ZPW-2000A轨道电路室外设备调谐参数的选配方法与实现.pdf

111可靠性研究ZPW-2000A轨道电路室外设备调谐参数的选配方法与实现李炳杰（北京铁路信号有限公司，北京 102613）摘要：ZPW-2000A 轨道电路调谐设备的参数主要由极阻抗和零阻抗组成，极阻抗和零阻抗的实部在十几毫欧到几十毫欧范围内，虚部在十几毫欧到几百毫欧范围内，调谐设备内某个器件参数的微小偏差，会使设备的阻抗数值产生数毫欧的变化。每台调谐设备在生产过程中，需将极阻抗和零阻抗参数控制在指标范围内，逐台生产、逐台调试的方法已不满足高效率生产的要求。找到正确的选配方法，对实现调谐设备批量调试、生产尤为重要。关键词：调谐设备；选配；极阻抗；零阻抗中图分类号：U284.2 文献标志码：A 文章编号：1673-4440(2023)Z1-0111-03Method and Implementation of Selection and Matching of Tuning Parameters for ZPW-2000A Track Circuit Outdoor EquipmentAbstract:The parameters of ZPW-2000A track circuit tuning equipment are mainly composed of polar impedance and zero impedance.The real part of the polar impedance and zero impedance ranges between ten milliohms and dozens of milliohms,while the imaginary part ranges between ten milliohms and hundreds of milliohms.The small deviation of a device parameter in the tuning equipment will cause a change of several milliohms in the impedance value of the equipment.In the production process of each tuning equipment,the parameters of polar impedance and zero impedance need to be controlled within the specifi ed range.The method of one-by-one production and commissioning no longer meets the requirements of effi cient production.Finding the correct selection and matching method is particularly important for realizing batch debugging and production of tuning equipment.Keywords:tuning equipment;selection and matching;polar impedance;zero impedanceDOI:10.3969/j.issn.1673-4440.2023.Z1.0251 概述ZPW-2000A 轨道电路调谐设备，是将钢轨电气分割的重要组成部分。为了便于产业化过程中，大批量地对调谐设备进行单体调试，系统设计者总结和归纳大量现场调谐区数据，计算出了调谐设备单体技术性能指标，即产业化生产调试层面关注的调谐设备的“零阻抗”和“极阻抗”。如果在产业化过程对调谐设备调试时，能够满足系统设计方提出的单体设备“零阻抗”和“极阻抗”指标要求，也就间接地满足轨道电路系统层面调谐区的阻抗指标要求。调谐设备内部主要由电感、电容构成谐振，铁路通信信号工程技术(RSCE)2023年11月（2023）京新出刊增准字第（295）号112可靠性研究对本区段信号频率呈现较大的阻抗，对相邻区段信号频率呈现较低的阻抗。由于每个电感间、每个电容间参数存在差异，为使每台调谐设备的技术指标均在同一个范围内，需要对每台设备进行“微调”，而这个“微调”的工作费时费力，为提高生产效率，需要找到高效率的方法完成单台调谐设备的调试。2调谐设备原理图由 于 轨 道 电 路 传 输 信 号 包 括 1 700 Hz、2 000 Hz、2 300 Hz 和 2 600 Hz 四种频率，故ZPW 2000A 轨道电路调谐类设备也根据频率分为四种型号，以较为简单的 ZPW T-1700 型调谐单元为例，原理如图 1 所示。图ZPW T-型调谐单元原理外连接片LCC外连接片其中 L 和 C 是用于形成谐振的调谐电感和调谐电容器，但由于生产工艺及成本因素，无法精确的将每个电容器 C 控制在同一容值，在 ZPW T-1700型调谐单元生产过程中，需要一些容值较小的补偿电容器 C 与其并联，使调谐设备的阻抗虚部控制在指标范围内。