CN101032971A

CN101032971A - 站内音频轨道电路阻抗匹配电路

Info

Publication number: CN101032971A
Application number: CN 200710098775
Authority: CN
Inventors: 杨世武; 费锡康; 吴运熙; 马宏杰
Original assignee: Beijing Jiaotong University
Current assignee: Guan Tonghao Railway Equipment Co. Ltd.
Priority date: 2007-04-27
Filing date: 2007-04-27
Publication date: 2007-09-12
Anticipated expiration: 2027-04-27
Also published as: CN100493970C

Abstract

本发明公开了一种站内音频轨道电路阻抗匹配电路，用于重载和高速铁路站内ZPW－2000自动闭塞设备。该电路中开气隙的变压器(T)次级线圈(4)端，经熔断器分别于电感(L)和第二个电容(C2)的一端连接，电感(L)另一端与第一个电容(C1)的一端连接，第一个电容和第二个电容的另一端均与开气隙的变压器次级线圈的(5)端连接；变压器初级线圈(1)、(2)端与ZPW－2000发送或接收设备并联连接在钢轨上，变压器初级线圈中心抽头(3)端，通过中心连接线与相邻区段连接。电感和第一个电容对工频50Hz串联谐振；第二个电容与电感、第一个电容的等效感抗及变压器感抗对轨道电路信号呈现并联谐振，兼顾上行和下行。

Description

站内音频轨道电路阻抗匹配电路

技术领域

本发明涉及一种轨道电路阻抗匹配电路，应用于重载和高速铁路信号系统中车站内ZPW-2000系列无绝缘移频自动闭塞设备(以下简称ZPW-2000)。

背景技术

信号设备是保障铁路运输安全和效率的基础设施，中国铁路区间信号控制主要制式是ZPW-2000系列轨道电路，采用电气绝缘方式工作，即包含长度为29m的调谐区。在重载运输和高速铁路条件下，为保证地面向列车提供连续的运行控制信息，ZPW-2000将用于车站内，构成与区间连续的一体化轨道电路，站内须采用机械绝缘方式来分割轨道电路，取代29m调谐区，并保证牵引电流回流畅通、轨道电路和机车信号正常接收，抗牵引电流干扰指标为牵引电流1000～2000A时不平衡系数10％。

重载运输和高速铁路在中国刚刚起步，在牵引电流1000～2000A条件下，ZPW-2000应用于站内一体化轨道电路的实现方案目前尚无文献报道。而在ZPW-2000用于站内电码化时，涉及两种方法：1.机械绝缘节处采用传统的600A或400A容量扼流变压器，其初级线圈50Hz阻抗大于1Ω，信号阻抗不小于17Ω，抗不平衡牵引电流指标为10％，即60A和40A。其缺陷是：在重载运输和高速铁路条件下，牵引电流将分别达到2000A和1000A，不平衡电流相应达到200A和100A，轨面干扰电压高，变压器饱和会影响信号传输，此方法不满足指标要求。2.机械绝缘节处采用空心电感(SVA)和调谐单元(BA)，抗不平衡电流指标可满足100A要求，信号接收亦满足要求。其缺陷是：抗干扰指标欠缺；由于调谐单元有4种类型，仅适用于对应的载频信号，而同一轨道电路需要适应上行和下行两种载频，因而无法满足要求，如采用两种BA进行切换，不但增加了设备和电缆，大幅度提高成本，而且使系统更复杂，降低了可靠性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：

在ZPW-2000设备应用于重载和高速铁路站内构成连续的一体化轨道电路，采用机械绝缘节分割轨道电路时，提出一种轨道电路阻抗匹配电路，既能满足信号的传输要求，又能保证设备的抗干扰性能。同时，还应尽可能减小设备的复杂度、降低成本。

本发明的技术方案是：

站内音频轨道电路阻抗匹配电路，该电路中开气隙的变压器次级线圈的一端，经熔断器分别与电感和第二个电容的一端连接，电感的另一端与第一个电容的一端连接，第一个电容和第二个电容的另一端均与开气隙的变压器次级线圈的另一端连接；该电路应用时，开气隙的变压器初级线圈的两端与ZPW-2000发送或接收设备并联，连接在钢轨上，开气隙的变压器初级线圈的中心抽头端，通过中心连接线与相邻区段的站内音频轨道电路阻抗匹配电路中，开气隙的变压器初级线圈的中心抽头连接，用于牵引电流回流。

