挖掘铁路数字信号电缆潜力

挖掘铁路数字信号电缆潜力

    按照铁道部《中长期铁路网规划》，从2005年到2020年，铁道部将投入两万亿资金进行铁路建设，平均每年投资在1000亿元以上。从2004年起，铁路固定资产投资开始增加，按照中长期规划，从2006年开始到2010年，估计每年都有1600亿元左右的铁路固定资产投资。至2020年，全国铁路营业里程由2004年7.2万公里达到10万公里，新增2.8万公里，对现有铁路进行电气化改造3.5万公里。

    因此，在今后较长一段时间内，铁路等轨道交通业的大力发展，将拉动行业产业链飞速发展，给行业带来前所未有的发展机遇和新一轮投资热。对应用于轨道交通领域的铁路数字信号电缆及其系列产品来说，在迎来前所未有的发展机遇的同时，由于原生产企业的扩能、众多具有实力的线缆制造企业的投资介入，使原本产值规模较小的信号电缆行业引发激烈的竞争，加之产品的市场准入难度很大，将会面临新的挑战和一定的投资风险。

功能及应用领域

1.产品的功能

    铁路数字信号电缆具有传输模拟信号（1MHz）、数字信号（2Mbit/s）、额定电压交流750V或直流1100V及以下系统控制信息及电能的传输功能。适用于铁路信号自动闭塞系统、计轴、车站电码化、计算机连锁、微机监测、调度集中、调度监督、大功率电动转辙机等有关信号设备和控制装置之间传输控制信息、监测信息和电能。

2.产品的应用领域

    目前在中国铁路投入运营的自动闭塞系统有：交流计数自动闭塞系统、4信息移频自动闭塞系统、18信息移频自动闭塞系统、法国UM71自动闭塞系统、ZPW-2000系列（ZPW-2000、ZPW-2000A）无绝缘移频自动闭塞系统等8种以上的自闭系统。

    现新建铁路，电气化改造线路均使用ZPW-2000A自动闭塞系统，其配套的电缆为内屏蔽铁路数字信号电缆（TB/T3100.5-2004），是目前技术含量高、市场用量最大的尖端产品，行业年产值规模为15～20亿；其它信号制式的信号电缆用量较小，且呈逐步淘汰趋势，主要用于既有线路的维修、局部改造或自备线、支线等信号设备比较落后的线路，年行业产值规模据不完全统计不足10亿。

    ZPW-2000A型无绝缘移频自动闭塞系统是在引进法国UM71无绝缘轨道电路技术国产化基础上，结合我国国情进行提高系统安全性、系统传输性能及系统可靠性的技术再开发，是铁路运输重载、安全、高速以及向机车信号主体化方向发展的地面基础设备。其主要特点是：实现轨道电路全程断轨的检查，大幅度减少了调谐区分路死区长度，对调谐单元断线故障和拍频信号干扰实现了检查和防护，提高了系统的抗干扰水平，实现了技术上的重大突破，在传输安全性上有了质的提高。并有效地提高了电气绝缘节轨道电路传输长度，使轨道电路传输长度从900米提高到1500米。

    该系统2002年5月通过了铁道部组织的技术签定，被认定为铁路信号系统的唯一制式。该系统用国产内屏蔽铁路数字信号电缆（SPTP型）取代原法国ZCO3型电缆，突破信号传输“同频不同缆”的限制，实现一根电缆内的不同屏蔽组中可同时传输同频率的移频信息，而且当线芯接地故障状态下屏蔽组间串音干扰与分缆的两根数字信号电缆（SPT型）等效，即达到了同频同缆与同频分缆具有同样的传输性能和安全可靠性。减小了铜导体线径，减少备用线组，加大传输距离，使系统性价比大幅度提高，显著降低工程造价，方便施工及后续维护。

主要特性

    内屏蔽铁路数字信号电缆在满足原有铁路信号电缆指标的基础上，提高了电缆的综合电气性能：交流额定电压提高了1.5倍，电容指标降低了40%，绝缘电阻指标提高了2.3倍，同时改善了阻抗、衰减、串音等性能。

    电缆提高了线组间的抗干扰能力，实现了同频同缆传输，而且当线芯接地故障状态下屏蔽组间串音干扰与分缆的两根信号电缆等效，有效地提高了系统的安全性。 

    电缆有较高的机械强度，良好的防腐蚀、耐寒性能、高屏蔽性能，可满足电气化铁路对强电场干扰、潮湿、严寒等各种环境的要求以及现有信号系统最新制式、最新装备的配套要求；同时电缆兼容其它制式的信号系统设备。另外，电缆可根据使用环境要求，具有阻燃、防白蚁的附加功能。

