FTGS軌道電路繼電器監測方案探究

王文龍

王文龍:廣州市地下鐵道總公司 助理工程師 510310 廣州

FTGS是指西門子遙控音頻無絕緣軌道電路，它廣泛應用于世界各地的正線鐵路和城市軌道交通。FTGS軌道電路分為FTGS-46型和FTGS-917型，廣州地鐵1號線使用的是FTGS-917型。由于FTGS軌道電路空閑/占用狀態由軌道電路繼電器判斷給出，并發送空閑/占用信號到SICAS計算機聯鎖系統，所以一旦聯鎖檢測到繼電器送來的空閑/占用信號異常，就將顯示粉紅光帶或紅光帶故障，因此對軌道電路繼電器監測十分必要，且可以進一步用于分析和判斷軌道電路故障。

1 FTGS軌道電路原理

FTGS軌道電路由室外設備和室內設備組成。室外設備包括S棒和軌旁盒，它們共同組成的電氣絕緣節將軌道劃分為不同的區段;室內設備包括方向轉換板、放大濾波板、發送板、報文轉換板、接收1板、接收2板、解調板、繼電器板、代碼板和電源單元等，控制FTGS音頻交流電壓的發送和接收，以及ATP報文信息的傳送。

發送器在軌道區段始端將音頻交流電壓送入軌道，在軌道區段終端由接收器接收。無車情況下，當接收器對接收回來的電壓進行幅值計算、調制檢驗和編碼檢驗，確認幅值足夠高、調制與編碼均正確時，接收器發送一個軌道空閑信號使繼電器吸起，表示軌道區段空閑;有車情況下，由于列車輪軸的分路作用，接收回來的電壓幅值降低，繼電器落下，表示軌道區段占用，此時軌道電路將傳送ATP報文信息到列車上。軌道區段的空閑/占用信息，將傳送給SICAS計算機聯鎖系統。

2 繼電器引起FTGS軌道電路的故障描述

2.1 繼電器跳動引起的“粉紅光帶”故障

正常情況下，列車未進入軌道區段時，軌道區段空閑;未排列進路時，MMI人機界面顯示軌道區段黃色;排列進路時，MMI人機界面顯示軌道區段綠色;列車進入軌道區段時，軌道區段占用，MMI人機界面顯示軌道區段紅色。列車實際運行過程中，接收1板接收電壓與列車輪軸位置關系模型如圖1所示。

圖1 接收1板接收電壓與車軸位置關系模型圖

從圖1可以看出，列車在經過S棒時，接收1板接收電壓有一個變化過程，中間存在一個臨界值。當電壓高于臨界值時，接收1板及其后續電路驅動繼電器吸起，軌道電路顯示空閑狀態;當電壓低于臨界值時，繼電器落下，軌道電路顯示占用狀態;當電壓等于臨界值時，繼電器可能吸起、落下或處于不穩定的跳動狀態，軌道電路可能出現“占用—空閑—占用”的變化狀態。雖然這樣的變化過程可能很短，但聯鎖系統能夠檢測到，在列車出清后，該區段將出現“粉紅光帶”故障。

2.2 繼電器不同步引起的“紅光帶”故障

軌道電路繼電器是位于繼電器板內的雙通道GF1和GF2緩吸、緩放繼電器，SICAS計算機聯鎖通過采集雙通道繼電器接點狀態，來檢測軌道區段空閑/占用信息。

理論上，采集的繼電器前、后接點組狀態不一致，其中一個為高電平(24V)，另一個為低電平(0V)，如果出現相同的情況，聯鎖會作為占用處理。然而，因2個通道的繼電器動作不可能完全一致，存在一定的時間差(可能很小)，聯鎖采集雙通道繼電器狀態允許的時間差設置為1000 ms，如果超過允許范圍會被判斷為占用，在列車出清后，該區段將出現“紅光帶”故障。

3 繼電器監測原理

正是由于繼電器的跳動或不同步，可能引起軌道區段“粉紅光帶”或“紅光帶”故障，而繼電器又位于FTGS架內部，長期值守觀察極為不現實，且其動作迅速人眼無法察覺，因此對繼電器進行監測、判斷其動作是否正常十分必要。

