客運專線ZPW-2000A軌道電路應用分析

關 瓊

(柳州鐵道職業技術學院，廣西柳州 545007)

ZPW-2000A無絕緣移頻軌道電路是目前我國鐵路廣泛應用、先進、具有自主知識產權的軌道電路設備，其傳輸性好、安全性高、可維修性強，能夠實現軌道電路全程斷軌檢查、調諧單元內部斷線檢查，并且系統中的發送器采用“N+1”冗余，接收器采用成對雙機并聯運用，提高了系統可靠度，為主體化機車信號和列車超速防護系統的安全性提供堅實基礎。依據鐵道部《客運專線CTCS-2級列控系統配置及運用技術原則（暫行）》（鐵集成[2007] 124號）第5.1條“區間采用ZPW-2000（UM）系列無絕緣軌道電路，中間站站內應采用與區間同制式軌道電路，復雜大站正線及到發線宜采用與區間同制式軌道電路……”，已經修建的多條客運專線如京津城際、合寧、合武應用了客運專線ZPW-2000A軌道電路。客運專線ZPW-2000A軌道電路是在既有ZPW-2000A軌道電路的基礎上，針對客運專線的使用特點進行適應性改進，它保持了原有的優越性，在一些應用方式和有關設備配置上進行調整，使之更穩定、更可靠，適用于我國高速鐵路客運專線的列控系統，充分保證列車高速運行的安全。

1 結構組成

客運專線ZPW-2000A軌道電路有區間設備和站內設備兩種。區間軌道電路系統結構包括電氣絕緣節—電氣絕緣節軌道電路和機械絕緣節—電氣絕緣節軌道電路；站內軌道電路系統結構為機械絕緣節—機械絕緣節軌道電路。圖1所示為區間機械絕緣節—電氣絕緣節軌道電路的系統結構圖。

無論哪種系統結構都由室內和室外兩部分設備組成，其中，室內設備主要有發送器、接收器、衰耗冗余控制器（單頻和雙頻）、防雷模擬網絡盤等；室外設備主要有調諧匹配單元、空芯線圈、機械絕緣節空芯線圈、站內匹配單元、補償電容和扼流適配變壓器等。

2 應用特點

2.1 發送器冗余方式

發送器由既有的“N+1”提高為“1+1”備用模式，減少了因設備故障導致行車中斷的情況，大大提高了系統可靠性。

“N+1”冗余方式就是根據需要設置N個主用發送器共同使用一個備用發送器。當某一個主用發送器發生故障時，備用發送器能夠自動替代其工作，保證系統正常運作。既有ZPW-2000A通常采取一個站備用一個發送器或上、下行線各備用一個發送器的冗余方式，這種“N+1”冗余方式在一定程度上提高了系統運用的可靠性，并節約投資，但是只能保證僅有一個主用發送器故障時，系統工作不中斷。

客運專線列車運行速度高、行車密度大，各系統設備的安全性、可靠性顯得尤為重要。因此將ZPW-2000A軌道電路發送器的冗余方式改進為“1+1”，即每個主用發送器都配置了備用發送器，構成“雙機熱備”形式，通過各自的FBJ接點接入系統，如圖2所示。當主備發送器均工作正常時，FBJZ、FBJB保持在吸起狀態，此時主用發送器產生的移頻信息通過FBJZ前接點送出；若主用發送器故障，FBJZ落下斷開其輸出電路，備用發送器產生的移頻信息通過FBJB前接點和FBJZ后接點同樣可送至防雷模擬網絡盤，保證了設備運作的連續性，大幅度提高系統的安全性和可靠性，同時也在簡化冗余電路的基礎上減少了現場配線。

2.2 發送器編碼方式

發送器采用無接點的計算機編碼方式，取代了既有ZPW-2000A軌道電路系統的繼電編碼方式，減少了繼電器電路的設置。

既有ZPW-2000A系統為了控制通過信號機點燈和發送器低頻編碼，每個軌道電路區段設置了1GJ、2GJ、3GJ、4GJ、5GJ電路，分別復示運行前方5個閉塞分區狀態，并利用1GJ～5GJ的第一組接點構成本區段發送器的低頻編碼電路，送出編碼條件，如圖3所示。

改進后客運專線ZPW-2000A軌道電路的編碼是由列控中心通過設備接口采集軌道電路空閑或占用以及信號開放等條件，計算各個軌道電路區段的低頻信息碼，相關編碼數據通過CANA、CANB總線送到軌道電路通信接口板進行轉發，由CAND、CANE總線送至發送器，發送器的CPU1、CPU2根據收到的載頻、低頻條件產生移頻信號。由此可見，客運專線ZPW-2000A系統取消了原有大量的編碼繼電器，優化了系統配置，減少中間故障環節。

另外，客運專線ZPW-2000A軌道電路接收器的載頻選擇也由列控中心進行集中配置，相關條件通過同樣的總線方式由軌道電路通信接口板轉發送至接收器。

2.3 集中監測采集方式

既有ZPW-2000A監測維護終端的采集信息來自采集衰耗器、分線采集器和采集發送檢測器（站內電碼化），各采集分機采集實時數據通過CAN通信總線傳給采集處理器，采集處理器對數據按區段進行匯總和邏輯處理，處理結果經由RS-485串行接口或RJ45以太網接口傳給集中監測主機。

而客運專線ZPW-2000A自帶監測維護終端，采集信息全部來自軌道電路通信接口板（CI-TC）。發送器、接收器通過CAND、CANE總線將工作狀態參數和軌道電路參數發送到軌道電路通信接口板，由軌道電路通信接口板經CANC總線把相關監測信息傳給軌道電路維護終端。對數據進行記錄和分析后，再由維護終端傳給集中監測，為軌道電路電氣特性分析提供可靠數據，也為設備的狀態修提供技術支持。