电感和第一个电容构成对工频50Hz串联谐振，电感和第一个电容的等效感抗及开气隙的变压器感抗共同与第二个电容构成对轨道电路信号并联谐振。

开气隙的变压器初级线圈的工频50Hz阻抗≤0.6Ω。

所述的开气隙的变压器的初级线圈和次级线圈匝数比为1∶24～30。

电感的电感量小于1H，第一个电容的电容量≤50μF；串联谐振电路的品质因数Q＝25，其折算到开气隙的变压器初级线圈的阻抗≤0.01Ω。

第二个电容的电容量在以下两种情况计算得出：(1)谐振频率为1850Hz，适应轨道电路信号载频1700Hz、2000Hz；(2)谐振频率为2450Hz，适应轨道电路信号载频2300Hz和2600Hz；1700Hz、2000Hz、2300Hz和2600Hz四种轨道电路信号载频折算到开气隙的变压器初级线圈的阻抗≥17Ω。

本发明的有益效果是：

变压器开气隙后，有效降低了50Hz阻抗，在不平衡牵引电流达到100～200A时，开气隙的变压器不会饱和而影响ZPW-2000信号传输；电感和第一个电容组成的电路对工频50Hz形成串联谐振而呈现低阻抗，折算到初级阻抗小于等于0.01Ω，当不平衡牵引电流达到100～200A时形成的干扰电压约1～2V，满足抗干扰性能要求；对轨道电路载频信号，第二个电容与变压器次级等效感抗并联谐振，呈现高阻抗，谐振频率1850Hz兼顾到信号载频1700Hz和2000Hz，谐振频率2450Hz兼顾到2300Hz和2600Hz，四种载频折算到初级线圈的阻抗≥17Ω，更需指出，同时兼顾两个载频后，此电路同时适用于列车上行和下行运行，简化了现场设备，而且无需机车司机进行切换操作。

附图说明

图1是基于站内音频轨道电路阻抗匹配电路的站内ZPW-2000轨道电路工作原理图。

图2是站内音频轨道电路阻抗匹配电路。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步说明：

图1为基于站内音频轨道电路阻抗匹配电路的站内ZPW-2000轨道电路工作原理图。各个轨道电路由机械绝缘节分割。开气隙的变压器的初级线圈的1、2端分别连接在两根钢轨上，与ZPW-2000发送或接收设备并联应用，中心抽头3由中心连接线连至相邻轨道区段电路对应的中心抽头，用于牵引电流回流。

图2为站内音频轨道电路阻抗匹配电路。该电路中开气隙的变压器T次级线圈的4端，经熔断器分别与电感L和第二个电容C2的一端连接，电感L的另一端与第一个电容C1的一端连接，第一个电容C1和第二个电容C2的另一端均与开气隙的变压器T次级线圈的5端连接；该电路应用时，开气隙的变压器T初级线圈的1、2端与ZPW-2000发送或接收设备并联，连接在钢轨上，开气隙的变压器T初级线圈的中心抽头3端，通过中心连接线与相邻区段的站内音频轨道电路阻抗匹配电路中开气隙的变压器T初级线圈的中心抽头连接，用于牵引电流回流；

电感L和第一个电容C1构成对工频50Hz串联谐振，电感L和第一个电容C1的等效感抗及开气隙的变压器T感抗共同与第二个电容C2构成对轨道电路信号并联谐振。

开气隙的变压器T初级线圈的工频50Hz阻抗≤0.6Ω。

所述的开气隙的变压器T的初级线圈和次级线圈匝数比为1∶24～30。

电感L的电感量小于1H，第一个电容C1的电容量≤50μF；串联谐振电路的品质因数Q＝25，其折算到开气隙的变压器T初级线圈的阻抗≤0.01Ω。

第二个电容C2的电容量在以下两种情况计算得出：(1)谐振频率为1850Hz，适应轨道电路信号载频1700Hz、2000Hz；(2)谐振频率为2450Hz，适应轨道电路信号载频2300Hz和2600Hz。1700Hz、2000Hz、2300Hz和2600Hz四种轨道电路信号载频折算到开气隙的变压器T初级的阻抗≥17Ω。

这里，以开气隙的变压器T额定通流量1000A为例，表述站内音频轨道电路阻抗匹配电路。

开气隙的变压器初级线圈匝数取16，次级线圈匝数取384，即匝比n＝24；开气隙的变压器铁心开较大气隙，并调整气隙大小，使初级线圈的工频50Hz阻抗为0.6Ω，并使初级线圈1～3端和2～3端的阻抗不对称度≤0.5％。