繼電器監測系統分為硬件模塊和軟件模塊2大部分，如圖2所示。硬件模塊中，在繼電器2個通道GF1和GF2處設置信號采集點，將繼電器前、后接點閉合或斷開的狀態送至開關檢測電路，并進行光電隔離，以使接口電平匹配電路與被檢測的信號系統互不影響，然后將轉換后的結果送至工控機。在軟件模塊中，繼電器監測平臺對采集到的接口數據進行分析、記錄，并保存數據日志。

圖2 繼電器監測系統原理

開關檢測電路采用高輸入阻抗電路設計，每個開關檢測電路和光電隔離電路的供電都是通過不同的開關電源，互不影響，保證檢測結果的準確性。開關檢測電路和光電隔離電路的輸入電路，采用帶變壓器隔離的開關電源，將后級電路的供電系統與被檢測設備的供電系統隔離，后級供電電路對被檢測設備無影響。接口電平匹配電路將光耦傳送過來的電平信號進行處理，使之與計算機接口的電平匹配，并能夠被軟件模塊的繼電器監測平臺識別、采集和記錄。整個系統只對繼電器動作狀態進行采集，不進行控制，不影響原信號系統運行。

繼電器監測平臺對接口電平匹配電路送過來的繼電器狀態信息進行不間斷讀取、分析和判斷后，將有效狀態信息根據時間順序保存到特定文檔中，并用圖形的方式進行顯示，軟件流程如圖3所示。

圖3 繼電器監測平臺軟件流程圖

當平臺讀取到接口的數據時，判斷其是否與前一數據相同，只有發生變化的數據才被認為是由繼電器動作引起的而被記錄和保存。數據在保存時會記錄下日期、時間以及與前一數據之間的時間間隔，這樣便于進行數據分析和處理。同時，繼電器關聯的軌道區段狀態會用圖形顏色表示:空閑表示為黃色，物理占用表示為紅色，邏輯占用表示為粉紅色。在平臺界面，當繼電器動作異常時，其異常狀態信息及其發生日期、時間信息會被實時反映出來，并在日志文件進行記錄。

繼電器監測系統解決了檢測繼電器跳動和雙通道繼電器不同步的問題，該系統可以識別不小于0.3 ms的繼電器動作變化，能夠監測繼電器的跳動或不同步情況。經過簡單的改造，可以監測接收2板送給繼電器板的16 V直流電壓信號是否符合技術指標。

4 試驗情況描述

繼電器監測系統已經在廣州地鐵1號線試車線進行了試驗，試驗情況良好。以采集繼電器GF1第2組后接點和GF2第2組后接點為例，部分采集數據如表1所示，其中D1位代表GF1第2組后接點狀態，D2位代表GF2第2組后接點狀態。

表1 繼電器監測系統部分采集數據

D1位和D2位的0代表后接點閉合，1代表后接點斷開。從表1可以看出，繼電器出現了跳動和不同步現象，雖然跳動的持續時間和不同步的間隔很短，但它們確實存在，只是在正常情況下被聯鎖允許而已。但是，一旦這樣的跳動和不同步超過了聯鎖的允許范圍，被聯鎖檢測到，聯鎖將報告“粉紅光帶”或“紅光帶”故障。

5 結束語

本文針對軌道電路繼電器引起的軌道電路故障，描述了一種繼電器監測方案，說明了繼電器監測實現的方法和原理。作為檢測軌道區段空閑/占用信息的重要設備，繼電器一旦工作不正常，將直接影響運營行車。實際過程中，繼電器動作的偶發性和快速性，不適合人眼觀察，而本文提出的監測方案可以監測繼電器的跳動和不同步情況，并在試車線取得良好效果，在條件滿足的情況下可以在FTGS軌道電路推廣應用，這對于軌道電路“粉紅光帶”或“紅光帶”故障分析和判斷有一定的幫助。

［1］張滔．遙控音頻無絕緣軌道電路系統［J］．地鐵與輕軌，2001(2):52．

［2］上海申通地鐵集團有限公司．城市軌道交通建設和運營技術［M］．上海:同濟大學出版社，2008．

［3］楊濤，李小兵，何世星．西門子FTGS917軌道電路常見故障分析與排除［J］．城市軌道交通研究，2001，15(10):102．