CN102854387B - 一种无绝缘音频轨道电路轨间泄漏导纳的测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种无绝缘音频轨道电路轨间泄漏导纳的测试方法，其包括以下步骤：步骤S1:建立轨道的无源链型网络；步骤S2:构建轨道电路无源网络的电路方程；步骤S3:测量轨道电路送电端的输入电流；步骤S4:计算轨间泄漏导纳G₀。本发明测试在营轨道电路轨间泄漏导纳时无需将轨道电路短路来获得测量所需的条件，测试设备简单、方便。

Description

一种无绝缘音频轨道电路轨间泄漏导纳的测试方法

技术领域

本发明涉及一种测试方法，特别是指一种无绝缘音频轨道电路轨间泄漏导纳的快速简便测试方法。

背景技术

对于工程设计、设备研制、日常维修等工作而言，音频轨道电路的仿真具有较大的意义。通过计算机模拟，可以对音频轨道电路在各种实际使用条件下的状态：调整状态、分路状态及断轨状态作出判断，对轨道电路区段的划分、工作状态的调整等方面都具有积极的意义。

进行音频轨道电路的仿真计算，前提条件之一是基于准确的轨道电路一次参数。测算轨道电路的一次参数，是信号检修中的一项经常性工作。轨道电路的计算和调整，以至于轨道电路所用器材的设计等问题，都要根据一次参数来进行，所以一次参数是轨道电路的一个最基本的参数：即单位长度下的钢轨电阻R0（Ω/km），单位长度下的钢轨电感L0（mH/km），单位长度下的轨间电容C0（μF/km），单位长度下的轨间漏泄电导G0（S/km）。其中钢轨电阻与电感值取决于生产厂家所用的材质及工艺,铁路线路建成后,在固定的使用频率下,这两个参数是固定不变的；至于轨间电容,在使用频率为20KHZ时,其对轨道电路传输性能的影响率不到5%，频率越低,其影响率越小。因此,通常变化率不到3%的轨间电容,，其对轨道电路的传输性能的影响可以忽略不计。也就是说,轨道电路四个一次参数中,仅有轨间漏泄是(在一定范围内)随机的,需要经常性的测量,而其他三个参数都可以在一次测定后视为常数。而轨间泄漏导纳一方面取决于线路上部建筑的结构，即取决于道碴的材料、道碴层的厚度和清洁度，轨枕的材料和数量；另一方面还取决于温度和湿度的变化，以及土壤的导电率等因素，因此其值的变化范围很大。道床电阻愈小，两钢轨间漏泄电流就愈大，轨道电路消耗的电能就会增多。而且道床电阻值变化的范围越大，轨道电路的工作就越不稳定。因此，在日常的信号检修工作中，测量轨道电路轨间泄漏导纳是一项极为重要的工作。

目前，因缺乏必要的技术手段，国内轨道电路的轨间泄漏导纳的日常测量工作已基本取消。过去所采用的测量方法主要是开路、短路法；对此，这里不加论述了，具体可参阅陶启沪主编的《铁道信号基础设备及原理》第五章第三节。传统的开路、短路法，对于音频无绝缘轨道电路来说，已不能适用。至于采用两次短路法来测无绝缘音频轨道电路的一次参数，在有专用测试设备的情况下，该方法适用于新建轨道铁路的一次参数测试，但对于已建铁路的日常信号检修来说，该方法过于繁琐，且测试代价大。

因此，如何研究一种无绝缘音频轨道电路轨间泄漏导纳的测试方法，即为本领域技术人员的研究方向所在。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种无绝缘音频轨道电路轨间泄漏导纳的测试方法，以解决上述现有技术中所存在的问题。

为了达到上述目的，本发明提供一种无绝缘音频轨道电路轨间泄漏导纳的测试方法，其包括以下步骤：

步骤S1:建立轨道的无源链型网络；

步骤S2:构建轨道电路无源网络的电路方程；

步骤S3:测量轨道电路送电端的输入电流；

步骤S4:计算轨间泄漏导纳G₀。

其中，在步骤S1中，是按照有限元的原则，将轨道作为线性无源链型网络，把l长的轨道电路分成n段，每段长为l/n，每段用集中参数的T型或∏型四端网络代替，则l长的轨道电路用n个T型或∏型四端网络链接来代替。

其中，在步骤S4中，是通过搜索方法求解轨间泄漏导纳G₀，其包括如下子步骤：

步骤S41：在区间[0.01.2]任取一个值作为轨间泄漏导纳G₀的初始值g₀；

步骤S42：求得一个输入电流I₁的值I′₁；

步骤S43：如果|I₁-I′₁|＜e，则停止，轨间泄漏导纳G₀取g₀；否则转步骤S44；

步骤S44：如果I₁＞I′₁，设g₀＝g₀+g_s；否则设g₀＝g₀-g_s；转步骤S42；

上述e＝0.01，g_s＝0.005。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明提出了一种无绝缘音频轨道电路轨间泄漏导纳的简便、快速、测试方法，测试在营轨道电路轨间泄漏导纳时无需将轨道电路短路来获得测量所需的条件，测试设备简单，只需一台高频高精度交流电流计，导纳的计算可以编制专门的计算软件，只需简单的嵌入式计算设备即可快速完成。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1A为本发明T-∏链型电路结构；

