無絕緣軌道電路長度的建模研究

2019-07-08 03:32:55 無線互聯科技2019年8期

楊騫

摘 ? 要:無絕緣軌道電路數學模型的建立,可以決定補償式和無補償式JTC的分路靈敏度。在不同JTC參數值的條件下,由數學模型獲得的分路靈敏度的大小和分布被列舉出來,并定義了最差分路靈敏度的點。由此文章提出一個允許范圍內的軌道電路長度的標準,基于這些標準,可得到JTC的最大長度。

關鍵詞:無絕緣;軌道電路;分路靈敏度

軌道電路機械絕緣節已被證明是高速鐵路運輸的障礙之一,同時也是很多事故發生的主因。為了克服這些不利因素,無絕緣軌道電路(Jointless Track Circuit,JTC)被提出來。起初較短長度的JTC用于平交道口的控制[1]。后來JTC運用于自動閉塞制式的區間和列車自動運行控制系統。現在幾乎所有的信號設備供應商都生產了自己的無絕緣軌道電路。

但JTC存在一個關于長度的主要問題:為了增加長度,采用中央供電,兩端接收的方式,通過在兩軌間增加電容,實現對鋼軌阻抗的周期性校準[2]。

為了證明這些方法的必要性,也為了判斷對軌道電路長度的影響,提出了無絕緣軌道電路最大長度的說法。這些問題被由分立元器件組成的實驗室電路模型通過實驗方式解決。盡管實驗室模型僅對軌道線路參數進行仿真,但獲得的數據結果已經很接近現場實際應用。多種仿真方式被采用于此項研究中,它們對于以多點傳輸系統來研究軌道電路參數極為有利,但在將軌道電路作為線性傳感器研究時卻呈現出糟糕的適應性。在有關JTC的問題研究中,部分使用二端口網絡模型的建模研究方式,但完整性較差,且缺少明確可用的結果。本文客觀展示了一個改進后的JTC二端口網絡模型,用來分析JTC分路靈敏度和最大適用長度。

1 ? ?JTC的數學模型

大多數JTC可由圖1模型表示,Zinp.t和Zinp.r分別是發送端和接收端設備的輸入阻抗。不同種類無絕緣軌道電路的區別在于電氣絕緣節(Electric Separation Joint,ESJ)的設置和電氣絕緣節處的線路長度。此次建模研究中,設ESJ代替了軌道電路端口置于送電端的左側。兩鋼軌在距離發送端左側l處緊密連接,電容Cj為了補償線性輸入阻抗的電感分量。ESJ2與ESJ1完全相同,對稱地位于接收端的右側。上述模型為UM71型JTC的基礎模型,也可稍做改變用于其他的JTC中,線路中小軌道電路呈S連接形式這一特殊情況除外。

給出的模型并沒有額外考慮增加軌道電路長度的方式。上面提到過,補償電容是用來補償鋼軌傳輸線性衰耗。每公里最佳補償電容大小,其中,φz是鋼軌阻抗的相角,ω是角頻率。補償電容容值和補償間距ΔL在各種JTC中都不同,由于的前提條件是,鋼軌衰耗最小并要求忽略補償電容對軌道電路分路靈敏度的影響,故加深對補償電容影響的研究就更有必要[5]。

為了證明補償電容的影響,建立了復雜軌道電路模型,如圖3所示。將鋼軌線路等效于n個互相鏈接的二端口網絡模型,每個模型中間位置設置補償電容C。當車輛出現在第i個鏈中時,參數Ash,Bsh,Csh,Dsh可以作為二端口網絡的參數,通過矩陣計算而得:分別為分路鏈前i-1個鏈,本身分路的鏈,和分路鏈后n-i個鏈。

2 ? ?JTC最大長度計算

軌道電路既能在主軌道區段檢測列車分路,又在絕緣節區段檢測的能力是最大JTC長度的基礎要求。所有對補償式和無補償JTC的報告結果都顯示絕緣節區段的靈敏度是最不利的條件:當軌道電路長度增加,靈敏度降低。這些關系即是通過計算決定最大JTC長度的基礎。

曲線1補償式JTC,曲線2分散補償式JTC,曲線3無補償式JTC在5種道砟電阻值下進行計算,每個值決定了補償電容C'和軌端輸入阻抗Zinp0,結果如表1所示。可以得出以下結論。

(1)最大JTC長度由最小道砟電阻和列車分路電阻決定。

(2)對于rbal.min=2 Ω.km的軌道線路,就像歐洲標準那樣,無補償式軌道電路的最大長度大于補償式軌道電路,介于此因,補償電容僅可用于減小衰耗。

(3)關于軌道電路長度,在高rbal.min值下,補償是有效的。此由高速線路提供,其rbal.min值大于8 Ω.km。在此情況下,加上低分錄電阻,軌道電路的長度會有很大的增加。在高分路電阻值下,補償并沒有產生好的效果。補償式軌道電路的最大長度,正如表1報告所示,由精確到100 m的補償間距所決定。

3 ? ?結語

本研究表明了一個可用的JTC長度的重要增加方法,需要做的是保持最小道砟電阻值盡可能的大。軌道電路的高衰耗率可以運用級聯補償電容的方式來減小。在高道砟電阻情況下,電容會使軌道電路長度增加。當補償電容值確定下來,最小道砟電阻值需要被確定下來,并要滿足海維塞德條件。對于每個rbal.min值,軌道電路存在一個軌端最佳輸入阻抗值。補償電容之間的補償間距不能小于100 m。

[參考文獻]

[1]VILDER D E.Train detection system[J].European Railway Signalling,1995(6):121-142.

[2]SHARIKOV V A,LIST F D.Level crossing with electronic track circuits[M].Moscow:Transport,1967.

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[4]NENOV I,NEDELCHEV N,HILL R J.Railway track circuit optimization using two-port network analysis[C].Poland:Proceedings of Second International Conference on Modern Supply Systems and Drives for Electric Traction,1995.

[5]HILL R J,CARPENTER D C,TASAR T.Railway track admittance,earth-leakage effects and track circuit operation.[C].Philadelphia:IEEE/ASME Railroad Conference,1989.

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