基于計軸系統的軌道電路棕光帶故障分析探討

石衛師

（南寧軌道交通集團有限責任公司，廣西南寧 530029）

1 引言

目前大部分城市軌道交通均采用計軸設備作為軌道區段占用檢測設備，為信號系統提供次級列車位置檢測信息和獨立保護區段信息，故計軸設備的運行狀態攸關行車安全及效率。而目前計軸設備易發的故障主要為軌道區段“棕光帶”，表現為聯鎖系統采集到軌道區段繼電器GJ落下，但負責列車運行管理的區域控制器（ZC）經計算確定該區段無列車占用，列車自動監控系統（ATS）終端設備顯示該區段為“棕色”。在運營時間內發生“棕光帶”時，為確認軌行區現場設備情況，往往要求列車減速通過該區域，確認現場設備無異常后再允許后續列車正常速度運行，嚴重影響列車行車效率及安全，特別是在行車密度大的情況下。

針對上述問題，本文將從信息傳遞層面分析TAZ II計軸系統的工作原理和從電路層面分析其控制設計原理，分析計軸設備發生“棕光帶”故障的原因及解決措施，為同類設備的故障分析及設備維保提供技術參照。

2 計軸系統工作原理

計軸系統工作原理如圖1所示，當列車車輪跨越車輪傳感器時，2套傳感電路分別感應出電壓脈沖信號，2 路輪軸信號必須滿足有先后有重疊的特征，才被認為是有效的車輪信號。有效車輪信號經線纜傳計軸放大板放大、整形、濾波并轉換為數字信號，進而給計軸板進行處理并統計區段內車輪軸數，然后根據輪軸信號相位確定列車運行方向，同時給輸出板輸出占用信息。當計軸板監測到軸數出清后，給輸出板輸出相應通道的占用/空閑信息，由輸出板進行相應動作，作為接口輸出占用/空閑信息至聯鎖系統，進而驅動相應繼電器GJ動作，實現區段占用/空閑信息的控制。

圖1 計軸系統組成部分及信息傳遞過程

信號系統根據計軸系統及其他子系統的相關信息，在ATS終端設備上通過不同顏色區分計軸區段的不同狀態。如圖2所示，計軸系統將區段占用出清信息傳遞給聯鎖系統，聯鎖系統將該信息同步傳遞給列車自動控制系統（ATC）ZC，ZC將結合列車位置信息判斷計軸是否可用，同時將可用信息和列車自動保護系統（ATP）軌道信息傳遞給聯鎖系統，聯鎖系統進行相關邏輯判斷后在終端顯示。

圖2 計軸系統與信號系統關聯

3 計軸系統內部電路分析

3.1 區段占用過程

當列車車輪占用室外車輪傳感器時，車輪傳感器繼電器S1、S2吸起，表示車輪傳感器監測到占用，如圖3所示，若沒有車輪占用則S1、S2繼電器處于落下狀態。

圖3 S1和S2繼電器驅動電路

CL繼電器為計軸區段空閑狀態檢查繼電器，吸起表示計軸區段空閑，落下為計軸區段占用，如圖4所示。當S1、S2繼電器吸起后，其接點組S1.1、S1.2、S2.1、S2.2斷開CL繼電器的自閉電路30z3—28z—S1.1—S1.2—S2.1—S2.2—CL 1/2 —CL—GND，使得CL繼電器落下。V4為CL繼電器指示燈。

圖4 CL繼電器驅動電路

CLH繼電器為CL繼電器的輔助繼電器，計軸區段占用時吸起，區段空閑時落下，其驅動電路如圖5所示。當S1、S2繼電器吸起及CL繼電器落下后，溝通CLH繼電器驅動電路16zbd—CL 4/3 —S1/S2— CLH—GND，使得CLH繼電器吸起。CLH繼電器吸起后，其接點組CLH 7/8閉合，溝通CLH繼電器自閉電路16zbd—CL 4/3 —CLH 7/8— CLH—GND，使得CLH繼電器一直處于占用吸起狀態。H2為CLH繼電器指示燈。

