ZPW-2000A移頻脈沖軌道電路與ZPW-2000A軌道電路的差異性研究

李 恒

(中鐵第一勘察設計院集團有限公司，西安 710043)

1 概述

在蘭州西站存車場施工改造過程中，為解決分路不良問題，選用ZPW-2000A·TM 系列移頻脈沖軌道電路。該軌道電路屬于新型站內軌道電路產品，于2017 年9 月獲得鐵路產品認證（CRCC）證書，應用案例少，設計資料還不豐富，更不與現有的自動閉塞制圖軟件相兼容匹配。現從鐵路信號設計者的角度研究ZPW-2000A·TM 系列移頻脈沖軌道電路（以下簡稱移頻脈沖軌道電路）與既有成熟ZPW-2000A·T 系列軌道電路（以下簡稱ZPW-2000A 軌道電路）的差異，為今后移頻脈沖軌道電路系統的設計應用提供參考。

2 移頻脈沖軌道電路系統的優勢

移頻脈沖軌道電路是在既有成熟ZPW-2000A 軌道電路基礎上，結合不對稱高壓脈沖軌道電路制式的特點，以高電壓多頻率不對稱脈沖信號和移頻信號兩者的混合信號為傳輸信號的一種新型站內軌道電路。該新型軌道電路充分發揮兩種信號的各自優勢：移頻信號易于機車發碼，實現斷軌檢查；脈沖信號可以改善分路不良，實現絕緣破損檢查。針對ZPW-2000A軌道電路在站內應用過程中存在的問題，對移頻脈沖軌道電路的技術優勢進行闡述分析。

2.1 解決分路不良

軌道電路分路不良是一個世界性的難題，銹蝕的、煤渣粉塵污染的軌道區段易發生分路不良，目前整治方法主要有鋼軌噴涂、高壓脈沖、3V 化等措施。高壓脈沖軌道電路就是利用高電壓擊穿鋼軌鐵銹等不良導電層，且擊穿后仍保證較大的擊穿電流以維持較低電阻，從而解決軌道電路分路不良。移頻脈沖軌道電路成功運用了高壓脈沖軌道電路的技術特點，將移頻信號和脈沖信號疊加后輸出，利用“與”的邏輯關系進行軌道電路“空閑”狀態判定，任一信號符合分路狀態條件時，均認為軌道電路“占用”，從而提高軌道電路可靠性，解決站內分路不良。通過試驗與分析，ZPW-2000A 移頻脈沖軌道電路可以有效解決分路不良問題，對比噴涂等其他分路不良整治措施，便于運營維護，更具有明顯的價格優勢。

2.2 實現絕緣破損檢查

ZPW-2000A 軌道電路不具備站內絕緣破損檢查功能，既有線路必須實施絕緣破損防護改造，防止絕緣破損后越區信號干擾車載工作。移頻脈沖軌道電路可以利用傳輸信號中不對稱脈沖成分的特性，且相鄰軌道區段滿足極性交叉安裝原則，便可實現絕緣破損檢查功能。詳細來說，絕緣破損后，相鄰軌道區段的傳輸信號會侵入本區段，造成本區段脈沖信號的頭尾比關系發生變化。以此為依據，就可以判斷絕緣節已破損，使破損區段出現紅光帶，實現絕緣破損檢查。對比ZPW-2000A 軌道電路，移頻脈沖軌道電路不再需要絕緣破損改造，減少了工程投資，為絕緣破損防護提供了新的選擇。

