基于高速電力載波的移頻軌道電路室外設備監測方案研究

潘長清 李 娜

由于鐵路信號集中監測系統 （CSM）中沒有針對移頻軌道電路室外信號設備的電特性監測，當移頻軌道電路軌旁設備發生故障時，信號維護人員只有到達現場才能測量判斷具體的設備故障情況，無法預先故障定位，有針對性地做好故障設備的更換準備，造成移頻軌道電路故障處理的時間較長，一定程度上影響了鐵路運輸效率。

基于高速電力載波通信的移頻軌道電路室外設備監測方案，作為鐵路信號集中監測系統的補充，實現對移頻軌道電路室外軌旁設備的在線監測，能夠為移頻軌道電路設備的狀態修提供詳細、必要和準確的測試數據，是實現預防室外設備故障發生、實現故障點快速定位、縮短故障延時、提高電務人員勞動生產率的重要手段。

1 移頻軌道電路室外采集方案

根據移頻軌道電路室外設備的電氣特性，通過對調諧單元、匹配單元的電纜側電壓、電纜側電流、軌面電壓、鋼包銅引接線電流、低頻頻率、載頻頻率以及頻偏等電參數，進行實時在線監測并分析，就可充分掌握該設備的運行狀態。采樣點及采樣方式的確定如下。

從圖1所示調諧匹配單元結構中分析可知，電纜側電壓值的采樣點可以選取調諧匹配單元的E1E2端子；軌面電壓值的采樣點可以選定U1U2銅板端子；二者均可采用高輸入阻抗的隔離電壓變送器，將監測設備和被測設備進行可靠的電氣隔離，并且在隔離電壓變送器的初級端安裝快斷式熔斷器，以保證監測設備自身故障時不會影響被監測設備的正常工作，符合故障－安全原則。根據被測設備工作電壓的波動范圍，確定電纜側電壓測量量程為0～200V、測量精度為±1%；軌面電壓測量量程為0～4V、測量精度為±1%。

圖1 調諧匹配單元結構圖

將開啟式電流互感器安裝在待采集電流的電纜上，由于開啟式電流互感器與被監測設備沒有電氣連接，所以不會對被測設備的正常工作造成影響。根據被測設備工作電流的波動范圍，確定電纜側電流測量量程為0～1A、測量精度為±2%；鋼包銅線電流測量量程為0～10A、測量精度為±2%。

由于移頻軌道電路是利用頻移鍵控的技術進行編碼 （即FSK編碼）的一種軌道電路，所以無法用采集到的時域波形來進行分析。根據FSK信號的帶通特性，可采用欠采樣技術對信號進行采樣，這樣不僅保證監測的實時性，并且保證在不增加采用點數的情況下，提高FSK信號的分辨率。

2 通信傳輸方案

移頻軌道電路室外設備的分布特點是沿著鐵軌的線條狀結構，拓撲結構相對簡單，但距離非常長，最長可達15km。鑒于這種特點，采用高速電力載波技術將移頻軌道電路的一對備用芯線，既當作系統的供電線路，又作為載波通信的傳輸介質，如圖2所示。

采用這種方式無需重新敷設電纜，降低了造價，并且最大限度降低了備用芯線的使用。選用的高速電力載波模塊具有自動組網、自動中繼的功能，在系統單個節點故障的情況下，可通過路由表重建后續節點跨過故障節點，將數據傳回室內，達到網絡自恢復的效果。

高速電力載波通信模塊性能指標如下：

工作電壓范圍：AC 85～240V

點對點傳輸速率：200Mb／s

點對點傳輸距離：不小于2km

中繼級數：16級

圖2 區間移頻軌道電路室外構成

3 方案特點

1．利用帶有中繼功能的高速電力載波通信技術，減少對現場備用芯線的使用量，降低造價便于推廣。

2．移頻軌道電路室外監測方案實現了對調諧匹配單元鋼包銅線的電流逐根進行實時采集，目的是檢測鋼包銅線安裝的可靠性，及時發現鋼包銅線接觸不良甚至斷線等故障 。

3．對軌面電壓值進行實時采集。

4．監測數據經過分析后，可以提供準確的預警信息和報警信息。

5．可以和信號集中監測系統實行無縫連接，共用監測的網絡通道，從而達到了節約資源的目的。

6．為狀態修提供可靠的數據支撐，對故障點能進行較為準確的定位。

4 結論

該方案將監測設備的電源線與數據通信線合二為一，只需占用移頻軌道電路的一對備用芯線，在不重新敷設電纜的前提下，做到了占用資源最少，有效地降低了造價，提高了推廣可行性；電力載波的通信速率高達200Mb／s，并且可以自動組網，相較于其他通信方式有較大的優勢。所以，基于高速電力載波通信的移頻軌道電路室外設備監測方案，安全性高、工程造價低、系統功能多、實用性強，便于在鐵路領域推廣。

［1］ 中華人民共和國鐵道部．鐵運［2008］142號．鐵路信號維護規則技術條件（修訂版）［S］．2008．

［2］ 中華人民共和國鐵道部．運基信號［2010］709號．鐵路信號集中監測系統技術條件［S］．2010．