挖掘鐵路數(shù)字信號(hào)電纜潛力

    按照鐵道部《中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》，從2005年到2020年，鐵道部將投入兩萬億資金進(jìn)行鐵路建設(shè)，平均每年投資在1000億元以上。從2004年起，鐵路固定資產(chǎn)投資開始增加，按照中長期規(guī)劃，從2006年開始到2010年，估計(jì)每年都有1600億元左右的鐵路固定資產(chǎn)投資。至2020年，全國鐵路營業(yè)里程由2004年7.2萬公里達(dá)到10萬公里，新增2.8萬公里，對(duì)現(xiàn)有鐵路進(jìn)行電氣化改造3.5萬公里。

    因此，在今后較長一段時(shí)間內(nèi)，鐵路等軌道交通業(yè)的大力發(fā)展，將拉動(dòng)行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈飛速發(fā)展，給行業(yè)帶來前所未有的發(fā)展機(jī)遇和新一輪投資熱。對(duì)應(yīng)用于軌道交通領(lǐng)域的鐵路數(shù)字信號(hào)電纜及其系列產(chǎn)品來說，在迎來前所未有的發(fā)展機(jī)遇的同時(shí)，由于原生產(chǎn)企業(yè)的擴(kuò)能、眾多具有實(shí)力的線纜制造企業(yè)的投資介入，使原本產(chǎn)值規(guī)模較小的信號(hào)電纜行業(yè)引發(fā)激烈的競(jìng)爭(zhēng)，加之產(chǎn)品的市場(chǎng)準(zhǔn)入難度很大，將會(huì)面臨新的挑戰(zhàn)和一定的投資風(fēng)險(xiǎn)。

功能及應(yīng)用領(lǐng)域

1.產(chǎn)品的功能

    鐵路數(shù)字信號(hào)電纜具有傳輸模擬信號(hào)（1MHz）、數(shù)字信號(hào)（2Mbit/s）、額定電壓交流750V或直流1100V及以下系統(tǒng)控制信息及電能的傳輸功能。適用于鐵路信號(hào)自動(dòng)閉塞系統(tǒng)、計(jì)軸、車站電碼化、計(jì)算機(jī)連鎖、微機(jī)監(jiān)測(cè)、調(diào)度集中、調(diào)度監(jiān)督、大功率電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)等有關(guān)信號(hào)設(shè)備和控制裝置之間傳輸控制信息、監(jiān)測(cè)信息和電能。

2.產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域

    目前在中國鐵路投入運(yùn)營的自動(dòng)閉塞系統(tǒng)有：交流計(jì)數(shù)自動(dòng)閉塞系統(tǒng)、4信息移頻自動(dòng)閉塞系統(tǒng)、18信息移頻自動(dòng)閉塞系統(tǒng)、法國UM71自動(dòng)閉塞系統(tǒng)、ZPW-2000系列（ZPW-2000、ZPW-2000A）無絕緣移頻自動(dòng)閉塞系統(tǒng)等8種以上的自閉系統(tǒng)。

    現(xiàn)新建鐵路，電氣化改造線路均使用ZPW-2000A自動(dòng)閉塞系統(tǒng)，其配套的電纜為內(nèi)屏蔽鐵路數(shù)字信號(hào)電纜（TB/T3100.5-2004），是目前技術(shù)含量高、市場(chǎng)用量最大的尖端產(chǎn)品，行業(yè)年產(chǎn)值規(guī)模為15～20億；其它信號(hào)制式的信號(hào)電纜用量較小，且呈逐步淘汰趨勢(shì)，主要用于既有線路的維修、局部改造或自備線、支線等信號(hào)設(shè)備比較落后的線路，年行業(yè)產(chǎn)值規(guī)模據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)不足10億。

    ZPW-2000A型無絕緣移頻自動(dòng)閉塞系統(tǒng)是在引進(jìn)法國UM71無絕緣軌道電路技術(shù)國產(chǎn)化基礎(chǔ)上，結(jié)合我國國情進(jìn)行提高系統(tǒng)安全性、系統(tǒng)傳輸性能及系統(tǒng)可靠性的技術(shù)再開發(fā)，是鐵路運(yùn)輸重載、安全、高速以及向機(jī)車信號(hào)主體化方向發(fā)展的地面基礎(chǔ)設(shè)備。其主要特點(diǎn)是：實(shí)現(xiàn)軌道電路全程斷軌的檢查，大幅度減少了調(diào)諧區(qū)分路死區(qū)長度，對(duì)調(diào)諧單元斷線故障和拍頻信號(hào)干擾實(shí)現(xiàn)了檢查和防護(hù)，提高了系統(tǒng)的抗干擾水平，實(shí)現(xiàn)了技術(shù)上的重大突破，在傳輸安全性上有了質(zhì)的提高。并有效地提高了電氣絕緣節(jié)軌道電路傳輸長度，使軌道電路傳輸長度從900米提高到1500米。

