國產(chǎn)阻抗聯(lián)結(jié)器在地鐵軌道電路中的應用
軌道電路是城市軌道交通信號設(shè)備的重要組成部分, 阻抗聯(lián)結(jié)器又是軌道電路的關(guān)鍵部件。上海地鐵一號線由于阻抗聯(lián)結(jié)器故障率比較高, 影響了日常運營工作。而且這種進口設(shè)備備件少, 價格昂貴, 送修周期長, 無利于運營維護。因此, 對阻抗連接器進行國產(chǎn)化研究將對運營起重要作用。
1 阻抗聯(lián)結(jié)器的作用
功能為: ① 將鋼軌劃分成軌道電路; ② 檢測軌道電路內(nèi)的列車; ③ 均衡鋼軌之間的牽引回流; ④ 提供給牽引變電站負回流電纜一個平衡連接點; ⑤ 將信號耦合到鋼軌上構(gòu)成軌道電路; ⑥ 將速度信號(機車信號) 耦合到鋼軌上。
圖1 音頻軌道電路示意圖
圖2 阻抗聯(lián)結(jié)器原理圖 注: 阻抗聯(lián)結(jié)器中諧振在2250Hz 的線圈是向機車發(fā)送機車信號的, 機車信號提圖1 為上海地鐵一號線采用的GRS 供速度碼和開門碼。9650Hz 是在阻抗聯(lián)結(jié)器中傳送TWC 車地通信信號, 公司的音頻軌道電路, 其中阻抗聯(lián)結(jié)器的只有在站臺區(qū)段的阻抗聯(lián)結(jié)器才有這組線圈。
2 阻抗聯(lián)結(jié)器的電路分析及應用
阻抗聯(lián)結(jié)器由4 個調(diào)諧二次線圈的變壓器構(gòu)成, 其原理如圖2 所示。通過并聯(lián)諧振構(gòu)成的窄帶濾波器, 除在聯(lián)結(jié)器的調(diào)諧頻率呈高阻抗外, 在其他頻率均呈固有低阻抗, 4 個調(diào)諧電路串聯(lián)連接, 這樣, 只在諧振頻率的調(diào)諧電路兩端為高電壓, 其他頻率幾乎沒有電壓。所以任何1 個二次繞組諧振均在軌道中感應出電壓(圖3) 。
GRS 音頻軌道電路是以頻率劃分軌道電路, 分別采用2625 , 2925 , 3375 , 4275 Hz 4 種頻率, 再分別承載2 Hz 與3 Hz 構(gòu)成8 種軌道信號, 左右劃分軌道電路。例如, 2625 Hz 載3Hz 信號, 由軌道電路發(fā)送器發(fā)送到鋼軌上, 由于發(fā)送阻抗聯(lián)結(jié)器和接收阻抗聯(lián)結(jié)器在2625 Hz 成高阻抗。軌道電路接收器接收后, 濾掉2625 Hz , 再將3 Hz 倍頻, 使軌道繼電器吸起, 軌道空閑。反之, 有車占用, 軌道信號被分路, 接收板不能收到軌道信號。
圖3 頻率與發(fā)送電壓關(guān)系圖
阻抗聯(lián)結(jié)器對直流呈低阻抗。牽引回流是通過鋼軌構(gòu)成回路, 所以阻抗聯(lián)結(jié)器的另一個功能是均衡鋼軌之間的牽引回流, 通過阻抗聯(lián)結(jié)器中央抽頭, 隔一段距離使上下行鋼軌連通, 提高了牽引回流的回流速度。同樣, 通過中央抽頭也提供給牽引變電站負回流電纜一個平衡連接點。
3 國產(chǎn)阻抗聯(lián)結(jié)器
阻抗聯(lián)結(jié)器的制造有2 點關(guān)鍵: 首先要保證在諧振點有高品質(zhì)因數(shù)Q值; 其次, 因為地鐵為直流牽引, 牽引電壓DC1500V , 單軌回流最大值775A , 四軌條并聯(lián)最大回流3100A , 具有12 相整流(基波600Hz) 、斬波牽引和再生制動等隨機周期性干擾, 所以當大直流流過阻抗聯(lián)結(jié)器時, 阻抗聯(lián)結(jié)器將產(chǎn)生磁飽和。
GRS 阻抗聯(lián)結(jié)器是進口的鐵鎳和鐵鎳鉬粉芯, 價格昂貴。用普通磁芯不適合于軌道電路的音頻工作范圍,極易產(chǎn)生磁飽和。為了保證阻抗聯(lián)結(jié)器的性能穩(wěn)定可靠,磁環(huán)采用上海鋼鐵研究所研制的超微晶合金材料制成的環(huán)形鐵芯。它具有良好的綜合磁性能、高頻特性、溫度及環(huán)境穩(wěn)定性等,用其制成的磁環(huán),具有良好的電感量L 和高品質(zhì)因數(shù)Q 值, 特別適用于大電流和大功率條件下的各類開關(guān)電源、變壓器、濾波電感及貯能電感等,目前完全可替代各類進口的鐵鎳和鐵鎳鉬粉芯。
調(diào)諧回路中的電容器選用國產(chǎn)CBB22 型金屬化聚丙烯電容器, 它是由金屬化聚丙烯薄膜卷繞而成, 有自愈特性、電性能好、損耗小、電容量隨溫度和頻率變化小, 交流性能特別好, 故適用各種電性能要求較高的交直流電路中。此電容器的使用環(huán)境溫度為-55 ℃～ + 85 ℃, 用此電容器制成的阻抗聯(lián)結(jié)器完全能適用于地鐵的使用環(huán)境溫度。
為了保證阻抗聯(lián)結(jié)器的性能穩(wěn)定可靠, 繞制成的磁環(huán)須高溫去潮后用絕緣浸漬, 然后用國產(chǎn)的硫化硅橡膠灌封, 所有磁環(huán)組件再用618 環(huán)氧樹脂封裝在高強度, 高絕緣性能的塑料盒內(nèi)。這樣整個聯(lián)結(jié)器既能防震, 又能使磁環(huán)線圈穩(wěn)定可靠地工作。