客運專線ZPW-2000A編碼控制和監測信息采集方式如圖4所示。

2.4 一體化ZPW-2000A軌道電路

既有ZPW-2000A自動閉塞區段的車站接、發車進路和股道采用站內軌道電路（如25 Hz相敏軌道電路、交流連續式軌道電路）預疊加ZPW-2000A移頻信號的電碼化方式，列車運行控制系統的行車信息僅僅是疊加在軌道電路上，對于信息接收的可靠度需要額外手段加以檢測，在方案實施和設備設置上比較繁復和累贅。

客運專線車站內采用與區間同制式的ZPW-2000A軌道電路，軌道電路信息和列車的車載信息集一體，使用同一發送設備，相同的移頻信息經調制、放大后送至鋼軌，經由鋼軌在任意時刻同時向軌道電路傳輸系統的接收設備和列車運行控制系統的車載設備提供。站內軌道電路采用機械絕緣節分割，不需要調諧單元，直接使用站內匹配變壓器與鋼軌相連，并且在電氣化牽引區段為使牽引電流暢通無阻，還設置了扼流適配變壓器。另外，通過采用軌道電路鋼軌引接線迂回走線的安裝方法和增加道岔跳線、道岔跳線換位設置的方法，較好地解決了站內軌道電路機械絕緣節及道岔區段彎股處接收車載信息存在“盲區”的問題。切實保證列車在區間和站內運行過程中控車信息接收的不間斷，真正實現“時間”和“空間”上的連續，取消了電碼化環節，減少故障點，更具安全可靠性。

2.5 優化整合系統設備配置

1）整合調諧單元和匹配變壓器單元

既有ZPW-2000A軌道電路配置室外設備時，匹配變壓器與調諧單元分盒設置，兩個盒體背對背安裝在調諧區小軌道線路邊的基礎樁上。改進后的客運專線ZPW-2000A將區間軌道電路電氣絕緣節、機械絕緣節的調諧單元與匹配變壓器“二合一”設置，減少了系統設備數量，更利于施工安裝、日常維護。整合而成的“調諧匹配單元”包括調諧部分、匹配部分及引接線模擬電感，如圖5所示。

2）優化補償電容的配置

ZPW-2000A軌道電路在鋼軌中傳輸的移頻信號會受到鋼軌電感感抗的影響，傳輸距離降低，為改善這種影響，采取在軌道電路中分段加裝補償電容的方法。既有ZPW-2000A軌道電路補償電容設置按照不同載頻分別使用40、46、50、55μF 4種容量，并根據軌道電路長度確定電容個數進行等間距安裝。由于客運專線大多采用先進的無砟道床軌道，具有良好的軌道電路參數和標準的道床漏泄電阻，因此客運專線ZPW-2000A軌道電路優化了補償電容配置，采用25μF一種，安裝間距按照不同載頻來確定，如區間1 700、2 000 Hz區段為60 m，2 300 Hz、2 600 Hz區段為80 m，站內統一為100 m（軌道電路長度大于300 m時）。補償電容采用全密封工藝，提高容值穩定性和延長了使用壽命。

3 維護與故障處理

3.1 日常維護建議

1）重視室內設備巡視，按規定檢查各架、柜的設備器材安裝牢固、接插良好，相應表示燈顯示正常，智能電源屏供電正常，防雷模塊無劣化現象，各設備無發熱、異常噪音或異常氣味現象；若發現異常情況及時處理，同時注意保持室內環境良好。

2）加強室外設備巡視，保證道岔“跳線”、軌道電路貫通地線完整，及時發現并克服調諧匹配單元、空芯線圈、補償電容等設備出現松動、損壞和被盜的不安全因素，消除故障隱患，保證系統良好運作。

3）利用先進的信號集中監測系統對ZPW-2000A軌道電路設備電氣特性進行測試，盡量做到日日監測、分析軌道電路接收電壓、曲線，準確掌握設備工作狀況。

4）現場工作人員加強學習，認真掌握設備性能和維護技術，提高對設備的維護能力和故障處理能力，為保證客運專線ZPW-2000A軌道電路設備的運用質量奠定堅實的基礎。

3.2 一般故障判斷處理

1）監測設備給出報警，指示發送器或接收器故障：發送器或接收器損壞，更換相應的發送或接收設備。

2）發送器和接收器工作正常，衰耗冗余控制器面板工作燈卻不亮：衰耗冗余控制器表示燈故障，需要更換衰耗冗余控制器；或接線松動，檢查發送器、接收器與衰耗冗余控制器的配線。

3）接收器工作不穩定，有時出現紅光帶：補償電容與鋼軌連接松動或被盜，逐個檢查室外發送端補償電容與鋼軌是否可靠連接、是否缺失。

4）整個機柜所有主發送器均不工作：列控中心與軌道電路通信接口板間的CANA、CANB通信故障或軌道電路通信接口板與移頻柜CAND、CANE通信故障；也可能是列控主機軟件數據配置錯誤。

[1] 鐵道部鐵集成[2007]124號 關于印發《客運專線CTCS-2級列控系統配置及運用技術原則（暫行）》的通知[S].

[2] 北京全路通信信號研究設計院．客運專線ZPW-2000A軌道電路，2009.

[3] 北京全路通信信號研究設計院．ZPW-2000A無絕緣移頻自動閉塞系統技術培訓教材，2004.