ZPW-2000R軌道電路調諧區的設計與實現

肖彩霞 鄧迎宏

*黑龍江瑞興科技股份有限公司 高級工程師，150030 哈爾濱

目前，隨著鐵路建設快速發展，列車運行速度、密度的不斷提高，以ZPW-2000系列無絕緣軌道電路為地-車信息傳輸基礎的列車運行控制系統已得到廣泛應用。而反映列車占用或空閑的軌道電路也已成為保證車載系統安全信息傳遞的關鍵環節，實現電氣諧振式無絕緣軌道電路調諧區的占用檢查、斷軌檢查、調諧器材故障檢查等尤為重要，直接影響行車安全。

ZPW-2000R無絕緣移頻自動閉塞系統采用DSP技術，實現信號的檢測、編碼、調制與解調。為了解決調諧區占用、調諧器材故障、斷軌檢查的問題，提出了5點布局的調諧區設計方案，利用本調諧區內發送匹配變壓器(FBP)，經調諧區軌道反向傳送本調諧區內接收匹配變壓器(JBP)調諧區信號和正向接收主軌道信號軟件浮動門限的算法，使系統調諧區檢查問題得到了較好的解決，實現了軌道電路全程斷軌檢查。

1 ZPW-2000R調諧區設計技術條件

1．調諧區內死區段長度不大于5 m。

2．信號機防護范圍為其內方的調諧區和主軌道，且調諧區和主軌道均空閑時，該軌道區段GJ↑;調諧區和主軌道任意點占用時，該軌道區段GJ↓(5 m死區段除外)。

3．調諧區內的接收調諧單元(BA2)斷線、發送調諧單元(BA1)斷線、調諧區內斷軌時，本調諧區內的GJ↓，實現信號機的紅燈防護檢查。

4．調諧區長度為30 m，器材按5點布置。

5．為提高調諧區工作的穩定性，調諧區接收信號的工作值設為750～850 mV。

6．滿足ZPW-2000系列的軌道電路傳輸特性和軌道電路電氣隔離特性。

7．完成牽引電流的平衡和回流。

2 調諧區的結構

如圖1所示，ZPW-2000R系統由電氣分隔接頭(調諧區)構成，器材布置為5點，調諧區長度30 m，發送匹配單元(FBP)設在調諧區內距發送調諧單元(BA1)2 m處，接收匹配單元(JBP)設在調諧區內距接收調諧單元(BA2)2 m處，空心線圈(SVA)設在調諧區中央，信號機設在發送匹配單元與空心線圈間，距發送匹配單元(BP)2 m處。

圖1 電氣分隔接頭(調諧區)結構圖

1．調諧區長度增加到30 m，使電氣絕緣節并聯諧振極阻抗大于2.0 Ω(見表1)，滿足2000系列軌道電路的傳輸特性。

表1 電氣絕緣節并聯諧振極阻抗

2．軌道電路區段電氣隔離度大于15倍。

3．由于接收調諧單元(BA2)的零阻抗約35 mΩ，直接由零點取調諧區反向信號太小，且抗干擾能力差，所以該系統接收(發送)匹配變壓器距接收(發送)調諧單元2 m布置，使調諧區反向接收信號取自接收調諧單元(BA2)的零阻抗(35 mΩ)與2 m鋼軌阻抗之和(30 mΩ)的端電壓，實現調諧區接收反向信號與主軌道信號相同電平，保證了調諧區檢查特性穩定可靠。發送、接收端對稱布置可適應雙方向。

4．如圖2所示，實現了信號機內方調諧區和主軌道由本架信號機防護的功能，提高了系統的安全性。

3 調諧區檢查設計

調諧區檢查功能包括:調諧區占用(5 m死區除外)、調諧器材(BA)故障、斷軌時，調諧區內信號機紅燈防護導向安全側。

3.1 調諧區占用檢查(死區檢查)

如圖2所示，調諧區A的占用檢查是接收軟件通過對調諧區反向傳輸信號和本區段主軌道信號幅度變化進行分析計算來實現的。以調諧區信號的幅度變化(小于440 mV)作為調諧死區檢查的啟動條件，當主軌道信號門檻下降到原調整值的80%～85%時，使GJ↓，實現調諧區占用檢查，消除了電氣諧振式無絕緣軌道電路的死區段。