圖5 CLH繼電器驅動及自閉電路

Oc1和Oc2繼電器驅動電路如圖6所示，當第一對車輪完全通過車輪傳感器后，計軸板的2個獨立運算單元I和II分別開始計數，有軸數（即軸數不為零）表示繼電器Oc1和Oc2被計軸板驅動吸起，其指示燈H3和H4點亮紅燈，Oc1、Oc2繼電器接點組Oc1 3/4和Oc2 3/4斷開。

圖6 Oc1和Oc2繼電器驅動電路

Oc3繼電器用來表示計軸板的2個獨立運算單元是否存在計數，其驅動電路如圖7所示。當其中有1個運算單元計數時則Oc3繼電器落下，其指示燈H5熄滅。

圖7 Oc3繼電器驅動電路

BRKDN繼電器為Oc1、Oc2繼電器動作一致性檢查繼電器，當計軸板的2個獨立運算單元I和II計數不一致時，BRKDN繼電器失電，其指示燈H6熄滅，如圖8所示，其中SET/RESET按鈕為繼電器測試按鈕。

圖8 BRKDN繼電器驅動電路

當CL繼電器、Oc3繼電器、BRKDN繼電器吸起，CLH繼電器落下條件均滿足時，輸出板滿足區段空閑輸出條件，將向聯鎖系統輸出空閑信息；若上述任一繼電器狀態錯誤時，無法輸出區段空閑狀態，如圖9所示。

圖9 軌道區段狀態輸出電路

綜上分析，計軸區段占用過程中電路動作順序及繼電器指示燈狀態為：

（1）S1、S2繼電器收到首脈沖信號吸起，進而斷開CL繼電器電路，CL繼電器落下，其指示燈V4熄滅，輸出板輸出區段占用信息；

（2）CL繼電器落下，此時S1、S2繼電器仍在吸起狀態，溝通CLH繼電器電路，CLH繼電器自閉吸起，其指示燈H2點亮紅燈；

（3）計軸板運算單元I、II計入軸數，Oc1、Oc2繼電器吸起，其指示燈H3、H4點亮紅燈，斷開Oc3繼電器電路，Oc3繼電器落下，其指示燈H5熄滅。

3.2 區段出清過程

區段出清過程相關繼電器動作順序與上述占用過程正好相反。在隨后的車輪計入和計出過程中，除了計軸板的2個獨立運算單元I和II的計數器不斷計數以外，其他繼電器均不動作。當最后一對車輪完全越過車輪傳感器，計數器計出最后一軸，區段軸數變為零時，計軸板斷電，使得Oc1、Oc2繼電器緩放，Oc3繼電器緩吸，溝通CL繼電器電路，CL繼電器吸起，其指示燈V4亮綠燈；Oc1、Oc2繼電器落下，其指示燈H3、H4熄滅，CLH繼電器緩放，溝通Oc3繼電器電路，Oc3繼電器自閉吸起，其指示燈H5亮綠燈；最后，CLH繼電器緩放落下，其指示燈H2熄滅，輸出板輸出區段空閑信息。

3.3 區段預復位

預復位命令執行成功后，將對計軸板、輸出板狀態進行重置，計軸板的2個獨立運算單元I和II計軸軸數出清，計軸板運算通道仍保持占用，此時輸出板繼電器狀態為：CL繼電器落下，其指示燈V4熄滅，Oc1、Oc2繼電器吸起，其指示燈H3、H4亮紅燈；Oc3繼電器落下，其指示燈H5熄滅；CLH繼電器吸起，其指示燈H2亮紅燈。

3.4 區段“棕光帶”

如計軸磁頭設備故障或干擾等，軌道區段被占用，此時計軸系統狀態為CL繼電器落下，CLH繼電器吸起，Oc3繼電器落下，故軌道繼電器將落下。聯鎖系統采集軌道繼電器狀態，同時將軌道繼電器落下狀態傳遞至ZC，ZC結合列車位置信息判斷該區段無列車占用，將輸出計軸區段切除命令，此時計軸區段在ATS終端顯示“棕光帶”。

