集中式25周相敏軌道電路監測診斷技術研究

摘 要：集中式25周相敏軌道電路是在既有25周技術基礎上的升級迭代產品，具有系統結構簡單、集成化程度高、調整維護方便的特點。通過對各設備端口參數的采集，將電力載波傳至室內搭建統一的數據運算平臺，實現設備的監測及故障診斷，提高設備應用的信息化及智能化，提升鐵路運輸效率。

關鍵詞：相敏軌道電路;電力載波;監測診斷;信息化;智能化

中圖分類號：U284.2 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2024）22-0181-04

Abstract： The centralized 25-cycle phase-sensitive track circuit is an upgraded iterative product based on the existing 25-week technology. It has the characteristics of simple system structure， high degree of integration and convenient adjustment and maintenance. Through the collection of the port parameters of each equipment， through the power line carrier transmission to the indoor to build a unified data operation platform to achieve equipment monitoring and fault diagnosis， improve the information and intelligence of equipment application， and improve the efficiency of railway transportation.

Keywords： phase-sensitive track circuit; power line carrier; monitoring and diagnosis; informatization; intelligence

智能鐵路已是當前鐵路行業研究的重要方向，鐵路信號設備的監測診斷技術，可以有效盯控設備的運行狀態及設備故障預警，對信號設備的智能維護，故障快速恢復發揮重要作用。集中式25周相敏軌道電路屬于近年來的新型軌道電路，該系統的監測診斷技術研究，屬于鐵路信號設備維管信息化、智能化的重要內容。

1 集中式25周相敏軌道電路系統簡介

集中式25周相敏軌道電路系統（以下簡稱“集中式”）由室內發送單元、室內接收單元、扼流變壓器及軌道電路接收器（二元二位繼電器及25周電子相敏接收器）組成[1-2]。以二元二位繼電器為軌道電路接收器為例，一送一受系統結構圖如圖1所示。

室內送電端主要設備為DN-F/25型室內發送單元，用以軌道電路的電平檔位調整，模擬電纜電阻補償，同時也為疊加電碼化時移頻信號的傳輸提供通道。受電端設備由DN-R/25型室內接收單元及軌道電路接收設備構成，室內接收單元用于系統的相位調整、終端阻抗匹配，一送多受區段電壓微調，同時為疊加電碼化時移頻信號的傳輸提供通道。

室外設備只有BEL型扼流變壓器，作為軌道電路信號傳輸設備，保證牽引回流的暢通，同時為四線制電碼化制式下移頻信號的傳輸提供接口。

2 故障診斷模型設計

按照軌道電路的系統組成，監測診斷系統采集的參數見表1。

建立集中式25周相敏軌道電路的基礎數學模型，按照模型計算出系統在正常工作狀態下的工作值，作為故障診斷的判斷依據，納入監測診斷系統的基礎信息庫[3]。當系統發生故障（調整狀態下繼電器電壓或相位變化較大、分路狀態下殘壓過高等）時，將實時采集的電壓電流信號與標準工作值進行對比并智能化分析處理，進行系統故障定位。

將集中式劃分為8段進行分析，即室內發送單元、送端電纜線路、送端扼流變壓器、軌道線路、受端扼流變壓器、受端電纜線路、室內接收單元及軌道電路接收器8個模塊。總結了8個故障區域、22個故障類型，根據數據維度進行故障區域合并或細化，故障類型見表2。

3 監測診斷系統設計

3.1 系統整體功能

監測診斷系統實現以下功能。

3.1.1 監測參數擴展并預留集中監測通信接口

實施采集室內發送單元、室內接收單元輸入輸出的電壓電流參數，送受電端扼流變壓器牽引、信號側電流信息，可以生成實時曲線、日曲線、月曲線，日報表以及月度報表。具備數據存儲以及場景回放功能。可以向信號集中監測系統傳輸采集基礎數據，預留相應的通信接口[4]。

3.1.2 監測及診斷系統設備開路、短路故障診斷

通過監測數據分析以及配置的故障參數特征，當設備發生故障時，給出可能造成該種故障的報警信息，故障定位至每個設備。

3.2.3 不平衡牽引電流干擾故障診斷

扼流變壓器鋼軌連接線電流的采集以及頻譜分析，獲得50 Hz工頻信號成分，通過電流比較確定不平衡度，依據系統特性定位該種故障類型，對全站牽引回流通道監測，輔助分析優化牽引回流路徑。

