ZPW-2000A軌道電路調諧區竄碼故障分析

曾曉海

（中國鐵路廣州局集團有限公司，廣州 510088）

1 概述

客專ZPW-2000A軌道電路有穩定、可靠的特點，因信息處理更加快速準確，被普遍運用于高速鐵路，其重要性在鐵路信號系統中日益突顯，但伴隨著ZPW-2000A軌道電路的廣泛應用，也反映出一些問題。就高速鐵路ZPW-2000A軌道電路在調諧區發生竄碼故障的原因進行分析，幫助現場快速診斷故障并處理，減少對鐵路運輸的干擾。

中國動車組自動列車防護（簡稱ATP）車載設備接收來自地面ZPW-2000A軌道電路的編碼信息，從而實現控制列車運行。一個軌道區段在同一種設備狀態下只允許存在一種低頻、載頻編碼信息，當出現兩種及以上的低頻、載頻編碼信息并滿足ATP車載設備的碼譯工作條件或發生編碼信息異常來回切換時，ATP車載設備的處理邏輯則無法識別正確信息，輸出緊急制動，從而導向安全。此類故障通常延時較長，現場設備故障處理人員無法在短時間內處理恢復，對鐵路運輸秩序造成較大影響。

2 調諧區原理及車載設備信息接收原理

2.1 調諧區原理

當前高速鐵路因運營需要，設置的車站數量多、密度大，且部分車站為無機械室、無配線設置，軌道電路及信號機由主站遠程控制。由于線路多為長軌，且為電氣化牽引，無配線站采用電氣絕緣節實現電氣隔離。電氣絕緣調諧區長度取決于軌道電路鋼軌參數值。不同軌道結構的軌道電路的鋼軌參數不同，例如：電氣絕緣節調諧區在無砟和有砟的路基地段長29 m，在橋梁地段一般情況下長32 m。在兩端各設一個調諧單元，對于較低頻率軌道 電路（1 700 Hz、2 000 Hz）端，設置 L1、C1兩元件的F1型調諧單元；對于較高頻率軌道電路（2 300 Hz、2 600 Hz）端，設置 L2、C2、C3三元件的F2型調諧單元如圖1所示。

圖1 調諧原理Fig.1 Tuning principle

調諧區簡化電路如圖2（a）所示，“f1”（f2）端調諧單元（BA） 的 L1C1（L2C2）對“f2”（f1）端的頻率為串聯諧振，呈現較低阻抗（約數十mΩ），稱“零阻抗”相當于短路，阻止相鄰區段信號進入本軌道電路區段，如圖2（b）右端及圖2（c）左端所示。“f1”（f2）端的BA 對本區段的頻率呈現電容性，并與調諧區鋼軌、空心線圈的電感構成并聯諧振，呈現高阻抗，稱“極阻抗”，從而降低電氣絕緣節對信號的衰減。

圖2 工作原理Fig.2 Diagram of working principle

2.2 車載設備信息接收原理

列控中心通過通信接口板與ZPW-2000A軌道電路通信，將低頻、載頻編碼信息傳送至ZPW-2000A軌道電路，列車分路軌道區段時，ATP車載設備通過感應鋼軌短路電流接收來自軌道電路的編碼信息，從而實現控制列車安全穩定運行如圖3所示。

圖3 車載設備信息接收原理Fig.3 Schematic diagram of onboard equipment information reception

3 故障分析及處理方法

當發生軌道電路竄碼故障并確認車載設備正常后，首先應通過回放列控維護終端等監測設備，區分是軌道電路故障或列控中心故障。如列控中心無碼序突變、無設備報警報錯等信息，可初步排除列控中心故障，原因為軌道電路竄碼。進一步根據站場的軌道區段載頻分布及回放故障時的站場運行進路發碼情況，初步判斷竄碼的信息來源，并結合車載數據分析，判斷竄碼的所在里程位置，有助于快速鎖定故障范圍。

