洪福慶 上海鐵路局電務(wù)處

ZPW-2000A軌道電路長電纜發(fā)送器過熱問題分析

洪福慶 上海鐵路局電務(wù)處

ZPW-2000A軌道電路在國內(nèi)已大量投入使用，作為在UM71無絕緣軌道設(shè)備基礎(chǔ)上發(fā)展的自動(dòng)閉塞制式，其系統(tǒng)具備高安全性、適用性、可靠性以及穩(wěn)定性等特點(diǎn)。在實(shí)際維護(hù)工作中，針對(duì)現(xiàn)場不同線路類型、道床條件、電纜長度、鋼軌阻抗，ZPW-2000A軌道電路具有調(diào)整特性，依據(jù)調(diào)整參考表調(diào)整模擬電纜、發(fā)送電平級(jí)、接收電平級(jí)以達(dá)到一次調(diào)整，滿足軌道電路調(diào)整狀態(tài)、分路狀態(tài)、機(jī)車信號(hào)入口電流。在ZPW-2000A設(shè)備運(yùn)用中，對(duì)電纜長度有較高的要求，當(dāng)線路存在長大區(qū)間，軌道電路信號(hào)電纜長度增加，軌道電路發(fā)送器設(shè)備溫度上升。針對(duì)此類問題，對(duì)軌道電路運(yùn)用現(xiàn)狀進(jìn)行分析，并提出解決措施。

ZPW-2000A軌道電路；長電纜；發(fā)送器；溫度

1 問題現(xiàn)狀

在現(xiàn)場實(shí)際長大區(qū)間（超過10 km）使用中，存在發(fā)送盒過熱的現(xiàn)象。最高溫度達(dá)75℃。通過過熱區(qū)段電氣特性測(cè)試，發(fā)送盒功出電壓正常、衰耗盒軌入電壓正常，接收盒主軌出、小軌出電壓均正常，軌面電壓也正常，現(xiàn)場似乎不存在調(diào)整問題，但ZPW-2000A設(shè)備參數(shù)因溫度高可引發(fā)發(fā)送盒停止工作、發(fā)送器底座簧片燒壞的現(xiàn)象，造成區(qū)間移頻自動(dòng)閉塞設(shè)備工作不穩(wěn)定，給行車安全埋下隱患。

2 問題調(diào)查

2.1 現(xiàn)場數(shù)據(jù)分析

采用紅外線熱成像儀對(duì)發(fā)送器外殼的各點(diǎn)溫度進(jìn)行測(cè)試，其前面板設(shè)備銘牌左下角溫度最高，因此將該點(diǎn)定為發(fā)送器溫度測(cè)試點(diǎn)。

選取一站區(qū)間ZPW-2000A軌道電路進(jìn)行溫度采樣，發(fā)送器溫度測(cè)試數(shù)據(jù)見表1。

圖1 發(fā)送器外殼溫度隨電纜長度變化而變化的情況

表1測(cè)試數(shù)據(jù)為發(fā)送電平級(jí)為1級(jí)的實(shí)際測(cè)試數(shù)據(jù)。當(dāng)電纜長度（實(shí)際電纜長度+模擬電纜長度）為10 km時(shí)，發(fā)送器外殼溫度在45.6℃至51.8℃之間，當(dāng)電纜長度為12.5 km時(shí)，發(fā)送器外殼溫度在49℃至55.7℃之間，當(dāng)電纜長度為14 km時(shí)，發(fā)送器外殼溫度在53.3℃至56.9℃之間，曲線如圖1所示。

2.2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況建立ZPW-2000A軌道電路matlab模型，模擬軌道電路現(xiàn)場使用最不利條件，測(cè)量發(fā)送器的外殼溫度及功率三極管溫度，仿真計(jì)算的最不利條件如表2所示，其中功出電流項(xiàng)為不同電纜配置條件下的最大功出電流。