结构特点

1.绝缘单线

    绝缘单线的绝缘层为皮-泡-皮结构，共有红、绿、白、蓝四种色谱，采用目前国际上先进的三层共挤串联线制造，即导体拉制与皮-泡-皮结构的绝缘层挤制一次完成，实现了产品结构尺寸与性能指标的在线检测与控制的精确制造，其主要优点是：

    a.内皮绝缘层能与导体良好的粘接在一起，保证绝缘层的防潮性和粘接牢固性；发泡绝缘层为氮气物理发泡，与传统的化学发泡相比泡孔小而密且互不联通，因而具有很高的发泡度（60%左右），绝缘层的发泡意味着四线组工作电容下降，线路传输衰减常数降低。

    b.外皮层使用高密度绝缘料，有良好的耐磨性和机械强度，耐环境老化性能是普通聚乙烯料的10倍以上，从根本上解决了普通铁路信号电缆中存在的绝缘层老化龟裂问题。

    c.由于单线颜色母料仅存在于外皮层，绝缘电阻和耐电压击穿强度明显提高，是普通铁路信号电缆的3倍以上。由于单线生产过程实现了计算机在线检测与控制，单线结构尺寸的一致性好，工作线对的直流电阻差降低了50%。

    d.绝缘单线制造精度高，有效地提高了产品的电气性能指标。

2.四线组绞合

    四线组采用先进的高速星绞机生产，每根单线均为主动恒张力放线，特有的绞合预扭装置、开线器等针对产品性能指标的独特设计，预扭装置能有效地降低因绝缘偏心造成的电容耦合系数，使电容耦合系数达到最小值；精确的扎纱张力即要保证四线组结构的对称稳定性，又不能使皮-泡-皮结构绝缘层变形和损伤；四线组绞合的节距精度、线序、外径控制等均是本工序的关键环节，也是影响产品性能指标的关键因素。

3.四线组单元屏蔽

    内屏蔽电缆中四线组单元用铜带纵包实现电磁屏蔽的目的，并沿铜带表面加添了一根铜导线作为排流线，以确保屏蔽层在电缆敷设施工和长期使用中具有稳定可靠的屏蔽性能。

4.成缆

    为了改善电缆的串音指标，在成缆工序中合理设计、匹配绞合节距，并实现完全退扭绞合，降低了线间直接系统性耦合，达到减小串音的目的。

多达四种的不同结构、不同尺寸的成缆单元，在绞制过程中如何保证缆芯的圆整、结构稳定、紧凑是成缆工序的关键，同时必须保证缆芯的线序与组序完全正确。

5.电缆铝护套

    电缆铝护套为采用氩弧焊技术进行铝带纵包形成铝护套。为了防止铝护套在使用过程中的电化反应，生产过程中对铝护套表面进行涂覆。

    铝护套电缆为干线使用电缆，用量最大，因而铝护套工序的产能和质量也是该产品制造过程的关键环节。用氩弧焊技术生产的电缆铝护套，焊接质量稳定可靠，可完全经得起按相关标准进行的弯曲试验、扩口试验和气密性试验。

性能指标

    与普通铁路信号电缆相比，铁路数字信号电缆通过结构的设计和工艺措施，工作电容由50nF/km降低到29nF/km，电容耦合K1平均值由 141pF/km降低到81pF/km，同时增加了阻抗、衰减、串音等二次传输性能指标。虽然产品质量具有很大的优势并在技术方面有所突破，但根据实际检测与现场使用情况，产品在以下性能指标方面还需更进一步改进完善。首先，产品使用过程中出现的导体混线、断线与氧化；其次，绝缘层的抗张强度、断裂伸长率、抗压缩性能的改进提高；最后，现标准中部分二次参数的范围设定并不理想，相关联二次参数及各频率点指标很难匹配到理想中值。

    特别是绝缘强度，是目前用户（铁道部各工程单位）、产品质量监督检测中心与生产厂家之间存在分歧并非常关注的问题，这不仅是线缆制造企业面临的一个新的技术难题，同时会因绝缘强度的改进造成产品结构尺寸、性能指标与现行标准出现较大的偏差。