軌道電路竄碼故障的原因主要有3種：一是線纜傳輸徑路干擾竄碼故障；二是軌面鄰區段干擾竄碼故障；三是車載設備處理邏輯與軌道電路結合引發的竄碼故障。

3.1 線纜傳輸徑路干擾竄碼故障

1）線纜傳輸徑路干擾竄碼故障分析

軌道信號的傳輸主要依靠線纜，線纜的敷設及芯線組的使用需符合相應的技術要求，例如兩個頻率相同的發送與接收嚴禁采用同一根電纜等。當線纜敷設及芯線組使用未按技術要求進行時，在線纜的芯線間會產生高頻信號干擾，從而造成竄頻，嚴重的情況下可能造成失去分路。

2）線纜傳輸徑路干擾竄碼故障處理方法

a.核對施工設計圖紙及現場實際配線，檢查線纜的敷設及芯線組的使用是否符合相應的技術要求，并按要求進行修正敷設、使用。

b.根據干擾的載頻信息，篩選出室內相應載頻設備，逐個關閉可能產生干擾的設備工作電源，測試被干擾軌道區段衰耗盤的軌入參數，查看是否還存在干擾的載頻信息，重復操作，當關掉某個設備后，測試被干擾軌道區段軌入未發現干擾的載頻信息時，此時已關閉工作電源的設備為干擾源。

c.當區分出干擾源后，可進一步通過甩線法，逐段甩開干擾源的配線，再逐段測試被干擾區段的線纜是否還存在干擾，直至判斷出干擾范圍。

d.線纜徑路干擾時，需測試電纜的線間、對接絕緣符合標準，可通過對線纜徑路進行物理、屏蔽隔離或更換不良線纜的方式處理。

3.2 軌面鄰區段干擾竄碼故障

1）軌面鄰區段干擾竄碼故障分析

軌面鄰區段干擾竄碼主要受相鄰線路的軌道區段或本線路的前后相鄰軌道區段影響。首先按上述方法排除線纜傳輸徑路干擾，再根據干擾的載頻信息，通過關閉可能產生干擾的設備工作電源，在軌面測試被干擾區段，查出干擾的信息源。受相鄰線路的軌道區段或本線路的前后相鄰區段干擾主要原因有：軌道電路出入口電流調整不符合技術標準要求或未按軌道電路調整表進行調整，造成出入口電流超標干擾；本線路的前后相鄰區段調諧區的設備器材性能不良，電氣絕緣節隔離作用失效造成竄碼。

2）軌面鄰區段干擾竄碼故障處理方法

a.根據上述方法排除線纜徑路干擾。

b.核對干擾區段及被干擾區段的調整表，測試電纜環阻是否與調整表一致，檢查發送、接收電平及電纜模擬長度是否按調整表調整，當無法按調整表調整時，需聯系設計部門重新對該區段進行核算，并出具合適的調整表，確保出入口電流達標。

c.測試調諧區設備器材、引入線及塞釘阻抗應符合標準，性能不良時更換，同時需檢查引入線敷設符合要求。

3.3 車載設備處理邏輯與軌道電路結合引發的竄碼故障

1）車載設備處理邏輯與軌道電路結合引發的竄碼故障分析

a.列控中心根據列車進路及軌道區段的占用情況，實時向軌道電路發送不同的編碼信息，ATP列車車載設備軌道電路信息接收單元（以下簡稱“TCR”）通過感應軌面的短路電流,且在最大允許響應時間1.9 s內，需可靠接收到來自地面的編碼信息，所以軌道電路鋼軌最小短路電流需滿足TCR接收靈敏度要求如表1所示，否則車載TCR設備將不能可靠譯碼，造成掉碼或碼序切換竄碼。

