鐵路車站ZPW2000電碼化的工程設計與維護

陶玉鳳

（蘭州鐵道設計院有限公司，工程師，甘肅蘭州，730000）

截止2019 年末，我國鐵路運營總里程達13.9 萬公里，相關技術得到快速發展［1-3］。車站電碼化技術已廣泛應用于鐵路線路中，成為實現“地-車”通信的技術支撐。目前鐵路ZPW2000 系列軌道電路是列車運行控制系統的重要組成部分，能夠有效防止列車冒進冒出信號，是減輕司機疲勞強度，提高運輸效率的技術方法，也是高速鐵路中確保運營安全的重要手段［5-7］。

隨著列車速度的不斷提高，電碼化技術先后有固定切換、脈動切換、疊加移頻、預疊加移頻和閉環等；相關的電碼化設備也在不斷更新，總共經歷了大致極頻、交流計算、移頻三種類型［1-2］。目前國內新建線路和既有線改造均采用ZPW2000 系列車站電碼化設備，相關技術標準包括技術要求、標準、實施范圍、設計原則、碼序編制等按2010 年發表的TB/T 2465《鐵路車站電碼化技術條件》執行［1］。

本文試就鐵路車站ZPW2000 電碼化的工程設計要點與維護方法略陳管見，期望收到能夠減輕設計人員工作強度、提高設計效率的效果。

1 電碼化原理

隨著鐵路技術的不斷發展，行車閉塞法也在不斷提高，目前鐵路將列車行駛的鋼軌人為劃分為一個個獨立的區段，約定一個區段內同一時刻只能有并且只能被一列列車所占用，這個區段最小間隔為一個軌道區段［1］，軌道電路工作原理如圖1所示。目前國內常用的是ZPW-2000 型系列的移頻自動閉塞，具體類型分為二線制和四線制，技術分為非電氣化牽引區段交流連續式軌道電路（480 軌道電路）及25Hz 相敏軌道電路疊加ZPW2000 系列移頻預發碼技術［3］；電氣化牽引區段25Hz 相敏軌道電路疊加ZPW2000系列移頻預發碼技術［6］。其中由于四線制電碼化電纜芯數太多，建造和維護成本較高，所以工程中一般采用二線制偏多；高鐵車站普遍采用無絕緣ZPW2000A 型實現站內閉環電碼化［7-8］。通過該移頻軌道電路的軌旁信號設備對每個軌道區段的空閑和占用情況進行檢查，如圖1所示，從而通過列控中心TCC（負責區間）和聯鎖CI（負責站內）的邏輯判斷來確定列車位置、行駛方向和運行狀況。

圖1 軌道電路工作原理示意圖

2 工程設計

涵蓋以下主要內容：

1）基本資料。包括設計線路的平面圖、設計線路的縱斷面圖和運行列車類型，機車牽引或動車組等詳細技術參數及設計運營運行圖。

2）基本原則。滿足《鐵路信號設計規范》、《鐵路信號站內聯鎖設計規范》、《鐵路車站電碼化技術條件》、《無絕緣軌道電路自動閉塞技術條件》、《機車信號信息定義》等技術標準。范圍包括：車站內列車進路的所有區段。

3）實施車站股道電碼化的范圍。①列車占用的股道區段；②經道岔直向的接車進路，為該進路中的所有區段；③半自動閉塞區段，包括進站信號機的接近區段；④自動閉塞區段，經道岔直向的發車進路，為該進路中的所有區段；⑤色燈電鎖器車站，一般在股道區段實施電碼化。

4）實施車站預疊加電碼化的范圍。①與上節內的1～4 實施范圍內容一致；②自動站間閉塞區段，包括進站信號機的接近區段。

5）實施車站閉環電碼化的范圍。與上節①一致；

②自動閉塞區段，經道岔直向的發車進路，為該進路中的所有區段；經道岔側向的發車進路，為該進路的最末一個區段［4-5］。

6）采用無絕緣軌道電路

載頻信息：1700- 1（1701.4Hz）、1700- 2（1698.7Hz） 、2000- 1 （2001.4Hz） 、2000- 2（1998.7Hz） 、2300- 1 （2301.4Hz） 、2300- 2（2298.7Hz） 、2600- 1 （2601.4Hz） 、2600- 2（2598.7Hz）。頻偏：±11Hz。

低頻信息：10.3～29Hz 每隔1.1Hz 呈等差數列（10.3、11.4、12.5、13.6、14.7、15.8、16.9、18、19.1、20.2、21.3、22.4、23.5、24.6、25.7、26.8、27.9、29）Hz 共18個。