根據(jù)表2選定發(fā)送器頻率，通過調(diào)整發(fā)送器的負(fù)載電阻來獲得表2中的最大功出電流，設(shè)備運(yùn)行4 h后測(cè)量發(fā)送器銘牌處及功率管溫度。測(cè)試數(shù)據(jù)見表3（單位：℃）。

圖2 現(xiàn)場實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)溫度隨電纜長度增加而升高

表3測(cè)試數(shù)據(jù)當(dāng)電纜長度為7.5 km時(shí)，發(fā)送器外殼溫度在45℃至46℃之間，當(dāng)電纜長度為10 km時(shí)，發(fā)送器外殼溫度在49℃至52℃之間，當(dāng)電纜長度為12.5 km時(shí)，發(fā)送器外殼溫度在53℃至59℃之間，與現(xiàn)場實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)溫度隨電纜長度增加而升高規(guī)律一致，曲線如圖2所示。

3 問題分析

發(fā)送盒溫度過高的現(xiàn)象，從內(nèi)部原因分析溫度產(chǎn)生的原因，電纜長度增加時(shí)，發(fā)送盒溫度上升，發(fā)送器的激勵(lì)放大器、功率放大器在這種情況下負(fù)載重。在這種區(qū)段使用中，為滿足分路特性，往往采取高發(fā)送電平的做法，無疑進(jìn)一步增加了發(fā)送器工作功率。由于實(shí)際發(fā)送器功率放大電路為非線性電路，采取發(fā)送器高電平的方式雖然增加了前級(jí)放大電路的功率，但在發(fā)送器后級(jí)輸出級(jí)，功出電壓增加卻有限，能效轉(zhuǎn)換效率進(jìn)一步降低。每調(diào)高一級(jí)電平，發(fā)送盒整體工作功率增加，有效輸出功率增加卻有限，多余的能耗以熱量的形式釋放出，產(chǎn)生發(fā)送過熱的現(xiàn)象，發(fā)送盒工作能效比進(jìn)一步降低。針對(duì)這一分析，選取現(xiàn)場一過熱區(qū)段與正常區(qū)段進(jìn)行現(xiàn)場測(cè)試，得出數(shù)字見表4。

表4 選取現(xiàn)場一過熱區(qū)段與正常區(qū)段進(jìn)行現(xiàn)場測(cè)試而得出的數(shù)字

為避免數(shù)據(jù)偶然性，選取了其它過熱及正常區(qū)段比對(duì)，發(fā)現(xiàn)過熱區(qū)段能效均在50%以下，正常區(qū)段均在60%以上，過熱區(qū)段發(fā)送盒工作效率低，較多能量喪失在溫度上。

在現(xiàn)場實(shí)際運(yùn)用過程中，由于長大區(qū)間電纜的現(xiàn)狀，通常認(rèn)為發(fā)送電平級(jí)應(yīng)比短區(qū)間電纜的要高，并未從能耗的角度去分析，通過較高電平來確保軌道電路工作正常。長大區(qū)間電纜條件下的發(fā)送盒高電平輸出，造成的矛盾顯然突出：提高電平，軌面電壓會(huì)有所升高，但產(chǎn)生大量無功功率，產(chǎn)生溫度過熱問題。雖然機(jī)械室可采取降溫措施，但未得到根本解決。

4 對(duì)策措施

為有效解決開通線路長大區(qū)間電纜帶來的發(fā)送盒過熱問題，將發(fā)送盒內(nèi)部溫度降下來，提出了兩類解決措施。

（1）區(qū)間增設(shè)中繼站。通過中繼站機(jī)械室增設(shè)電源系統(tǒng)、區(qū)間ZPW-2000A設(shè)備、區(qū)間其它信號(hào)設(shè)備，可有效解決電纜長度問題。

