主轨出电压不会变化，小轨出电压在一定条件下会有明显变化。

3 测试验证

为验证ZPW-2000R 轨道电路接收端电压不受单/双机影响的特性规律，分别在实验室和现场条件下进行了测试。

实验室测试选取1 700-1 Hz 和2 600-2 Hz 2 种频率，通过搭建模拟轨道长度为1 380 m、不同道床电阻下（2 Ω·km 和∞ Ω·km）的仿真环境进行测试。

现场分别选取2 段测试区段，一段长度为420 m、载频为1 700-1 Hz、低频为26.8 Hz 的区段；另一段长度为460 m、载频为2 300-1 Hz、低频为27.9 Hz的区段。测试结果见表2和表3。

表2 接收器单机、双机应用电压测试数据

测试结果表明，ZPW-2000R 轨道电路在单/双机应用或单通道断开情况下，主轨道接入电压和调谐区接入电压，以及衰耗器接收输入电压均保持一致，无明显变化，与区段长度、道床电阻、信号频率等因素均无关系。

在现场应用中，应注意以下事项。

1）ZPW-2000R 轨道电路接收端电压调整及测试，主/并机应分别进行，且无需考虑接收器主/并机是否同时插接或存在断线情况。

2）ZPW-2000R 轨道电路接收端主机或并机测试电压异常时，应首先排除主/并机冗余因素影响，重点排查衰耗器设备通道故障。除此之外还要排查接收器输入变压器可能带来的故障。

3）ZPW-2000R轨道电路调谐区纳入检查后遇“红光带”故障，不应再考虑调谐区电压升高或降低导致，应根据ZPW-2000R 调谐区检查原理，对主轨道电压和调谐区电压做综合分析［10］。

4 结论

通过分析ZPW-2000R 型轨道电路调谐区及衰耗器实现原理，得出接收器单/双机应用或单通道断线情况下，主轨道电压、调谐区电压及衰耗器接收输入电压不变的特性规律，并通过实验室测试和现场测试得到了验证。同时归纳总结出ZPW-2000R 与ZPW-2000A 轨道电路接收端的差异性，帮助施工及运用维护单位进一步了解和熟悉ZPW-2000R 轨道电路的技术特性，为运用维护过程提供建议和指导。