一种无绝缘移频轨道电路及其绝缘节的制作方法

1.本发明涉及轨道电路技术领域，特别涉及一种无绝缘移频轨道电路及其绝缘节。


背景技术：

2.无绝缘轨道电路中的绝缘节可用于实现相邻轨道电路中电气隔离，保证本区段的信号顺利传输，同时保证牵引回流保持平衡，因此其是无绝缘轨道电路中十分重要的组成部分。
3.zpw-2000a轨道电路系统在国内铁路信号领域应用极为广泛，其功能主要是实现对钢轨区段占用空闲状态进行检查，有效维护铁路运营稳定安全及可靠性。作为当前先进的自动闭塞系统之一，zpw-2000a轨道电路系统主要是通过电气绝缘节的方式实现相邻区段间轨道电路信号的电气隔离，因此电气绝缘节在该系统中具有关键性作用。zpw-2000a轨道电路系统中现役电气绝缘节结构示意图如图1所示。对于端口1处，电容c1与电感l1组成二元件对区段b信号f2形成串联谐振，阻抗约为零，形成短路效果，可阻止其向区段a进行传输，同时该电路对区段a信号f1呈现容性，并与l长钢轨及空心线圈sva形成的电感出现并联谐振，呈现高阻抗，有助于提高端口1处电压；另一侧端口2处，c2、c3及l2形成三元件结构，其中c2及l2对区段a处信号f1形成串联谐振，阻抗约为零，可有效阻止该信号向区段b传输，同时该三元件结构对区段b信号f2呈现容性，与l长钢轨及空心线圈sva形成的电感出现并联谐振，呈现高阻抗，有助于提高端口2处电压。由上述可见，空心线圈sva在绝缘节结构中作用显著，除此之外sva对牵引电流呈现低阻，有助于平衡两轨之间的牵引电流平衡。一般而言，绝缘节长度l约为29m。
4.经过长期应用发现，这种绝缘节由于结构上的设计缺陷导致存在分区死区，即当列车行至该绝缘节内部时，不能实现有效的分路检查，此时轨道电路系统判断钢轨为空闲状态，这种分路死区可能导致故障升级，应尽力避免之。事实上，目前对分路死区尚无较好的解决方法。另外，由于对列车运行提速的要求，或重载线路中会存在较大的牵引电流，当钢轨中一旦出现较大牵引电流不平衡的情况，会有较大电流通过空心线圈sva，一方面，虽然sva对牵引电流呈现低阻，当仍会有一定阻值导致sva两端出现较大压差，这时牵引电流会串入轨道电路系统中对轨道电路系统形成干扰；另一方面，较大牵引电流流经sva时对空心线圈的耐受性提出更高要求，加速空心线圈的损伤，最终导致失效。综上，有必要提出新的绝缘节结构设计，彻底解决当前绝缘节存在的设计缺陷，消除由绝缘节导致的轨道电路系统安全隐患。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明提供了一种无绝缘移频轨道电路用绝缘节，能够在保证无绝缘轨道电路相邻区段隔离不同频率信号功能的基础上，可进一步优化牵引回流保持平衡功能；而且本方案还具有结构简单，效果显著和便于推广等特点。
6.本发明还提供了一种应用上述无绝缘移频轨道电路用绝缘节的无绝缘移频轨道
电路。
7.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
8.一种无绝缘移频轨道电路用绝缘节，包括：谐振单元、第一牵引平衡单元和第二牵引平衡单元；
9.所述第一牵引平衡单元、所述谐振单元与所述第二牵引平衡单元依次并联在相邻两个区段之间的轨道电路，所述第一牵引平衡单元包括：串联的第一电感器和第二电容器，所述第二牵引平衡单元包括：串联的第四电感器和第三电容器。
10.优选地，所述谐振单元包括：第一谐振单元和第二谐振单元；
11.所述第一牵引平衡单元与所述第一谐振单元、所述第二谐振单元与所述第二牵引平衡单元依次并联在相邻两个所述区段之间的轨道电路。
12.优选地，所述第一谐振单元包括：串联的第四电容器和第二电感器。
13.优选地，所述第二谐振单元包括：串联的第五电容器和第三电感器。
14.优选地，还包括：第三牵引平衡单元和第四牵引平衡单元；
