本站原创摘 要接触网与电力牵引机车之间的动态弓网关系是影响列车运行速度的重要因素,本文介绍了电气化铁路综合动态检测系统,同时研究了综合动态检测系统组成,包括轨道电路检测系统、牵引回流检测系统、数据采集系统、应答器检测系统,为以后电气化铁路综合动态检测提供了参考依据.
关 键 词电气化铁路；接触网；动态检测
中图分类号U22文献标识码A文章编号1674-6708（2013）94-0128-02
0引言
接触网是在电气化铁道中、沿钢轨上空“之”字形架设的、向电力机车供电的特殊形式的输电线路.接触网主要包含以下几项内容：1）基础设施,主要作用是固定并保持接触悬挂及支持装置在空间的位置状态；2）支持结构,主要作用是支持接触悬挂并保持其在空间的位置状态；3）接触悬挂,主要作用是传输电流给电力机车及保持接触网的状态；4）其他辅助构件,包括附加悬挂、电连接、中锚、绝缘设备、避雷设备、隔离开关、接地装置等.
为适应中国铁路全面提速及动车组列车大面积开行,满足新型信号系统及列控系统的检测需要,本文采用全新的分散式系统结构,增加了牵引回流检测、应答器模拟信息检测等功能,研制出了运用于高速综合检测列车的新型信号动态检测系统.
2轨道电路检测系统
轨道电路检测系统由轨道电路感应线圈（STM天线）、STM接线盒、和轨道电路采集处理机、数据交换设备等构成.轨道电路信号被STM天线接收形成感应信号,通过信号电缆送入检测系统轨道电路采集处理机,轨道电路接收处理机对信号进行解析处理,处理结果通过数据交换机提供给综合检测系统,进行显示、统计、分析、存储.
轨道电路感应信号进入轨道电路采集处理机后信号通过输入保护、接口匹配,信号调理电路,隔离放大,带通滤波,有效值转换,电平变换等电路,最终转换成适合数据处理芯片采集的信号.由数字信号处理器芯片8051F320对采集到的数据进行IIR数字滤波,形成主感应信号、干扰信号等包络,利用频域分析技术对主感应信号进行数字处理,计算出信号的载频、低频、细化谱、主要成份幅值等信息.
2.1输入保护及接口匹配电路
输入保护电路由稳压二极管组成,利用二极管反向击穿特性.正常工作时不对输入信号造成影响.当输入电压信号异常,超过设置电压范围时,二极管工作在反向击穿特性区,超出的电压通过被释放,从而保护其他电路正常工作.接口匹配电路由电阻电容网络组成,用于匹配天线接入电路阻抗,使天线工作于最佳状态.
2.2信号调理电路
信号调整电路是整个系统的核心,它包括连续信号调理、干扰信号调理和数字信号调理.连续信号：将信号经过高阻隔离后提供给后级电路.50Hz陷波器把信号中的牵引电流干扰祛除,这部分电路很重要,作用比较明显.信号经跟随器变换后分别送给移频、交流计数带通滤波器,利用有效值变换电路把交流信号变成表示有效值的直流信号,供A/D采集用.干扰信号：电路原理基本同上,信号经过高阻隔离,并进行50Hz滤波、有效值变换等处理后,供A/D采集用.50Hz陷波电路：50Hz陷波电路是抗混叠滤波器.为了防止信号频谱产生混叠,滤波前对信号进行抗混叠滤波.50Hz陷波电路使用UAF42专用滤波芯片.