图1B为本发明T-T链型电路结构；

图1C为本发明∏-T链型电路结构；

图1D为本发明∏-∏链型电路结构；

图2为本发明S型连接音频无绝缘轨道电路；

图3为本发明轨道电路TC120的链接网络；

图4为本发明测试方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参阅图4所示，为本发明一种无绝缘音频轨道电路轨间泄漏导纳的测试方法的流程图，本发明提出一种无绝缘音频轨道电路轨间泄漏导纳的测试方法，具体包括以下步骤：

首先，构建调整状态下轨道电路输入端电流与轨间泄漏导纳的对应关系，其包括：

步骤S1：建立轨道的无源链型网络；

其是按有限元的原则，将轨道作为线性无源链型网络。根据四端网络链接的理论，可把l长的轨道电路分成n段，每段长为l/n，每段可以用集中参数的T型或∏型四端网络代替，则l长的轨道电路就可用n个T型或∏型四端网络链接来代替。参阅图1A至图1D，为链型电路的四种可能结构，其中，图1A为T-∏链型电路结构、图1B为T-T链型电路结构、图1C为∏-T链型电路结构、图1D为∏-∏链型电路结构。

步骤S2：构建轨道电路无源网络的电路方程；

由于于链型电路可以有四种，因此，本领域技术人员可根据需要建立无源网络的电路方程，以下仅列举其中一例。

以图1A所示链型电路为例。它的串臂阻抗为Z_i(i=1，3，5，…，2n-1)，并联导纳为Y_j（j＝2，4，6，…，2n），根据KVL、KCL及VCB定律，2n维网络方程为：

$\left[\begin{array}{c}{U}_0\\ 0\\ 0\\ .\\ .\\ .\\ 0\\ 0\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cccccccc}{Z}_1& 1& 0& .& .& .& 0& 0\\ -1& Y_2& 1& .& .& .& 0& 0\\ 0& -1& Z_3& .& .& .& 0& 0\\ .& .& .& & .& & .& .\\ .& .& .& & .& & .& .\\ .& .& .& & .& & .& .\\ 0& 0& 0& .& .& .& Z_{2n-1}& 1\\ 0& 0& 0& .& .& .& -1& Y_{2n}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{I}_1\\ U_2\\ I_3\\ .\\ .\\ .\\ I_{2n-1}\\ U_{2n}\end{array}\right]---\left(1\right)$

运用克莱姆法则，若式（1）的系数行列式

$D=\left|\begin{array}{cccccccc}{Z}_1& 1& 0& .& .& .& 0& 0\\ -1& Y_2& 1& .& .& .& 0& 0\\ 0& -1& Z_3& .& .& .& 0& 0\\ .& .& .& & .& & .& .\\ .& .& .& & .& & .& .\\ .& .& .& & .& & .& .\\ 0& 0& 0& .& .& .& Z_{2n-1}& 1\\ 0& 0& 0& .& .& .& -1& Y_{2n}\end{array}\right|\≠0---\left(2\right)$

那么方程组有唯一解，其输入电流可表示为:

$I_1=\frac{D_1}{D}=U_0\frac{|Y_2...Y_{2n}|}{|Z_1...Y_{2n}|}---\left(3\right)$

其中

$D_1=\left|\begin{array}{cccccccc}{U}_0& 1& 0& .& .& .& 0& 0\\ 0& Y_2& 1& .& .& .& 0& 0\\ 0& -1& Z_3& .& .& .& 0& 0\\ .& .& .& & .& & .& .\\ .& .& .& & .& & .& .\\ .& .& .& & .& & .& .\\ 0& 0& 0& .& .& .& Z_{2n-1}& 1\\ 0& 0& 0& .& .& .& -1& Y_{2n}\end{array}\right|---\left(4\right)$

对于轨道电路而言，在式(3)的右端，只有轨间泄漏导纳G₀为变量。从仿真结果看，I₁随G₀单调增加。

步骤S3：测量轨道电路送电端的输入电流；

其采用S型连接音频轨道电路，其原理如图2所示。这种形式的音频轨道电路把短路钢条联成S型，发送器与接收器的一个输出(入)端接在S型导线的中间。从图2可以看出，电容器C₂与钢轨L₂组成谐振于区段2音频频率f₂的并联谐振电路；电容器C₃与钢轨L₃组成谐振于区段3音频频率f₃的并联谐振电路。根据音频轨道电路的工作原理，可以使用高频高精度交流电流计在发送器输出端测得每段电路的输入电流I₁。

步骤S4：计算轨间泄漏导纳G₀；

根据公式(3)、(4)、(5)，每个输入电流I₁对应一个轨间泄漏导纳G₀。已知输入电流I₁，要求轨间泄漏导纳G₀的解析式非常困难。本发明是通过搜索方式求解轨间泄漏导纳G₀，其包括以下步骤：