同理，也无法控制每个电感 L 及电容器 C 的内阻在同一阻值，需要串联不同长度的连接线，而使调谐设备的阻抗实部控制在指标范围内。3调谐参数计算3.1两元件调谐设备根据 ZPW T-1700 型调谐单元内部器件连接情况，如果将器件内阻及连接线内阻看作不可忽略，可将图 1 更细化的表示，如图 2 所示。图ZPW T-型调谐单元细化原理外连接片LCCRCR外连接片RRCRL其中 R 为内外连接片、内部定长连接线等固定电阻值，由于每台设备的连接片均一致，可视为每台设备的 R 为固定值。RL为电感器内阻值，L 为电感器电感值。RC为调谐电容器 C 的内阻值，RC 为补偿电容器 C 的内阻值。R 为实部补偿值，需要用若干长度的等阻线实现。因此，根据阻抗计算公式，每台 ZPW T-1700型调谐单元零阻抗虚部计算公式可等效为：（）（）每台 ZPW T-1700 型调谐单元极阻抗实部计算公式可等效为：如果使用专用工装精准测试出电感器 L 与电容器 C 的参数，得出 RL、RC与电感量 L 与容值 C 数值，即可通过公式（1）与公式（2），计算出补偿电感器 C 与实部补偿值 R 的数值，再使用极阻抗参数对选配结果进行验证。3.2三元件调谐设备以 ZPW T-2300 型调谐单元为例，细化原理如图 3 所示。图ZPW T-型调谐单元细化原理外连接片L外连接片RRLCCCCRCRCRCRRCRRR三元件调谐设备比两元件调谐设备多出了并联电容器 C2，其内阻与容值在小范围变化时，对调铁路通信信号工程技术(RSCE)2023年11月113可靠性研究谐设备整体零阻抗数值几乎无影响，因此，在阻抗计算时，需要将并联支路参数（即 R2、R2、Rc2、Rc2、C2与 C2）设定为某一固定值，首先根据零阻抗指标、串联电感器 L 与串联电容器 C1的参数，计算出串联补偿电阻值 R 与串联补偿电容器 C1 容值，再根据极阻抗参数，计算并联补偿电阻值 R2 与并联补偿电容器 C2，本文对此不再赘述。4选配工装设计为了将元件参数更精准地测试，需要使用四线检测法对各调谐器件进行测试。因此需设计专用测试工装，使用信号发生器通过工装对被测电感器、电容器以及 1 标准电阻进行供电，通过信号检测装置分别测试各器件及标准电阻两端电压，经过对比计算即可得出电感器与电容器的参数；根据公式（1）与公式（2），通过将所测数据上传至上位机，计算得出实部补偿值 R 与补偿电感器 C 的数值。由于补偿电容器在 4 F 以下时，容值按照 0.1 F 递进，而高于 4 F 时，按照 0.2 0.3 F 递进，这会导致实际的补偿电容器无法与计算出的 C 完全一致，此时需要就近选择某一补偿电容器，再进一步计算验证，对选配结果适当调整。选配系统原理如图 4 所示。图接线原理LC2 标准电阻C/C1信号发生装置信号检测装置数据上传器件参数计算选配计算计算验证选择补偿电容器5应用根据以上理论基础，与某厂家合作研制了ME8310 型调谐设备选配测试装置，该装置包含信号主机（用于产生信号及信号检测）、上位机、测试工装夹具与通信工装。目前，该选配装置已完成对2 万台 ZPW PTX 型信息调谐匹配单元的选配工作，选配结果完全符合预期。生产人员可在 ZPWPTX 型信息调谐匹配单元整机焊接前，确定所需的补偿电容与连接线缆长度，使其调谐部分一次焊接便可完成生产，共计节省 5 000 人时。6结束语本文对轨道电路调谐设备参数计算方法进行了简单介绍，并根据计算方法设计完成了选配测试系统，在 ZPW PTX 型信息调谐匹配单元产品上得到成功应用，使调谐设备的调试变得更高效、更智能化，极大地节省了生产、调试时间，达到了轨道电路调谐设备在产业化过程降本增效的目的。参考文献1 胡飞龙,王忠斌,沈淼,等.ZPW-2000 轨道电路调谐单元生产工艺优化和器件配对实施 J.铁路通信信号工程技术，2017，14(2):93-95，98.2 贾向武.调谐匹配单元测试装置研究 J.铁路通信信号工程技术.2019，16（Z1）：40-43.3 胡飞龙.ZPW-2000A 型轨道电路设备原理与应用M.北京：中国铁道出版社，2018.4 中国国家铁路集团有限公司.ZPW-2000 系列无绝缘轨道电路设备：Q-CR 489-2020S.北京：中国铁道出版社，2021.5 中华人民共和国国家铁路局.ZPW-2000 轨道电路设备:TB/T 3532-2018S.北京：中国铁道出版社，2018.6 方升炜.ZPW-2000A 轨道电路接收调谐单元开路故障分析及处理 J.上海铁道科技，2016（3）：58-59，118.7 代萌.ZPW-2000A 轨道电路信息调谐匹配单元数据配置探讨 J.铁路通信信号工程技术，2022，19（Z1）：60-65.（收稿日期：2023-06-27）（修回日期：2023-09-21）李炳杰：ZPW-2000A轨道电路室外设备调谐参数的选配方法与实现