4 計軸軌道區段棕光帶故障分析

計軸區段“棕光帶”的本質為計軸系統輸出軌道區段繼電器落下的信息，但ZC判斷該區段無車占用。根據計軸工作原理及電路原理分析，計軸“棕光帶”原因可能為車輪傳感器故障或干擾、計軸電纜等信息傳輸通道故障、室內設備板卡運算故障等。其中車輪傳感器故障一般通過觀察外觀、測量安裝高度、測量感應高度、測量感應電壓等方式判斷，計軸電纜故障一般通過排除絕緣情況進行判斷。較難判斷的故障為室內設備板卡故障，需要進行綜合判斷，本文以案例形式展示相關故障判斷過程。

4.1 故障案例現象

某列車駛離G11計軸區段后出現“棕光帶”，車站執行1次預復位操作后無法恢復。現場數據顯示：Oc3繼電器指示燈H5、CLH繼電器指示燈H2點亮，CL繼電器指示燈V4、Oc1繼電器指示燈H3、Oc2繼電器指示燈H4、BRKDN繼電器指示燈H6熄滅，繼電器GJ落下。

4.2 日志數據分析

G11計軸區段日志為：軟件占用-硬件占用-計軸板占用-軟件空閑-計軸板空閑。本故障記錄周期中僅有硬件占用信息，無硬件空閑信息，本計軸周期未完成閉環。計軸板已正確記錄故障時軸數信息，計軸板已完成本次軸數記錄，計軸板已出清，結合故障現象判斷計軸板正常，故初步判斷故障點在計軸輸出板。

4.3 計軸電路分析

根據繼電器動作順序，結合故障現象，判斷在區段出清階段，輸出板Oc1、Oc2繼電器緩放、Oc3繼電器緩吸過程中CL繼電器存在無法吸起的可能，導致CL繼電器未能吸起，無法切斷CLH繼電器電路，使CLH指示燈保持點亮狀態，輸出板無法出清。現場測量輸出板針腳接點電壓信息：

（1）測量16zbd-4zbd及10d-4zbd，Oc3繼電器電路電壓為23.84V；

（2）測量30z3-32b3-28z-4ZBD，CL繼電器未測得電壓，確認CL繼電器電路未溝通，CL繼電器無法吸起；

（3）測量16zbd-4zbd、20z-4zbd及10b-4zbd，CLH繼電器電路電壓為23.83V，CLH繼電器回路無法被CL繼電器吸起切斷。

為確認CL繼電器供電已正常送達，模擬條件使Oc1、Oc2繼電器吸起，測量CL繼電器及Oc1、Oc2繼電器共用電源是否正常：

（1）測量30z3-30d3-6d-4zbd，Oc1繼電器電路電壓為23.79V；

（2）測量30z3-28b3-6b-4zbd，Oc2繼電器電路電壓為23.80V。

4.4 故障點確定

根據上述測量結果，可以判斷共用電源接點30z3已正常送電至輸出板后端，此時恢復CL繼電器條件，CL繼電器電路仍未測得電壓。根據計軸數據及板卡狀態判斷計軸板正常，計軸區段出清過程中輸出板CL繼電器未能正常吸起，導致CLH繼電器無法緩放落下，后續繼電器動作無法完成，本次判斷為輸出板CL繼電器控制電路故障。

現場更換G11對應輸出板后故障恢復，更換板卡后現場多次測試功能正常。后續使用故障輸出板進行測試，測試過程中故障多次復現，結論與分析結果一致。

5 結語

基于計軸系統的軌道電路廣泛應用于全國各城市軌道交通線路，其運行質量攸關行車安全和效率，而高質量運行需全面了解掌握設備原理及常見故障。本文闡述了基于計軸系統的軌道電路的設備結構及電路原理，并針對影響較大、易發生的“棕光帶”故障進行了分析，可為后續相關線路提供技術參照，同時也為智能運維系統提供技術支撐。