步骤S41、在区间[0.01.2]任取一个值作为轨间泄漏导纳G₀的初始值g₀；

步骤S42、根据式(3)、(4)、(5)，求得一个输入电流I₁的值I′₁；

步骤S43、如果|I₁-I′₁|＜e，则停止，轨间泄漏导纳G₀取g₀；否则转步骤S44；

步骤S44、如果I₁＞I′₁，设g₀＝g₀+g_s；否则设g₀＝g₀-g_s；转步骤S42；

上述e＝0.01，g_s＝0.005。

因此，根据高精度的高频交流电流表测得的轨道电路送电端输入电流I₁，可以通过搜索得到其对应的轨间泄漏导纳G₀。在不同的条件下，轨间泄漏导纳的变化范围为0.1~1.5。本发明是用有限元方法构成轨道电路输入端电流与轨间漏泄一一对应的数据库,利用所测得的轨道电路输入电流,即可在数据库中得到轨间漏泄。

为了更好地理解本发明，采用了本发明的方法进行了实际测试，以广州地铁1＃线西朗站，轨道电路TC120（采用西门子公司的FTG S型数字轨道电路）为例。

（一）首先，构建调整状态下轨道电路输入端电流与轨间泄漏导纳的对应关系，即执行步骤S1及S2：建立轨道电路的无源链接网络及无源网络的电路方程：

轨道电路TC120段全长（S联接中点之间的距离）180米，现将它分成100节，每节的长度为1.8米，仿真电路模型如图3所示。

其中，轨道电路的一次参数：R₀＝6欧/公里、L₀＝1.348毫亨/公里、C₀=1.66微法/公里、G₀＝0.1~1.01/欧·公里（未知量）。模型参数如下：

r₁=3.5+0.0054=3.5054欧，r₃=r₅=…=r₁₉₉=2×0.0054=0.0108欧，

r₂₀₁=0.0054欧；l₁=1.21微亨，l₃=l₅=…=l₁₉₉=2×1.21=2.42微亨，

l₂₀₁=1.21微亨；c₂=c₄=…=c₂₀₀=2.988纳法；

g₂=g₄=…=g₂₀₀=0.0018G₀1/欧。

（二）执行步骤S3，测量轨道电路送电端的输入电流，即测量入口电流I₁，使用可选频的高精度交流电流计测得送电端电流为345mA。

（三）执行步骤S4,计算轨间泄漏导纳G₀;本发明是通过搜索方式求解轨间泄漏导纳G₀，上述的搜索方式可编制一计算机软件，通过该计算软件可以方便的计算得知G₀=0.715/欧·公里。

综上所述，本发明针对运营线路的轨间泄漏导纳测量的空白，提出了一种无绝缘音频轨道电路轨间泄漏导纳的简便、快速、测试方法，测试在营轨道电路轨间泄漏导纳时无需将轨道电路短路来获得测量所需的条件，测试设备简单，只需一台高频高精度交流电流计，导纳的计算可以编制专门的计算软件，只需简单的嵌入式计算设备即可快速完成。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。

Claims (1)

1.一种无绝缘音频轨道电路轨间泄漏导纳的测试方法，其特征在于，其包括以下步骤：

步骤S1:建立轨道的无源链型网络，是按照有限元的原则，将轨道作为线性无源链型网络，把l长的轨道电路分成n段，每段长为l/n，每段用集中参数的T型或Π型四端网络代替，则l长的轨道电路用n个T型或Π型四端网络链接来代替；

步骤S2:构建轨道电路无源网络的电路方程，其是根据KVL、KCL及VCB定律，2n维网络方程为：

$\left[\begin{array}{c}{U}_0\\ 0\\ 0\\ .\\ .\\ .\\ 0\\ 0\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cccccc}{Z}_1& 1& 0& ...& 0& 0\\ -1& Y_2& 1& ...& 0& 0\\ 0& -1& Z_3& ...& 0& 0\\ .& .& .& .& .& .\\ .& .& .& .& .& .\\ .& .& .& .& .& .\\ 0& 0& 0& ...& Z_{2n-1}& 1\\ 0& 0& 0& ...& -1& Y_{2n}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{I}_1\\ U_2\\ I_3\\ .\\ .\\ .\\ I_{2n-1}\\ U_{2n}\end{array}\right],$

其中，Z_i为串臂阻抗，i＝1，3，5，…，2n-1，Y_j为并联导纳，j＝2，4，6，…，2n；

步骤S3:测量轨道电路送电端的输入电流，是采用S型连接音频轨道电路，这种形式的音频轨道电路把短路钢条联成S型，发送器与接收器的一个输出或输入端接在S型导线的中间；

步骤S4:计算轨间泄漏导纳G₀,具体是通过搜索方法求解轨间泄漏导纳G₀,其包括如下子步骤：

步骤S41：在区间[0.01,2]任取一个值作为轨间泄漏导纳G₀的初始值g₀,

步骤S42：求得一个输入电流I₁的值I′₁；

步骤S43：如果|I₁-I′₁|＜e，则停止，轨间泄漏导纳G₀取g₀；否则转步骤S44；

步骤S44：如果I₁＞I′₁，设g₀＝g₀+g_s；否则设g₀＝g₀-g₀；转步骤S42；

上述e＝0.01，g_s＝0.005。