表1 軌道電路鋼軌最小短路電流及TCR接收靈敏度Tab.1 Minimum short-circuit current and TCR receiving sensitivity of track circuit rail

b.目前ATP車載設備的譯碼處理邏輯主要有兩種，一是200H/300S型ATP在站內軌道絕緣前、后50 m（區間100 m）收到應答器描述的下一個區段載頻信息有效，超50 m（區間100 m）未收到有效載頻信息則按掉碼處理；二是300T/200K型ATP從上一個區段進入到本區段時，接收到本區段載頻信息需大于250 mV,且本區段載頻信息幅值大于上一個區段載頻信息2倍及以上，判斷接收到的載頻信息有效。通過以上兩種ATP的譯碼處理邏輯比較可以看出，300T/200K型ATP譯碼處理邏輯對軌道電路的鋼軌短路電流要求更高，除需滿足其TCR的工作幅值外，在列車運行過程中，接收到的本區段載頻信息幅值需大于上一個區段載頻信息2倍以上，否則判斷為載頻信息無效。而采用電氣絕緣節的調諧區內一直存在兩個區段不同的兩種載頻，在特定的條件下則容易發生竄碼。

2021年3月30 日，某無配線站股道調諧區內發生竄碼如圖4、5所示，列車正常占用的碼序應為占用IIG2時，IIG2發26.8HU碼、IIG1為26.8HU碼；列車同時占用IIG2及IIG1時，IIG2發27.9檢測碼、IIG1為26.8HU碼；當列車占用IIG2并越過調諧區空心線圈約3 m處時，使IIG1占用發26.8HU碼、IIG2發檢測碼。

圖4 無配線站股道占用的正常碼序Fig.4 Normal code sequence of no wiring station track occupation

圖5 無配線站股道調諧區竄碼示意Fig.5 Schematic diagram of code skipping in tuning area of no wiring station track

而此時調諧區內存在兩種不同載頻的鋼軌短路電流，且受潮軌面浮銹等原因影響，列車不能完全短路掉后方區段IIG2的電流，其幅值在調諧區內能達到TCR接收天線的接收靈敏度，當列車同時占用IIG2及IIG1，但列車未完全進入IIG1軌道區段時，IIG1的鋼軌短路電流幅值未能達到大于IIG2的2倍及以上，未滿足300T/200K型ATP從上一個區段進入到本區段時，接收到的本區段載頻信息幅值需大于上一個區段載頻信息2倍及以上的要求，同時因運營的需要，列車進入此無配線站股道時需停車載客、車速較慢，車載TCR接收天線在調諧區內停留的時間大于1.9 s，滿足并大于TCR接收天線的響應時間，使其可靠接收到兩種不同的編碼信息，如圖6所示。因此列車因無法判斷正確的低頻碼，輸出緊急制定。

圖6 車載設備數據顯示的錯誤碼序切換Fig.6 Error code sequence switching diagram displayed by onboard equipment data

2）車載設備處理邏輯與軌道電路結合引發的竄碼故障處理

a.對電氣絕緣節進行技術改造，采用機械絕緣節，從根本上解決因列車在無配線車站股道調諧區停車造成竄碼。

b.根據列車日常正常運行方向，結合ATP車載設備的處理邏輯，聯系設計單位，優化車站股道前后區段之間的出入口電流調整比例，減少干擾竄碼概率。

c.在滿足技術規范的條件下，優化ATP車載設備的處理邏輯，減少車載設備與軌道電路結合引起的竄碼故障。

4 總結及建議

4.1 總結

通過對高速鐵路ZPW-2000A軌道電路調諧區的竄碼故障進行分析，幫助高鐵信號設備維護人員更好地掌握軌道電路調諧區及車載設備信息接收的原理和技術特點，總結發生竄碼故障的原因及處理方法，提高故障分析及處理能力，壓縮故障延時，減少信號設備故障對鐵路運輸的影響。

4.2 建議

在后續的新線建設過程中，因運營需正常停車的無配線車站，建議參考有配線車站設計，股道采用機械絕緣節，從根本上解決因列車在調諧區內停車造成竄碼。