由于安装尺寸、电感通流量、电容耐压的限制，要求电感L的电感量不大于1H、电容容量不大于50μF，同时应选常用的商品化电容，即20μF、30μF、50μF等，在谐振频率f＝50Hz条件下，取第一个电容标称值C1＝20μF，根据LC电路串联谐振条件：

ωL = \frac{1}{ωC}

其中：C＝C1，ω＝2πf，可计算得到电感L＝0.5066H，令品质因数Q＝25，相应谐振电路阻抗Z＝6Ω，由于匝比n＝24，从而可计算得到折算至初级的阻抗Z0＝Z/n²＝0.01Ω。

为适应信号载频1700Hz和2000Hz，取谐振频率为1850Hz，由于电感L和第一个电容C1及开气隙的变压器次级的总感抗约3660Ω，根据LC电路并联谐振公式，可计算得到第二个电容C2＝23.5nF，该电路Q值保证在1700Hz和2000Hz处谐振阻抗≥17Ω；为适应信号载频2300Hz和2600Hz，取谐振频率为2450Hz，同理可得到第二个电容C2＝12.6nF，该电路Q值保证在2300Hz和2600Hz处谐振阻抗≥17Ω。

类似地，在重载条件下，由于开气隙的变压器额定通流量为2000A，开气隙的变压器初级线圈匝数取16，次级匝数取480，即匝数比n＝30；开气隙的变压器开气隙后，相应调整初级线圈的50Hz阻抗为0.26Ω，并使1～3端和2～3端的阻抗不对称度≤0.5％；

在谐振频率f＝50Hz条件下，取第一个电容C1＝50μF，根据LC电路串联谐振条件：

ωL = \frac{1}{ωC}

其中，ω＝2πf可计算得到L＝0.2026H，令品质因数Q＝25，相应谐振电路阻抗Z＝6Ω，由于匝比n＝30，从而可计算得到折算至初级的阻抗Z0＝Z/n²＝0.0067Ω；同理可以得到C2的数值。

Claims

1.站内音频轨道电路阻抗匹配电路，其特征在于：该电路中开气隙的变压器(T)次级线圈的(4)端，经熔断器分别与电感(L)和第二个电容(C2)的一端连接，电感(L)的另一端与第一个电容(C1)的一端连接，第一个电容(C1)和第二个电容(C2)的另一端均与开气隙的变压器(T)次级线圈的(5)端连接；该电路应用时，开气隙的变压器(T)初级线圈的(1)、(2)端与ZPW-2000发送或接收设备并联，连接在钢轨上，开气隙的变压器(T)初级线圈的中心抽头(3)端，通过中心连接线与相邻区段的站内音频轨道电路阻抗匹配电路中开气隙的变压器(T)初级线圈的中心抽头连接，用于牵引电流回流；

电感(L)和第一个电容(C1)构成对工频50Hz串联谐振，电感(L)和第一个电容(C1)的等效感抗及开气隙的变压器(T)感抗共同与第二个电容(C2)构成对轨道电路信号并联谐振。

2.根据权利要求1所述的站内音频轨道电路阻抗匹配电路，其特征在于：开气隙的变压器(T)初级线圈的工频50Hz阻抗≤0.6Ω。

3.根据权利要求1、2所述的站内音频轨道电路阻抗匹配电路，其特征在于：所述的开气隙的变压器(T)的初级线圈和次级线圈匝数比为1∶24～30。

4.根据权利要求1所述的站内音频轨道电路阻抗匹配电路，其特征在于：电感(L)的电感量小于1H，第一个电容(C1)的电容量≤50μF；串联谐振电路的品质因数Q＝25，其阻抗折算到开气隙的变压器(T)初级线圈的阻抗≤0.01Ω。

5.根据权利要求1所述的站内音频轨道电路阻抗匹配电路，其特征在于：第二个电容(C2)的电容量在以下两种情况计算得出：(1)谐振频率为1850Hz，适应轨道电路信号载频1700Hz、2000Hz；(2)谐振频率为2450Hz，适应轨道电路信号载频2300Hz和2600Hz；1700Hz、2000Hz、2300Hz和2600Hz四种轨道电路信号载频折算到开气隙的变压器(T)初级线圈的阻抗≥17Ω。