15.所述第三牵引平衡单元、所述第一牵引平衡单元、所述第一谐振单元、所述第二谐振单元、所述第二牵引平衡单元与所述第四牵引平衡单元依次并联在相邻两个区段之间的轨道电路；所述第三牵引平衡单元包括：第一电容器，所述第四牵引平衡单元包括：第二电容器。
16.优选地，所述第三牵引平衡单元与所述第二谐振单元或所述第二牵引平衡单元的间距为第一预设间距l1；
17.所述第四牵引平衡单元与所述第一牵引平衡单元或所述第一谐振单元的间距为第二预设间距l2；
18.所述第一牵引平衡单元与所述第二谐振单元的间距为第三预设间距l3，或所述第一谐振单元与所述第二牵引平衡单元的间距为第三预设间距l3。
19.优选地，所述第一预设间距l1为10～20m。
20.优选地，所述第二预设间距l2为10～20m。
21.优选地，所述第三预设间距l3为5～10m。
22.一种无绝缘移频轨道电路，包括：绝缘节，所述绝缘节为如上所述的无绝缘移频轨道电路用绝缘节。
23.从上述的技术方案可以看出，本发明提供的无绝缘移频轨道电路用绝缘节中，通过谐振单元以防止相邻区段轨道电路移频信号越区传输，再通过两个牵引平衡单元采用串联谐振的方式保证该轨道电路牵引回流平衡，如此一来，本方案相较于现有技术，其可进一步优化牵引回流保持平衡功能；而且本方案还具有结构简单，效果显著和便于推广等特点。
24.本发明还提供了一种无绝缘移频轨道电路，由于采用了上述的无绝缘移频轨道电路用绝缘节，因此其也就具有相应的有益效果，具体可以参照前面说明，在此不再赘述。
附图说明
25.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以
根据这些附图获得其他的附图。
26.图1为现有技术的zpw-2000a轨道电路系统中电气绝缘节的结构示意图；
27.图2为本发明实施例提供的无绝缘移频轨道电路用绝缘节的调谐区示意图。
28.其中，10为第一牵引平衡单元，20为第二牵引平衡单元，30为第一谐振单元，40为第二谐振单元，50为第三牵引平衡单元，60为第四牵引平衡单元，70为第一端口，80为第二端口；
29.l1为第一电感器，l2为第二电感器，l3为第三电感器，l4为第四电感器，c1为第一电容器，c2为第二电容器，c3为第三电容器，c4为第四电容器，c5为第五电容器，c6为第六电容器。
具体实施方式
30.本专利旨在提出一种无绝缘移频轨道电路用绝缘节，该绝缘节可有效防止轨道电路信号越区传输，并对现役调谐区存在的分路死区问题进行改善。同时，该结构采用串联谐振方式进行牵引电流传输，可降低牵引电流的传输阻抗，有效强化轨间牵引电流的平衡度。对牵引电流传输采用双通道并联方式，这种冗余结构设计在进一步降低牵引电流传输阻抗的同时，可提高牵引电流传输的安全性及可靠性。
31.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
32.本发明实施例提供的无绝缘移频轨道电路用绝缘节，如图2所示，包括：谐振单元、第一牵引平衡单元10和第二牵引平衡单元20；
33.第一牵引平衡单元10、谐振单元与第二牵引平衡单元20依次并联在相邻两个区段之间的轨道电路，第一牵引平衡单元10包括：串联的第一电感器l1和第二电容器c2，第二牵引平衡单元20包括：串联的第四电感器l4和第三电容器c3。
34.在本方案中，需要说明的是，通过谐振单元以防止相邻区段不同频率轨道电路信号的越区传输；此外，第一牵引平衡单元10和第二牵引平衡单元20如此设计，以使得其对牵引回流信号为串联谐振，阻抗为0，用以平衡两钢轨间牵引电流，即为本方案中的两个牵引平衡单元采用串联谐振的方式保证牵引回流平衡，相较于现有技术起到进一步优化的作用。