2.3带通滤波电路
带通滤波电路采用UAF42有源滤波器芯片.它是美国Burr-Brown公司90年代设计、生产的一种性能很好的通用型集成有源滤波器模块.可方便的设计出高通、低通、带通、陷波电路.该模块内部集成四级精密运算放大器、50KΩ±0.5%精密电阻和1000pF±0.5%精密电容,解决了以往有源滤波器设计中难以获得电阻、电容的匹配和损耗等问题.根据公式计算合适的外接电阻就能设计出满足要求的滤波器.机车感应器模拟量信号调理电路设置了中国移频（400Hz～1000Hz）、UM71（1600Hz～2700Hz）、交流计数（20Hz～80Hz）带通滤波器、50Hz干扰带通（45Hz-55Hz）、50Hz干扰陷波器,性能比较理想,调试比较简单.
3牵引回流检测系统
电力牵引列车通过接触网、受电弓等设备获取电能牵引列车运行,牵引电流经接触网、列车受电弓、列车电力牵引设备等,最终通过钢轨返回大地构成供电回路.在实际运用中因线路原因、列车自身原因等往往会出现左右两条钢轨牵引回流不平衡现像.不平衡的因牵引电流会被机车感应器接收,形成较强的工频干拢,影响机车信号正运用,甚至烧毁机车信号设备.轨道电路检测系统由牵引回流感应线圈（ASTM天线）、ASTM接线盒、和牵引回流采集处理机、数据交换机、工控计算机等构成.
左右两条钢轨上的牵引回流分别由ASTM天线接收,ASTM天线接收的两路信号通过电缆和相关接线端子接入到牵引回流采集处理机.牵引回流采集处理机分别对两路信号进行模数转换,形成可以被计算机处理的数据.数据通过高速串行通讯接口送入机箱内的嵌入式计算机,由嵌入式计算机对数据进行处理,分别计算出两条钢轨上的牵引电流幅值、电流谐波成份等信息,并将这些处理结果数据通过以数据交换机上传到牵引回流检测系统工控计算机.计算机将牵引回流信息结合综合数据进行综合运算完成牵引回流、牵引回流不平衡率、牵引回流谐波等指标的显示、分析、存储和统计.
4应答器检测系统
应答器检测系统由车载应答器读取设备（BTM主机）、应答器数据天线（BTM-D）、应答器信号接收天线（BTM-T）、应答器接收处理机、高速数据采集处理卡、工业计算机等构成.实现在车载BTM-D天线通过地面应答器有效范围的瞬间向地面应答器发送能量信号,地面应答器收到能量信号并被激活,对外发送由报文信息调制的FSK射频调制信号.BTM-T天线接收FSK射频调制信号,并由应答器接收处理机对该信号进行处理.
在对应答器检测的过程中应答器被能量信号激活后发出的FSK射频调制信号由应答器信号接收天线接收,该信号通过电缆进入应答器检测处理机,经过谐振放大器进行放大形成具有一定幅度的应答器信号.然后信号被分成两路,其中一路经过自动增益放大形成稳定的FSK调制信号,再经过FSK解调电路解调出原始调制信息数据,解调完成的数据信息由处理器进行一系列软件解码处理.最终获得应答器报文、报文误码率、有效接收报文数量等信息.
另一路信号经线性放大器放大,电平变换电路调整,得到一个反映应答器发射信号强度的模拟信号.该模拟信号由高速数据采集卡进行采集,工控计算机对采集卡获得的数据进行计算处理,解析出信号的上边频、下边频、幅度等信息.
应答器信号上边频、下边频、信号强度、以及报文、报文误码率、有效接收报文数量等信息上传到信号检测系统,检测系统显示界面对应答器报文链接关系进图示分析,并将应答器检测的各项数据结合综合信息进行显示、存储、分析、统计.
5结论
本论文对电气化铁路的整体结构和检测参数进行了简单的介绍,研究了电气化铁路综合动态检测系统,同时研究了综合动态检测系统组成,包括轨道电路检测系统、牵引回流检测系统、数据采集系统、应答器检测系统,为电气化铁路系统施工、设备安装、验收及竣工后的维护、检修等各个环节提供了有效的数据支持,也为逐步改进电气化铁路设计标准及施工、检修工艺提供了有力的参考依据.