国产阻抗联结器在地铁轨道电路中的应用

轨道电路是城市轨道交通信号设备的重要组成部分，阻抗联结器又是轨道电路的关键部件。上海地铁一号线由于阻抗联结器故障率比较高，影响了日常运营工作。而且这种进口设备备件少，价格昂贵，送修周期长，无利于运营维护。因此，对阻抗连接器进行国产化研究将对运营起重要作用。 
1 　阻抗联结器的作用 
    功能为：① 将钢轨划分成轨道电路；② 检测轨道电路内的列车；③ 均衡钢轨之间的牵引回流；④ 提供给牵引变电站负回流电缆一个平衡连接点；⑤ 将信号耦合到钢轨上构成轨道电路；⑥ 将速度信号（机车信号） 耦合到钢轨上。




图1 　音频轨道电路示意图

 

图2 　阻抗联结器原理图
    注：阻抗联结器中谐振在2250Hz 的线圈是向机车发送机车信号的，机车信号提图1 为上海地铁一号线采用的GRS 供速度码和开门码。9650Hz 是在阻抗联结器中传送TWC 车地通信信号，公司的音频轨道电路，其中阻抗联结器的只有在站台区段的阻抗联结器才有这组线圈。 
2 　阻抗联结器的电路分析及应用 
    阻抗联结器由4 个调谐二次线圈的变压器构成，其原理如图2 所示。通过并联谐振构成的窄带滤波器，除在联结器的调谐频率呈高阻抗外，在其他频率均呈固有低阻抗，4 个调谐电路串联连接，这样，只在谐振频率的调谐电路两端为高电压，其他频率几乎没有电压。所以任何1 个二次绕组谐振均在轨道中感应出电压（图3） 。 
    GRS 音频轨道电路是以频率划分轨道电路，分别采用2625，2925，3375，4275 Hz 4 种频率，再分别承载2 Hz 与3 Hz 构成8 种轨道信号，左右划分轨道电路。例如，2625 Hz 载3Hz 信号，由轨道电路发送器发送到钢轨上，由于发送阻抗联结器和接收阻抗联结器在2625 Hz 成高阻抗。轨道电路接收器接收后，滤掉2625 Hz，再将3 Hz 倍频，使轨道继电器吸起，轨道空闲。反之，有车占用，轨道信号被分路，接收板不能收到轨道信号。


 

图3 　频率与发送电压关系图
    阻抗联结器对直流呈低阻抗。牵引回流是通过钢轨构成回路，所以阻抗联结器的另一个功能是均衡钢轨之间的牵引回流，通过阻抗联结器*抽头，隔一段距离使上下行钢轨连通，提高了牵引回流的回流速度。同样，通过*抽头也提供给牵引变电站负回流电缆一个平衡连接点。 
3 　国产阻抗联结器 
    阻抗联结器的制造有2点关键：首先要保证在谐振点有高品质因数Q值；其次，因为地铁为直流牵引，牵引电压DC1500V，单轨回流zui大值77，四轨条并联zui大回流3100A，具有12相整流（基波600Hz） 、斩波牵引和再生制动等随机周期性干扰，所以当大直流流过阻抗联结器时，阻抗联结器将产生磁饱和。 
    GRS 阻抗联结器是进口的铁镍和铁镍钼粉芯，价格昂贵。用普通磁芯不适合于轨道电路的音频工作范围，极易产生磁饱和。为了保证阻抗联结器的性能稳定可靠，磁环采用上海钢铁研究所研制的超微晶合金材料制成的环形铁芯。它具有良好的综合磁性能、高频特性、温度及环境稳定性等，用其制成的磁环，具有良好的电感量L 和高品质因数Q 值，特别适用于大电流和大功率条件下的各类电源 target=_blank>开关电源、变压器、滤波电感及贮能电感等，目前*可替代各类进口的铁镍和铁镍钼粉芯。 
    调谐回路中的电容器选用国产CBB22 型金属化聚丙烯电容器，它是由金属化聚丙烯薄膜卷绕而成，有自愈特性、电性能好、损耗小、电容量随温度和频率变化小，交流性能特别好，故适用各种电性能要求较高的交直流电路中。此电容器的使用环境温度为-55 ℃～ + 85 ℃，用此电容器制成的阻抗联结器完适用于地铁的使用环境温度。 
    为了保证阻抗联结器的性能稳定可靠，绕制成的磁环须高温去潮后用绝缘浸渍，然后用国产的硫化硅橡胶灌封，所有磁环组件再用618 环氧树脂封装在高强度，高绝缘性能的塑料盒内。这样整个联结器既能防震，又能使磁环线圈稳定可靠地工作。