2.3 避免機械絕緣節燒損

高速鐵路牽引電流大、站場股道多，為了避免股道處軌道電路構成迂回，形成“第三軌”，站內側線一側機械絕緣節處的扼流變壓器中性點需斷開，形成回流切斷點，這種情況俗稱“一頭堵”。當列車啟動時，鋼軌中會出現很強的牽引電流。由于存在回流切斷點，牽引電流只能從單側回流，一旦鋼軌回流不暢，就會在該機械絕緣節兩端形成較大的電位差。在列車輪對通過該絕緣節時，牽引回流會在短時間內由導通變為切斷，就可能造成拉弧、放電，嚴重時燒損鋼軌接頭和絕緣節。ZPW-2000A軌道電路系統目前無法有效解決絕緣燒損問題。針對這一難題，移頻脈沖軌道電路系統在側線股道牽引回流切斷點處，配套使用了回流電抗器，連通了側線股道回流切斷點兩側的扼流變壓器中性點，避免“一頭堵”情況。回流電抗器對50 Hz 牽引電流呈現低阻抗，可以導通牽引電流；對移頻信號呈現高阻抗，可以避免越區迂回。這樣就實現了側線股道的雙端回流，在隔離移頻信號的同時，平衡機械絕緣節兩端電壓，避免切斷點處軌頭、絕緣節拉弧燒損。

3 移頻脈沖軌道電路與ZPW-2000A軌道電路的系統一致性分析

3.1 系統接口的一致性

與ZPW-2000A 軌道電路相比，移頻脈沖軌道電路的功能更加完善，性能也有所提高。但是鐵路工程設計者還希望兩者的系統外部接口盡量一致，設計框架相似，室內外設備復用程度高，這樣才能避免設備繁多復雜，便于升級改造，節約投資成本。根據分析比較，移頻脈沖軌道電路與ZPW-2000A軌道電路的系統外部接口標準基本一致。

1) 設備與列控中心通信接口均按照《高鐵列控中心接口暫行技術規范》（TJ/DW172-2015）執行，采用CAN 總線控制方式。

2) 移頻信號基準載頻均包括1 700 Hz、2 000 Hz、2 300 Hz、2 600 Hz，基準載頻均派生-1 型載頻和-2 型載頻，均提供18 種低頻調制信號；

3) 在供電需求方面，ZPW-2000A 單段軌道電路區段功耗不超過180 VA，而移頻脈沖單段軌道電路功耗不超過200 VA；

4) 與車載設備仍有良好的兼容性。疊加高壓脈沖信號對機車信號車載系統的譯碼無明顯影響，機車信號車載系統可以正常工作；

5) 均能驅動JWXC-1700 安全型軌道繼電器，且方向切換電路、停電監督電路可以復用；

6) 軌道電路區段長度大于或等于300 m 時，均設置容值為25 μF 的全密封補償電容，補償電容設置方式相似。

3.2 系統設備構成的一致性

在系統原理框架和設備構成方面，移頻脈沖軌道電路與ZPW-2000A 軌道電路基本一致。室內設備均包括軌道電路機柜、接口柜、防雷模擬網絡組匣、發送器、接收器、防雷模擬網絡盤、分線采集器等，室外設備均包括扼流變壓器、補償電容等。兩者系統原理的主要區別在于前者的發送器以移頻和脈沖的混合信號作為輸出，通過衰耗冗余隔離器實現兩種信號的分離過濾，再由接收器分別完成移頻信號和脈沖信號的特征處理，根據“與”的邏輯關系判斷區段空閑狀態。這種新型軌道電路系統還集成簡化了軌旁設備，使用移頻脈沖扼流變壓器代替原有“帶適配器的扼流變壓器+站內匹配變壓器”的組合方式，維護工作更加簡單。此外，移頻脈沖軌道電路系統在站內牽引回流切斷點處按需使用回流電抗器，用于實現雙端回流。

3.3 系統設計應用的一致性

由于兩者在系統外部接口、設備構成框架上基本一致，移頻脈沖軌道電路系統可以沿用ZPW-2000A 站內軌道電路系統的設計思路和應用習慣。在本次設計過程中發現，兩者間仍存在一些不可忽視的設計差異，需在現有自動閉塞制圖軟件的圖庫基礎上加以更新。

在室內設計環節如下。

1) 盡管兩者的設備尺寸、框架接口基本一致，但從合理規劃，便于維護，減少故障點干擾的角度考慮，移頻脈沖軌道電路設備與ZPW-2000A 軌道電路設備宜獨立分柜設置。