（2）使用調(diào)整手段，提高發(fā)送盒轉(zhuǎn)換能效，降低無功功耗，減少發(fā)熱能量，提高功出效率。

在兩個(gè)方案討論過程中，方案一改變了設(shè)備現(xiàn)狀，問題能夠得到徹底解決，但投資費(fèi)用大，涉及通信、信號(hào)、電力、房建等多個(gè)部門，且后期維護(hù)成本增加。實(shí)施難度大。方案二經(jīng)濟(jì)，設(shè)備基本無變化，但實(shí)施效果有待考證，問題能不能得到解決需要通過驗(yàn)證。

通過方案比對(duì)，方案二比較有操作性，但在方案實(shí)施上，必須充分考慮最不利條件下軌道電路一次調(diào)整特點(diǎn)，同時(shí)對(duì)軌道電路調(diào)整過程中帶來的風(fēng)險(xiǎn)必須要充分研判。具體從以下幾點(diǎn)考慮：

（1）軌道電路的調(diào)整需嚴(yán)格按照相關(guān)設(shè)計(jì)院出具的調(diào)整表進(jìn)行，對(duì)各類參數(shù)的調(diào)整必須有一個(gè)系統(tǒng)的考慮，綜合各方面因素。嚴(yán)禁隨意調(diào)整帶來的盲目性。為此，需與相關(guān)設(shè)計(jì)單位充分溝通，由設(shè)計(jì)單位現(xiàn)場調(diào)查，針對(duì)“一區(qū)段一調(diào)整”，現(xiàn)場實(shí)際調(diào)整嚴(yán)格按照調(diào)整表進(jìn)行。

（2）軌道電路調(diào)整在天窗、施工點(diǎn)內(nèi)進(jìn)行，調(diào)整到位后，室外應(yīng)立即對(duì)本區(qū)段軌面電壓、分路殘壓、電碼化入口電流、小軌電壓等進(jìn)行測(cè)試。并與原調(diào)整前數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)。室內(nèi)應(yīng)對(duì)發(fā)送盒工作功率、功出功率進(jìn)行測(cè)試，計(jì)算出能效比的變化范圍。

（3）設(shè)備調(diào)整試點(diǎn)期間，必須加強(qiáng)盯控。重點(diǎn)對(duì)調(diào)整狀態(tài)、分路殘壓、發(fā)送盒工作狀態(tài)等進(jìn)行每日盯控。發(fā)現(xiàn)問題，立即復(fù)原。

確定實(shí)施方案后，選取一區(qū)段，在天窗點(diǎn)按以下調(diào)整步驟實(shí)施了調(diào)整：

（1）降低發(fā)送電平一個(gè)等級(jí)，發(fā)送電平從1級(jí)電平降低為2級(jí)電平，發(fā)送盒溫度明顯下降。

（2）提高接收電平級(jí)，從64電平（衰耗盒端子c3-a6,c4-a9,3-7,5-10）調(diào)整為71級(jí)平級(jí)（衰耗盒端子c3-a2,c4-a9,a1-a6,a7-a10）。

（3）調(diào)整后測(cè)試情況見表5。

表5 整后測(cè)試情況

方案實(shí)施后，在試點(diǎn)期內(nèi)電務(wù)段加強(qiáng)了盯控，經(jīng)過雨季等不利條件下未發(fā)生殘壓超標(biāo)現(xiàn)象，軌道電路各類參數(shù)也均在合理范圍之內(nèi)。

經(jīng)調(diào)整后的發(fā)送盒溫度有了明顯下降，經(jīng)測(cè)試為50℃左右。溫度過高問題得到解決。

5 總結(jié)

本文針對(duì)長大區(qū)間軌道電路信號(hào)電纜長度增加，軌道電路發(fā)送器設(shè)備溫度上升問題，從現(xiàn)場測(cè)試、試驗(yàn)測(cè)試、問題分析等方面進(jìn)行了闡述，并提出對(duì)策措施以便現(xiàn)場出現(xiàn)類似問題時(shí)參考。

責(zé)任編輯：萬寶安 竇國棟

來稿日期：2015-12-01