35.从上述的技术方案可以看出，本发明实施例提供的无绝缘移频轨道电路用绝缘节中，通过谐振单元以防止相邻区段轨道电路移频信号越区传输，再通过两个牵引平衡单元采用串联谐振的方式保证该轨道电路牵引回流平衡，如此一来，本方案相较于现有技术，其可进一步优化牵引回流保持平衡功能；而且本方案还具有结构简单，效果显著和便于推广等特点。
36.在本方案中，如图2所示，谐振单元包括：第一谐振单元30和第二谐振单元40；
37.第一牵引平衡单元10与第一谐振单元30、第二谐振单元40与第二牵引平衡单元20依次并联在相邻两个区段之间的轨道电路。其中，第一谐振单元30用于防止其远端区段(如图2中的区段b)的信号越区传输到其近端区段(如图2中的区段a)；第二谐振单元40用于防
止其远端区段(如图2中的区段a)的信号越区传输到其近端区段(如图2中的区段b)。即为本方案在该轨道电路中设置两个谐振单元，以便于防止相邻两个区段不同频率轨道电路信号相互越区传输。
38.具体地，如图2所示，第一谐振单元30包括：串联的第四电容器c4和第二电感器l2。本方案中的第一谐振单元30如此设计，以便于对其远端区段的信号(如图2中的区段b的信号f2)形成串联谐振，且阻抗为0，从而以防止该信号越区传输到其近端区段(如图2中的区段a)中。
39.进一步地，如图2所示，第二谐振单元40包括：串联的第五电容器c5和第三电感器l3。同理地，本方案中的第二谐振单元40如此设计，以便于对其远端的区段的信号(如图2中的区段a的信号f1)形成串联谐振，且阻抗为0，从而以防止该信号越区传输到其近端的区段(如图2中的区段b)中。
40.再进一步地，如图2所示，本发明实施例提供的无绝缘移频轨道电路用绝缘节还包括：第三牵引平衡单元50和第四牵引平衡单元60；
41.第三牵引平衡单元50、第一牵引平衡单元10、第一谐振单元30、第二谐振单元40、第二牵引平衡单元20与第四牵引平衡单元60依次并联在相邻两个区段之间的轨道电路；第三牵引平衡单元50包括：第一电容器c1，第四牵引平衡单元60包括：第二电容器c2。在本方案中，通过在原有绝缘节结构的两侧新增了第三牵引平衡单元50和第四牵引平衡单元60，以便于可再进一步优化牵引回流保持平衡功能；而且本方案中绝缘节的谐振单元和牵引平衡单元如此排布，以便于在该轨道电路中形成两侧平衡牵引回流，中间隔离信号的效果。也就是说，如图2所示，本方案中的绝缘节的牵引平衡单元分布在两侧(每侧有两组)，谐振单元分布在中间，本方案如此设计，能够有助于避免调谐区分路检查，同时避免相邻区段信号干扰。
42.具体地，为了满足本区段电压幅值增强，同时防止邻段信号干扰，相应地，如图2所示，第三牵引平衡单元50与第二谐振单元40或第二牵引平衡单元20的间距为第一预设间距l1；第四牵引平衡单元60与第一牵引平衡单元10或第一谐振单元30的间距为第二预设间距l2；第一牵引平衡单元10与第二谐振单元40的间距为第三预设间距l3，或第一谐振单元30与第二牵引平衡单元20的间距为第三预设间距l3。
43.此外，在本方案中，第一牵引平衡单元10对其近端区段的信号(如图2中的区段a的信号f1)呈感性，相当于一个电感器，该电感器与l1长钢轨及第三牵引平衡单元的第一电容器c1形成并联谐振，用以保证其近端区段的信号在该区段有效传输；另外，第二牵引平衡单元20对其近端区段的信号(如图2中的区段b的信号f2)呈感性，相当于一个电感器，该电感器与l2长钢轨及第四牵引平衡单元60的第二电容器c2形成并联谐振，用以保证其近端区段的信号在该区段有效传输。
44.进一步地，第一预设间距l1可依据钢轨参数计算得到。为了更好地使得本区段信号电压增强，同时避免邻段信号干扰，相应地，第一预设间距l1为10～20m，作为优选，第一预设间距l1为13m。
45.再进一步地，第二预设间距l2可依据钢轨参数计算得到。同样地，为了更好地使得本区段信号电压增强，同时避免邻段信号干扰，相应地，第二预设间距l2为10～20m，作为优选，第二预设间距l2为13m。