3.1.4 絕緣破損故障診斷

相鄰兩區段的繼電器電壓同步變化規律提取，以及扼流變牽引側電流變化，確定絕緣破損位置。

集中式25周相敏軌道電路的故障診斷系統，通過軌道電路的數學模型，計算出系統在正常工作時的參數范圍，同時可以仿真出當某一個器材甚至器材內部電路故障導致參數發生變化時，多組成系統各設備端口的電壓電流參數造成的變化規律，在診斷軟件中進行配置，實現故障診斷定位。

3.2 系統結構組成

站內軌道電路監測及診斷系統由室內設備及室外設備組成，室內設備由診斷主機、室內通信分機、室內監測單元及電流傳感器組成;室外設備由室外采集分機以及電流傳感器組成[5]。系統結構如圖2所示。

系統包括GD-JC型監測單元及診斷主機。室內監測單元對室內發送單元、室內接收單元的輸入端電壓、電流，輸出端電壓、電流信號進行采集處理，與診斷主機之間采用CAN通信連接，診斷主機顯示軌道電路工作參數的數據及趨勢曲線，便于監測及分析。

室外設備由室外監測分機及電流互感器組成，實現對扼流變壓器牽引側25、50 Hz信號電流的監測，采集信號通過室外監測分機，利用電力載波技術，通過電纜傳輸至室內載波通信分機，并與室外采集數據一并傳輸至上位機處理。

監測系統具備數據采集、處理、存儲、統計、界面顯示、歷史回放和故障診斷定位等功能，并將采集及報警數據通過預留的以太網接口傳送給信號集中監測。

診斷主機軟件邏輯結構主要分為：數據采集處理轉發模塊及顯示模塊，前者為診斷主機核心模塊，后者用于負責與用戶的互動，如圖3所示。

監測診斷主機軟件，是客戶端應用交互程序，包含數據顯示、查詢曲線、故障診斷等功能。

3.2.1 實時監測狀態

監測系統中可以直觀調閱室內設備的組合排列及工作狀態，監測數據報表如圖4所示。

3.2.2 曲線查詢

監測系統具備數據存儲、參數曲線生成及報表生成的功能，監測軌道電路電壓曲線如圖5所示。

將監測診斷系統在西平線南市站上道應用，并進行測試驗證效果，監測采集參數與儀表測試數據基本保持一致，誤差可以控制在5%以內。同時模擬了現場絕緣破損、斷線檢查等典型故障，系統均有可靠的報警提示。

4 結論

集中式25周相敏軌道電路監測診斷系統采用了先進的信號采集與處理技術，實現了軌道電路系統參數的在線監測及故障診斷，符合鐵路信號向著信息化、智能化方向發展的需要，可以解決現場軌道電路故障排查難的技術難題。同時，對設備參數監測以實現智能預警，避免軌道電路設備故障造成行車中斷對列車運行效率的影響。同時，設備的集成化與信息化設計，可以有效提高維護作業人員的工作效率，符合目前車站無人值守，設備免維護的發展需要。

參考文獻：

[1] 張海旭，呂德，劉泉.集中式25 Hz相敏軌道電路的研究與開發[J].鐵路通信信號工程技術，2021，18（S1）：76-81.

[2] 劉泉.集中式25 Hz相敏軌道電路調整表仿真計算[J].鐵道通信信號，2022，58（3）：32.

[3] 李文濤，楊軼軒，陽晉.高速鐵路軌道電路技術創新與實踐[J].鐵路通信信號工程技術，2019，16（S1）：1-5.

[4] 鐵路信號維護規則技術標準Ⅰ[M].3版.北京：中國鐵道出版社，2014.

[5] 李長春，趙林海.基于LightGBM算法的25 Hz相敏軌道電路故障診斷方法優化[J].鐵道學報，2022，44（8）：68-77.

作者簡介：張曉如（1991-），女，碩士，助教。研究方向為鐵路交通運輸規劃。