圖2 信號機A防護調諧區A和主軌道A示意圖

圖3 調諧區分路曲線圖

如圖3調諧區分路曲線所示，除信號機開始內方5 m為死區段外，其他均滿足檢查條件，使GJ↓，實現調諧區占用檢查。

3.2 調諧器材故障檢查

在正常情況下，接收設備以固定門限來接收調諧區反向傳輸的信號。調諧單元BA斷線檢查是在后方區段空閑條件下完成的。

1．發送調諧單元(BA1)斷線檢查 。如圖4所示，當調諧區發送側BA1斷線時，破壞了并聯諧振，由于發送側極阻抗喪失，使接收設備接收的調諧區信號電壓降低40%以上，接收設備通過軟件檢測到電壓下降的跳變，即可判斷出發送側BA1斷線的故障，而使軌道繼電器落下，實現紅燈防護。

2．接收調諧單元(BA2)斷線檢查。如圖5所示，當調諧區接收側BA2斷線時，由于接收側BA2對調諧區發送的反向信號呈零阻抗，使接收設備接收的調諧區信號電壓上升200%～450%，接收設備通過軟件檢測到電壓上升的跳變，即可判斷出BA2斷線故障，而使軌道繼電器落下，實現紅燈防護。

3.3 調諧區斷軌檢查

在正常情況下，接收設備以固定門限來接收調諧區反向傳輸的信號。調諧區斷軌檢查是在后方區段空閑條件下完成的。

如圖6所示，同調諧區BA1斷線故障現象相同，斷軌時接收設備接收的調諧區信號電壓下降近乎為零，接收設備通過軟件檢測到電壓下降的跳變，即可判斷出調諧區斷軌故障，而使GJ↓，實現紅燈防護。

圖6 調諧區斷軌故障曲線圖

綜上所述，該軌道電路除按主軌道信號門限控制GJ吸起、落下情況外，還以調諧區檢查結果控制GJ吸起與落下。當調諧區發生上述情況進行檢查時，即使主軌道信號大于240 mV時，GJ也要落下。當列車出清本軌道區段后方區段空閑時，如調諧區信號電壓不滿足工作值750～850 mV，即使主軌道信號大于240 mV時，GJ也不吸起。

4 機械絕緣節區段

實際運用中，車站與區間的分界均以機械絕緣劃分，區間與車站相鄰的1LQ和3JJ軌道電路區段為“機械-電氣”區段，當軌道電路正向接收端為機械絕緣(1LQ無調諧區)時，需將接收器的調諧區檢查設置端通過正向ZFJ↑接通。當軌道電路反向接收端為機械絕緣(3JJ無調諧區)時，需將接收器的調諧區檢查設置端通過反向FFJ↑接通，即可保證軌道電路調諧區正常工作。

5 調諧區檢查的輸出方式

由于電氣諧振式無絕緣軌道電路調諧區存在固有死區段，實現調諧器的占用檢查、斷軌檢查、調諧器材故障檢查是確保行車安全的必要措施。檢查方式可按上述方式的輸出結果控制GJ↓，由信號機紅燈防護。也可根據特殊技術要求，將輸出結果只做報警輸出至維護系統終端。

6 結束語

調諧區采用獨特的5點布局方案和死區檢查浮動門限算法，通過對主軌道、調諧區信號的接收和處理，縮短調諧區的分路死區，實現軌道全程斷軌檢查及調諧單元斷線檢查，從而提高了系統的安全性。

幾年來經過電化、非電化區段、低阻道床、復線、單線雙方向追蹤、站內、區間同制式軌道電路等多種工作環境近3000多公里的現場運用考驗。調諧器檢查功能及系統運用效果安全、穩定、可靠。該閉塞設備是目前鐵路 CTCS-1、CTCS-2、CTCS-3級列控系統的重要技術裝備之一，將在鐵路運輸中發揮其安全可靠的作用。

［1］費錫康 ．無絕緣軌道電路原理及分析［M］.北京:中國鐵道出版社，1993.

［2］吳運熙 ．鐵道信號抗電力牽引電路的干擾［M］.北京:中國鐵道出版社，1992.

［3］董紹平 ．數字信號處理基礎［M］.哈爾濱:哈爾濱工業大學出版社，1989.