46.在本方案中，为了有利于两钢轨间工频牵引电流平衡，同时有助于提高谐振阻抗的品质因数，相应地，第三预设间距l3为5～10m。
47.本发明实施例还提供了一种无绝缘移频轨道电路，包括：绝缘节，所述绝缘节为如上所述的无绝缘移频轨道电路用绝缘节。由于本方案采用了上述的无绝缘移频轨道电路用绝缘节，因此其也就具有相应的有益效果，具体可以参照前面说明，在此不再赘述。
48.下面再结合具体实施例对本方案作进一步介绍：
49.本发明的目的：
50.本方案基于目前轨道电路中对绝缘节的需求，提出一种新的绝缘节，该绝缘节可防止相邻区段轨道电路移频信号越区传输，同时可满足平衡两轨间牵引电流的要求，且该绝缘节结构简单、效果显著。
51.本发明技术方案的详细阐述：
52.基于对现役轨道电路绝缘节结构进行分析的基础上，提出本专利技术方案。本专利设计可保证基本的绝缘节功能，即防止不同区段间信号越区传输，又可在一定程度上克服分路死区的问题。同时对牵引电流的平衡问题也包含在本专利涉及绝缘节结构之中。本发明设计的绝缘节用于隔离相邻区段不同频率轨道电路信号，如图2中所示的区段a和区段b的f1和f2，具体介绍如下：
53.(1)该绝缘节包括由电容器c1组成的第一单元(即为第三牵引平衡单元50)、电感器l1及电容器c1串联组成的第二单元(即为第一牵引平衡单元10)、电容器c4及电感器l2串联组成的第三单元(即为第一谐振单元30)、电容器c5及电感器l3串联组成的第四单元(即为第二谐振单元40)、电感器l4及电容器c3串联组成的第五单元(即为第二牵引平衡单元20)、电容器c2组成的第六单元(即为第四牵引平衡单元60)；
54.其中，第二单元及第三单元并联，第四单元及第五单元并联。第一单元与第四单元(第五单元)间距为l1；第六单元与第二单元(第三单元)间距为l2；第二单元(第三单元)与第四单元(第五单元)间距l3；
55.(2)第三单元对区段b信号f2形成串联谐振，阻抗为0，以防止该信号越区传输到区段a；第四单元对区段a信号f1形成串联谐振，阻抗为0，以防止该信号越区传输到区段b；第二单元及第五单元对牵引回流信号为串联谐振，阻抗为0，用以平衡两钢轨间牵引电流；
56.(3)第二单元及第三单元共同对于区段a信号呈感性，相当于一个电感器，该电感器与l1长钢轨及第一单元电容器c1形成并联谐振，用以保证区段a信号在该区段有效传输；第四单元及第五单元共同对于区段b信号呈感性，相当于一个电感器，该电感器与l2长钢轨及第六单元电容器c2形成并联谐振，用以保证区段b信号在该区段有效传输；
57.(4)第一端口70及第二端口80用于连接现有轨道电路中发送侧或者接收侧组成单元。
58.本发明的优点：
59.1.通过第三单元及第四单元分别对区段b及区段a信号形成串联谐振，阻抗约为零，形成短路可有效阻止相邻区段信号进行越区传输，保证了最基本的绝缘节功能；
60.2.第二单元及第三单元共同对于区段a信号呈感性，相当于一个电感器，该电感器与l1长钢轨及第一单元电容器c1形成并联谐振，用以保证区段a信号在该区段有效传输；第四单元及第五单元共同对于区段b信号呈感性，相当于一个电感器，该电感器与l2长钢轨及
第六单元电容器c2形成并联谐振，用以保证区段b信号在该区段有效传输；
61.3.由本专利技术方案分析可知，钢轨l3部分为区段a及区段b信号重叠区域，而该区域长度设计较现役绝缘节长度大大缩短，因此可有效避免列车经过该区段时的分路死区问题；
62.4.本专利中第二单元及第五单元分别对牵引回流为串联谐振，阻抗约为零，相较于单纯空心线圈而言，更能有效降低牵引电流传输通道阻抗，强化轨间牵引电流平衡，同时采用双通道并联结构设计，进一步降低轨间牵引电流传输通道阻抗。另外该结构对牵引电流而言，为双通道冗余设计，当一路通道故障失效时，另一路通道仍能继续发挥作用，提高了系统安全性及可靠性。