在實際線路中，下行正向按1700、2300 交錯排列；上行正向按2000、2600 交錯排列。對于車站內的咽喉區設計，需要考慮區間情況同時防止進出站處的絕緣破損情況，-1、-2載頻信息應交錯排列［4-5］。其軌旁信號設備的調諧單元、空心線圈分別采用長度為1.6 m、3.6 m 的鋼包銅線連接到鋼軌［8］，針對載頻切換信息碼的頻率、時間、功能應符合表1的要求（以低頻25.7Hz為例）。

表1 載頻及低頻切換信息碼

7）常用碼型及編碼條件。正常情況下，線路的移頻信息傳輸方向要迎著列車的運行方向；當改變列車行駛方向即逆向排列進路時，方向電路需自動切換各股道區段的發送端和接收端［6］。編制軌道碼序時要考慮既有線路條件，制式應保持一致。

3 現場調試及維護

3.1 現場調試目前，國內新建客運專線均采用無砟軌道線路，且區間線路大部分為混凝土橋梁地段，車站內采用預制混凝土；既有線改造和普速線路普遍采用有咋軌道，兩者具有較大差異［6-8］。其高速鐵路的閉塞分區長度相較于普速有砟軌道線路均較長，故不同的軌道電路設計長度，需要考慮不同線路的運行速度和運營情況，并結合具體的工程設計條件進行綜合設計，例如現場施工的整體流程如圖1所示。

圖1 軌道電路現場施工流程示意圖

3.2 現場維護軌道電路室外設備長期運行在復雜環境中，各種暴曬、雨雪、振動等條件都會影響信號設備的工作狀態，根據鐵路局應用單位統計數據，室外軌道電路發生故障，出現紅光帶的概率較高。故電碼化設備應設計“故障—安全”機制，并考慮運行時的高可靠性，通過采用“1+1”或“N+1”的冗余方式來提高可用性［6-7］。通過分析ZPW-2000 無絕緣軌道電路工作原理，其中補償電容故障和偏移、道碴電阻變化、鋼軌生銹、空心線圈斷線和鋼軌斷裂等因素都會對接收端的電流電壓產生影響，是出現上述故障的主要原因。針對現場軌道電路設備的調試和維護提出以下建議：

1）根據具體線路情況，無砟和有砟、有無補償電容、鋼軌材質類型都需進行集中考慮。

2）能夠有效對鋼軌進行斷軌檢查，在斷軌狀態時，分別從主軌道電路斷軌和小軌道電路斷軌兩個方面進行分析。通過紅光帶進行的報警顯示，及時排除安全隱患。

3）日常維護中需要對調諧單元、空芯線圈、匹配變壓器、傳輸電纜等阻抗進行測量，并通過校核對比，可以科學、準確、定量的把握系統設備的參數性能，有效預防故障的發生。

4）現場施工過程中，對軌道電路設備類型和測試數據進行詳細記錄，便于線路開通后的維護。

5）應特別注意保持鋼軌的清潔，及時清除鋼軌上的銹蝕，減小分路時的接觸電阻。

6）采用先進的技術手段對軌道電路的分路不良等故障進行監控和報警。

4 注意事項

主要包括以下方面：

1）標注分明。針對有局間分界點的區間，應標注清晰軌道電路、箱盒、電纜等室外設備的分界點，方便施工單位施工。

2）正線載頻設計。在重大樞紐線路中要合理分布正線載頻，特別是存在奇數和偶數載頻時，應設計自動切換電路并在平面圖中標注載頻切換點。

3）避免鄰線干擾。設計時應盡量避免相鄰線路的同頻布置，當無法避免時，應采取技術手段進行防護，例如按照極限長度的原則設計。

4）采取分類設計原則。針對不同軌道電路類型采取不同工程設計方案；根據軌道電路特點防止鋼軌上電流信息的迂回串擾導致分路不良等問題。

5）確保電氣設備接地安全。采用綜合接地系統，確保室內外信號設備能夠正常工作，例如避免因雷擊、漏泄電流、混線等故障導致出現設備故障。

6）與既有方式保持一致。針對改造的線路，在編制軌道碼序時要充分考慮既有線路的條件，制式應保持一致。

7）圖紙資料與實際相符。在設計之初和施工過程中，對于修改和變更的設備、電纜、位置和安裝方式等內容，需及時進行記錄，保證最終提交的竣工藍圖與現場實際情況一致，方便鐵路運營單位后期維護和查找故障點。

5 結論

本文通過分析國內車站電碼化的現狀，論述了軌道電路系統的發展歷程和工作原理，結合鐵路車站ZPW2000 電碼化的工程設計實際，重點就做好室外信號設備現場調試和日常維護提出措施和建議，期望對提高設計單位的效率具有參考、借鑒作用。