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。在實際維護工作中，針對現(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、接收電平級以達到一次調(diào)整，滿足軌道電路調(diào)整狀態(tài)、分路狀態(tài)、機車信號入口電流。在ZPW-2000A設(shè)備運用中，對電纜長度有較高的要求，當線路存在長大區(qū)間，軌道電路信號電纜長度增加，軌道電路發(fā)送器設(shè)備溫度上升。針對此類問題，對軌道電路運用現(xiàn)狀進行分析，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75℃。通過過熱區(qū)段電氣特性測試，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發(fā)送器外殼的各點溫度進行測試，其前面板設(shè)備銘牌左下角溫度最高，因此將該點定為發(fā)送器溫度測試點。

選取一站區(qū)間ZPW-2000A軌道電路進行溫度采樣，發(fā)送器溫度測試數(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測試數(shù)據(jù)為發(fā)送電平級為1級的實際測試數(shù)據(jù)。當電纜長度（實際電纜長度+模擬電纜長度）為10 km時，發(fā)送器外殼溫度在45.6℃至51.8℃之間，當電纜長度為12.5 km時，發(fā)送器外殼溫度在49℃至55.7℃之間，當電纜長度為14 km時，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 試驗數(shù)據(jù)分析

根據(jù)現(xiàn)場實際情況建立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，測量發(fā)送器的外殼溫度及功率三極管溫度，仿真計算的最不利條件如表2所示，其中功出電流項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)送器的負載電阻來獲得表2中的最大功出電流，設(shè)備運行4 h后測量發(fā)送器銘牌處及功率管溫度。測試數(shù)據(jù)見表3（單位：℃）。

圖2 現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)溫度隨電纜長度增加而升高

表3測試數(shù)據(jù)當電纜長度為7.5 km時，發(fā)送器外殼溫度在45℃至46℃之間，當電纜長度為10 km時，發(fā)送器外殼溫度在49℃至52℃之間，當電纜長度為12.5 km時，發(fā)送器外殼溫度在53℃至59℃之間，與現(xiàn)場實測數(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，發(fā)送盒溫度上升，發(fā)送器的激勵放大器、功率放大器在這種情況下負載重。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，無疑進一步增加了發(fā)送器工作功率。由于實際發(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放大電路的功率，但在發(fā)送器后級輸出級，功出電壓增加卻有限，能效轉(zhuǎn)換效率進一步降低。每調(diào)高一級電平，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)送盒工作能效比進一步降低。針對這一分析，選取現(xiàn)場一過熱區(qū)段與正常區(qū)段進行現(xiàn)場測試，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)段進行現(xiàn)場測試而得出的數(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，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)場實際運用過程中，由于長大區(qū)間電纜的現(xiàn)狀，通常認為發(fā)送電平級應(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。雖然機械室可采取降溫措施，但未得到根本解決。

4 對策措施

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，但投資費用大，涉及通信、信號、電力、房建等多個部門，且后期維護成本增加。實施難度大。方案二經(jīng)濟，設(shè)備基本無變化，但實施效果有待考證，問題能不能得到解決需要通過驗證。

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

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

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

（3）設(shè)備調(diào)整試點期間，必須加強盯控。重點對調(diào)整狀態(tài)、分路殘壓、發(fā)送盒工作狀態(tài)等進行每日盯控。發(fā)現(xiàn)問題，立即復原。

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

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

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

（3）調(diào)整后測試情況見表5。

表5 整后測試情況

方案實施后，在試點期內(nèi)電務(wù)段加強了盯控，經(jīng)過雨季等不利條件下未發(fā)生殘壓超標現(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)測試為50℃左右。溫度過高問題得到解決。

5 總結(jié)

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

責任編輯：萬寶安 竇國棟

來稿日期：2015-12-01