63.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
64.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

技术特征：
1.一种无绝缘移频轨道电路用绝缘节，其特征在于，包括：谐振单元、第一牵引平衡单元(10)和第二牵引平衡单元(20)；所述第一牵引平衡单元(10)、所述谐振单元与所述第二牵引平衡单元(20)依次并联在相邻两个区段之间的轨道电路，所述第一牵引平衡单元(10)包括：串联的第一电感器(l1)和第二电容器(c2)，所述第二牵引平衡单元(20)包括：串联的第四电感器(l4)和第三电容器(c3)。2.根据权利要求1所述的无绝缘移频轨道电路用绝缘节，其特征在于，所述谐振单元包括：第一谐振单元(30)和第二谐振单元(40)；所述第一牵引平衡单元(10)与所述第一谐振单元(30)、所述第二谐振单元(40)与所述第二牵引平衡单元(20)依次并联在相邻两个所述区段之间的轨道电路。3.根据权利要求2所述的无绝缘移频轨道电路用绝缘节，其特征在于，所述第一谐振单元(30)包括：串联的第四电容器(c4)和第二电感器(l2)。4.根据权利要求2所述的无绝缘移频轨道电路用绝缘节，其特征在于，所述第二谐振单元(40)包括：串联的第五电容器(c5)和第三电感器(l3)。5.根据权利要求2所述的无绝缘移频轨道电路用绝缘节，其特征在于，还包括：第三牵引平衡单元(50)和第四牵引平衡单元(60)；所述第三牵引平衡单元(50)、所述第一牵引平衡单元(10)、所述第一谐振单元(30)、所述第二谐振单元(40)、所述第二牵引平衡单元(20)与所述第四牵引平衡单元(60)依次并联在相邻两个区段之间的轨道电路；所述第三牵引平衡单元(50)包括：第一电容器(c1)，所述第四牵引平衡单元(60)包括：第二电容器(c2)。6.根据权利要求5所述的无绝缘移频轨道电路用绝缘节，其特征在于，所述第三牵引平衡单元(50)与所述第二谐振单元(40)或所述第二牵引平衡单元(20)的间距为第一预设间距l1；所述第四牵引平衡单元(60)与所述第一牵引平衡单元(10)或所述第一谐振单元(30)的间距为第二预设间距l2；所述第一牵引平衡单元(10)与所述第二谐振单元(40)的间距为第三预设间距l3，或所述第一谐振单元(30)与所述第二牵引平衡单元(20)的间距为第三预设间距l3。7.根据权利要求6所述的无绝缘移频轨道电路用绝缘节，其特征在于，所述第一预设间距l1为10～20m。8.根据权利要求6所述的无绝缘移频轨道电路用绝缘节，其特征在于，所述第二预设间距l2为10～20m。9.根据权利要求6所述的无绝缘移频轨道电路用绝缘节，其特征在于，所述第三预设间距l3为5～10m。10.一种无绝缘移频轨道电路，包括：绝缘节，其特征在于，所述绝缘节为如权利要求1-9任意一项所述的无绝缘移频轨道电路用绝缘节。

技术总结
本发明公开了一种无绝缘移频轨道电路及其绝缘节，其中，该绝缘节包括：谐振单元、第一牵引平衡单元和第二牵引平衡单元；第一牵引平衡单元、谐振单元与第二牵引平衡单元依次并联在相邻两个区段之间的轨道电路，第一牵引平衡单元包括：串联的第一电感器和第二电容器，第二牵引平衡单元包括：串联的第四电感器和第三电容器。在本方案中，通过谐振单元以防止相邻区段轨道电路移频信号越区传输，再通过两个牵引平衡单元采用串联谐振的方式保证该轨道电路牵引回流平衡，如此一来，本方案相较于现有技术，其可进一步优化牵引回流保持平衡功能；而且本方案还具有结构简单，效果显著和便于推广等特点。广等特点。广等特点。


技术研发人员：温术来 卢江 翟一霖 张明妨 张磊
受保护的技术使用者：北京铁路信号有限公司
技术研发日：2021.12.24
技术公布日：2023/6/28