2) 為實現對軌入混合信號中高壓脈沖成分的分離監測功能，移頻脈沖軌道電路系統采用了新型ZPW.CEM 型分線采集器。該分線采集器設備內部電路由信號輸入隔離采集電路、信號處理電路和CAN 通信電路組成，可對送、受端防雷模擬網絡盤電纜側或設備側信號的電壓、載頻、低頻、峰頭電壓、峰尾電壓、脈沖頻率進行采集測量。與ZPW-2000A 軌道電路所采用的ZPW.CE2 型分線采集器不同，ZPW.CEM 型分線采集器的采集點為接口柜零層端子。

3) 在接口柜滿配置軌道區段數量方面，移頻脈沖軌道電路比ZPW-2000A 軌道電路有所減少。接口柜用于放置防雷模擬網絡組匣及分線采集器，每個移頻脈沖軌道電路的接口柜內可放置8 層防雷模擬網絡組匣；每層防雷模擬網絡組匣固定配置2 臺分線采集器和6 臺防雷模擬網絡盤；接口柜零層端子D1～D8 為防雷模擬網絡盤電纜側信號連接端子，D9～D16 為防雷模擬網絡盤設備側信號連接端子。而ZPW-2000A 軌道電路接口柜內可放置9層防雷模擬網絡組匣；除第一層外，每2 層防雷模擬網絡組匣配置3 臺分線采集器和12 臺防雷模擬網絡盤，接口柜零層D1～D9 端子用于防雷模擬網絡盤電纜側信號連接，D10～D18 端子用于防雷模擬網絡盤設備側信號連接。兩者接口柜滿配置設備的數量差異如表1 所示。

此外，移頻脈沖軌道電路取消了ZPW-2000A軌道電路防雷模擬網絡組匣背面原有的兩個3×18柱側面端子，防雷模擬網絡盤設備側及電纜側信號不再經過側面端子板，而是直接接入接口柜零層。

在室外設計環節如下。

1) ZPW-2000A 一體化軌道電路的電纜最大設計長度應不大于10 km。在國內客專線上，站內軌道電路區段的電纜長度基本小于2.5 km，所以無需考慮電纜最大傳輸長度的設計約束。而移頻脈沖軌道電路單芯電纜最大傳輸距離不大于0.75 km，該指標是由軌旁設備最大容許壓降以及電纜標準環阻所決定的，不滿足要求時，可以采用雙芯并聯的方式降低電纜環阻，但仍不可大于1.5 km，且并芯后電纜斷芯不易檢查，導致軌面電壓降低，增加產生分路不良的可能。在本次蘭州西站存車場移頻脈沖軌道電路的設計應用過程中，由于站型設置特殊，其電纜設計長度有幾處超過了2 km，經專業人員依據實際情況仿真計算后，采用將軌道區段長度縮短或電纜并聯三芯的方式，以控制設備壓降在允許范圍之內。

表1 接口柜滿配置設備數量差異表Tab.1 Differences between the numbers of devices of an interface cabinet (fully configured)

2) 為了防止絕緣失效后相鄰區段間串頻干擾，ZPW-2000A 系列軌道電路要求絕緣節兩側區段應設置為不同載頻類型或不同基準載頻。移頻脈沖軌道電路在滿足上述規范要求的基礎上，還要兼顧不對稱高壓脈沖信號的特性，在相鄰區段安裝時應進行極性交叉，確保實現絕緣破損防護的功能。

4 結束語

ZPW-2000A 移頻脈沖軌道電路融合了ZPW-2000A 軌道電路和高壓脈沖軌道電路兩者的技術優勢，將移頻信號和脈沖信號疊加在一起進行傳輸，一次性解決站內分路不良、絕緣破損無法檢查、絕緣節易燒損等難題。同時，該新型軌道電路系統與原有系統一致性高，維護習慣相似，且維護設備數量少，是目前最理想的站內軌道電路應用方案。