    該系統(tǒng)2002年5月通過了鐵道部組織的技術(shù)簽定，被認(rèn)定為鐵路信號(hào)系統(tǒng)的唯一制式。該系統(tǒng)用國產(chǎn)內(nèi)屏蔽鐵路數(shù)字信號(hào)電纜（SPTP型）取代原法國ZCO3型電纜，突破信號(hào)傳輸“同頻不同纜”的限制，實(shí)現(xiàn)一根電纜內(nèi)的不同屏蔽組中可同時(shí)傳輸同頻率的移頻信息，而且當(dāng)線芯接地故障狀態(tài)下屏蔽組間串音干擾與分纜的兩根數(shù)字信號(hào)電纜（SPT型）等效，即達(dá)到了同頻同纜與同頻分纜具有同樣的傳輸性能和安全可靠性。減小了銅導(dǎo)體線徑，減少備用線組，加大傳輸距離，使系統(tǒng)性價(jià)比大幅度提高，顯著降低工程造價(jià)，方便施工及后續(xù)維護(hù)。

主要特性

    內(nèi)屏蔽鐵路數(shù)字信號(hào)電纜在滿足原有鐵路信號(hào)電纜指標(biāo)的基礎(chǔ)上，提高了電纜的綜合電氣性能：交流額定電壓提高了1.5倍，電容指標(biāo)降低了40%，絕緣電阻指標(biāo)提高了2.3倍，同時(shí)改善了阻抗、衰減、串音等性能。

    電纜提高了線組間的抗干擾能力，實(shí)現(xiàn)了同頻同纜傳輸，而且當(dāng)線芯接地故障狀態(tài)下屏蔽組間串音干擾與分纜的兩根信號(hào)電纜等效，有效地提高了系統(tǒng)的安全性。 

    電纜有較高的機(jī)械強(qiáng)度，良好的防腐蝕、耐寒性能、高屏蔽性能，可滿足電氣化鐵路對(duì)強(qiáng)電場(chǎng)干擾、潮濕、嚴(yán)寒等各種環(huán)境的要求以及現(xiàn)有信號(hào)系統(tǒng)最新制式、最新裝備的配套要求；同時(shí)電纜兼容其它制式的信號(hào)系統(tǒng)設(shè)備。另外，電纜可根據(jù)使用環(huán)境要求，具有阻燃、防白蟻的附加功能。

結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

1.絕緣單線

    絕緣單線的絕緣層為皮-泡-皮結(jié)構(gòu)，共有紅、綠、白、藍(lán)四種色譜，采用目前國際上先進(jìn)的三層共擠串聯(lián)線制造，即導(dǎo)體拉制與皮-泡-皮結(jié)構(gòu)的絕緣層擠制一次完成，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品結(jié)構(gòu)尺寸與性能指標(biāo)的在線檢測(cè)與控制的精確制造，其主要優(yōu)點(diǎn)是：

    a.內(nèi)皮絕緣層能與導(dǎo)體良好的粘接在一起，保證絕緣層的防潮性和粘接牢固性；發(fā)泡絕緣層為氮?dú)馕锢戆l(fā)泡，與傳統(tǒng)的化學(xué)發(fā)泡相比泡孔小而密且互不聯(lián)通，因而具有很高的發(fā)泡度（60%左右），絕緣層的發(fā)泡意味著四線組工作電容下降，線路傳輸衰減常數(shù)降低。

    b.外皮層使用高密度絕緣料，有良好的耐磨性和機(jī)械強(qiáng)度，耐環(huán)境老化性能是普通聚乙烯料的10倍以上，從根本上解決了普通鐵路信號(hào)電纜中存在的絕緣層老化龜裂問題。

    c.由于單線顏色母料僅存在于外皮層，絕緣電阻和耐電壓擊穿強(qiáng)度明顯提高，是普通鐵路信號(hào)電纜的3倍以上。由于單線生產(chǎn)過程實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)在線檢測(cè)與控制，單線結(jié)構(gòu)尺寸的一致性好，工作線對(duì)的直流電阻差降低了50%。

