國(guó)產(chǎn)阻抗聯(lián)結(jié)器在地鐵軌道電路中的應(yīng)用

軌道電路是城市軌道交通信號(hào)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(hào)線由于阻抗聯(lián)結(jié)器故障率比較高，影響了日常運(yùn)營(yíng)工作。而且這種進(jìn)口設(shè)備備件少，價(jià)格昂貴，送修周期長(zhǎng)，無(wú)利于運(yùn)營(yíng)維護(hù)。因此，對(duì)阻抗連接器進(jìn)行國(guó)產(chǎn)化研究將對(duì)運(yùn)營(yíng)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(cè)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(fù)回流電纜一個(gè)平衡連接點(diǎn)；⑤ 將信號(hào)耦合到鋼軌上構(gòu)成軌道電路；⑥ 將速度信號(hào)(機(jī)車信號(hào)) 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(jī)車發(fā)送機(jī)車信號(hào)的，機(jī)車信號(hào)提圖1 為上海地鐵一號(hào)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(hào)，公司的音頻軌道電路，其中阻抗聯(lián)結(jié)器的只有在站臺(tái)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(yīng)用

阻抗聯(lián)結(jié)器由4 個(gè)調(diào)諧二次線圈的變壓器構(gòu)成，其原理如圖2 所示。通過(guò)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(gè)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(méi)有電壓。所以任何1 個(gè)二次繞組諧振均在軌道中感應(yīng)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(hào)，左右劃分軌道電路。例如，2625 Hz 載3Hz 信號(hào)，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(hào)被分路，接收板不能收到軌道信號(hào)。

圖3 　頻率與發(fā)送電壓關(guān)系圖

阻抗聯(lián)結(jié)器對(duì)直流呈低阻抗。牽引回流是通過(guò)鋼軌構(gòu)成回路，所以阻抗聯(lián)結(jié)器的另一個(gè)功能是均衡鋼軌之間的牽引回流，通過(guò)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(guò)中央抽頭也提供給牽引變電站負(fù)回流電纜一個(gè)平衡連接點(diǎn)。

3 　國(guó)產(chǎn)阻抗聯(lián)結(jié)器

阻抗聯(lián)結(jié)器的制造有2點(diǎn)關(guān)鍵：首先要保證在諧振點(diǎn)有高品質(zhì)因數(shù)Q值；其次，因?yàn)榈罔F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(dòng)等隨機(jī)周期性干擾，所以當(dāng)大直流流過(guò)阻抗聯(lián)結(jié)器時(shí)，阻抗聯(lián)結(jié)器將產(chǎn)生磁飽和。

GRS 阻抗聯(lián)結(jié)器是進(jìn)口的鐵鎳和鐵鎳鉬粉芯，價(jià)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(jìn)口的鐵鎳和鐵鎳鉬粉芯。

調(diào)諧回路中的電容器選用國(guó)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(guó)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(qiáng)度，高絕緣性能的塑料盒內(nèi)。這樣整個(gè)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。(end)