    d.絕緣單線制造精度高，有效地提高了產(chǎn)品的電氣性能指標(biāo)。

2.四線組絞合

    四線組采用先進(jìn)的高速星絞機(jī)生產(chǎn)，每根單線均為主動(dòng)恒張力放線，特有的絞合預(yù)扭裝置、開線器等針對(duì)產(chǎn)品性能指標(biāo)的獨(dú)特設(shè)計(jì)，預(yù)扭裝置能有效地降低因絕緣偏心造成的電容耦合系數(shù)，使電容耦合系數(shù)達(dá)到最小值；精確的扎紗張力即要保證四線組結(jié)構(gòu)的對(duì)稱穩(wěn)定性，又不能使皮-泡-皮結(jié)構(gòu)絕緣層變形和損傷；四線組絞合的節(jié)距精度、線序、外徑控制等均是本工序的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是影響產(chǎn)品性能指標(biāo)的關(guān)鍵因素。

3.四線組單元屏蔽

    內(nèi)屏蔽電纜中四線組單元用銅帶縱包實(shí)現(xiàn)電磁屏蔽的目的，并沿銅帶表面加添了一根銅導(dǎo)線作為排流線，以確保屏蔽層在電纜敷設(shè)施工和長期使用中具有穩(wěn)定可靠的屏蔽性能。

4.成纜

    為了改善電纜的串音指標(biāo)，在成纜工序中合理設(shè)計(jì)、匹配絞合節(jié)距，并實(shí)現(xiàn)完全退扭絞合，降低了線間直接系統(tǒng)性耦合，達(dá)到減小串音的目的。

多達(dá)四種的不同結(jié)構(gòu)、不同尺寸的成纜單元，在絞制過程中如何保證纜芯的圓整、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、緊湊是成纜工序的關(guān)鍵，同時(shí)必須保證纜芯的線序與組序完全正確。

5.電纜鋁護(hù)套

    電纜鋁護(hù)套為采用氬弧焊技術(shù)進(jìn)行鋁帶縱包形成鋁護(hù)套。為了防止鋁護(hù)套在使用過程中的電化反應(yīng)，生產(chǎn)過程中對(duì)鋁護(hù)套表面進(jìn)行涂覆。

    鋁護(hù)套電纜為干線使用電纜，用量最大，因而鋁護(hù)套工序的產(chǎn)能和質(zhì)量也是該產(chǎn)品制造過程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。用氬弧焊技術(shù)生產(chǎn)的電纜鋁護(hù)套，焊接質(zhì)量穩(wěn)定可靠，可完全經(jīng)得起按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的彎曲試驗(yàn)、擴(kuò)口試驗(yàn)和氣密性試驗(yàn)。

性能指標(biāo)

    與普通鐵路信號(hào)電纜相比，鐵路數(shù)字信號(hào)電纜通過結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和工藝措施，工作電容由50nF/km降低到29nF/km，電容耦合K1平均值由 141pF/km降低到81pF/km，同時(shí)增加了阻抗、衰減、串音等二次傳輸性能指標(biāo)。雖然產(chǎn)品質(zhì)量具有很大的優(yōu)勢(shì)并在技術(shù)方面有所突破，但根據(jù)實(shí)際檢測(cè)與現(xiàn)場(chǎng)使用情況，產(chǎn)品在以下性能指標(biāo)方面還需更進(jìn)一步改進(jìn)完善。首先，產(chǎn)品使用過程中出現(xiàn)的導(dǎo)體混線、斷線與氧化；其次，絕緣層的抗張強(qiáng)度、斷裂伸長率、抗壓縮性能的改進(jìn)提高；最后，現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)中部分二次參數(shù)的范圍設(shè)定并不理想，相關(guān)聯(lián)二次參數(shù)及各頻率點(diǎn)指標(biāo)很難匹配到理想中值。

    特別是絕緣強(qiáng)度，是目前用戶（鐵道部各工程單位）、產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)中心與生產(chǎn)廠家之間存在分歧并非常關(guān)注的問題，這不僅是線纜制造企業(yè)面臨的一個(gè)新的技術(shù)難題，同時(shí)會(huì)因絕緣強(qiáng)度的改進(jìn)造成產(chǎn)品結(jié)構(gòu)尺寸、性能指標(biāo)與現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)出現(xiàn)較大的偏差。