ZPW-2000R軌道電路調(diào)諧區(qū)的設(shè)計與實現(xiàn)

肖彩霞 鄧迎宏

*黑龍江瑞興科技股份有限公司 高級工程師，150030 哈爾濱

目前，隨著鐵路建設(shè)快速發(fā)展，列車運行速度、密度的不斷提高，以ZPW-2000系列無絕緣軌道電路為地-車信息傳輸基礎(chǔ)的列車運行控制系統(tǒng)已得到廣泛應(yīng)用。而反映列車占用或空閑的軌道電路也已成為保證車載系統(tǒng)安全信息傳遞的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，實現(xiàn)電氣諧振式無絕緣軌道電路調(diào)諧區(qū)的占用檢查、斷軌檢查、調(diào)諧器材故障檢查等尤為重要，直接影響行車安全。

ZPW-2000R無絕緣移頻自動閉塞系統(tǒng)采用DSP技術(shù)，實現(xiàn)信號的檢測、編碼、調(diào)制與解調(diào)。為了解決調(diào)諧區(qū)占用、調(diào)諧器材故障、斷軌檢查的問題，提出了5點布局的調(diào)諧區(qū)設(shè)計方案，利用本調(diào)諧區(qū)內(nèi)發(fā)送匹配變壓器(FBP)，經(jīng)調(diào)諧區(qū)軌道反向傳送本調(diào)諧區(qū)內(nèi)接收匹配變壓器(JBP)調(diào)諧區(qū)信號和正向接收主軌道信號軟件浮動門限的算法，使系統(tǒng)調(diào)諧區(qū)檢查問題得到了較好的解決，實現(xiàn)了軌道電路全程斷軌檢查。

1 ZPW-2000R調(diào)諧區(qū)設(shè)計技術(shù)條件

1．調(diào)諧區(qū)內(nèi)死區(qū)段長度不大于5 m。

2．信號機(jī)防護(hù)范圍為其內(nèi)方的調(diào)諧區(qū)和主軌道，且調(diào)諧區(qū)和主軌道均空閑時，該軌道區(qū)段GJ↑;調(diào)諧區(qū)和主軌道任意點占用時，該軌道區(qū)段GJ↓(5 m死區(qū)段除外)。

3．調(diào)諧區(qū)內(nèi)的接收調(diào)諧單元(BA2)斷線、發(fā)送調(diào)諧單元(BA1)斷線、調(diào)諧區(qū)內(nèi)斷軌時，本調(diào)諧區(qū)內(nèi)的GJ↓，實現(xiàn)信號機(jī)的紅燈防護(hù)檢查。

4．調(diào)諧區(qū)長度為30 m，器材按5點布置。

5．為提高調(diào)諧區(qū)工作的穩(wěn)定性，調(diào)諧區(qū)接收信號的工作值設(shè)為750～850 mV。

6．滿足ZPW-2000系列的軌道電路傳輸特性和軌道電路電氣隔離特性。

7．完成牽引電流的平衡和回流。

2 調(diào)諧區(qū)的結(jié)構(gòu)

如圖1所示，ZPW-2000R系統(tǒng)由電氣分隔接頭(調(diào)諧區(qū))構(gòu)成，器材布置為5點，調(diào)諧區(qū)長度30 m，發(fā)送匹配單元(FBP)設(shè)在調(diào)諧區(qū)內(nèi)距發(fā)送調(diào)諧單元(BA1)2 m處，接收匹配單元(JBP)設(shè)在調(diào)諧區(qū)內(nèi)距接收調(diào)諧單元(BA2)2 m處，空心線圈(SVA)設(shè)在調(diào)諧區(qū)中央，信號機(jī)設(shè)在發(fā)送匹配單元與空心線圈間，距發(fā)送匹配單元(BP)2 m處。

圖1 電氣分隔接頭(調(diào)諧區(qū))結(jié)構(gòu)圖

1．調(diào)諧區(qū)長度增加到30 m，使電氣絕緣節(jié)并聯(lián)諧振極阻抗大于2.0 Ω(見表1)，滿足2000系列軌道電路的傳輸特性。

表1 電氣絕緣節(jié)并聯(lián)諧振極阻抗

2．軌道電路區(qū)段電氣隔離度大于15倍。

3．由于接收調(diào)諧單元(BA2)的零阻抗約35 mΩ，直接由零點取調(diào)諧區(qū)反向信號太小，且抗干擾能力差，所以該系統(tǒng)接收(發(fā)送)匹配變壓器距接收(發(fā)送)調(diào)諧單元2 m布置，使調(diào)諧區(qū)反向接收信號取自接收調(diào)諧單元(BA2)的零阻抗(35 mΩ)與2 m鋼軌阻抗之和(30 mΩ)的端電壓，實現(xiàn)調(diào)諧區(qū)接收反向信號與主軌道信號相同電平，保證了調(diào)諧區(qū)檢查特性穩(wěn)定可靠。發(fā)送、接收端對稱布置可適應(yīng)雙方向。

4．如圖2所示，實現(xiàn)了信號機(jī)內(nèi)方調(diào)諧區(qū)和主軌道由本架信號機(jī)防護(hù)的功能，提高了系統(tǒng)的安全性。

3 調(diào)諧區(qū)檢查設(shè)計

調(diào)諧區(qū)檢查功能包括:調(diào)諧區(qū)占用(5 m死區(qū)除外)、調(diào)諧器材(BA)故障、斷軌時，調(diào)諧區(qū)內(nèi)信號機(jī)紅燈防護(hù)導(dǎo)向安全側(cè)。

3.1 調(diào)諧區(qū)占用檢查(死區(qū)檢查)

如圖2所示，調(diào)諧區(qū)A的占用檢查是接收軟件通過對調(diào)諧區(qū)反向傳輸信號和本區(qū)段主軌道信號幅度變化進(jìn)行分析計算來實現(xiàn)的。以調(diào)諧區(qū)信號的幅度變化(小于440 mV)作為調(diào)諧死區(qū)檢查的啟動條件，當(dāng)主軌道信號門檻下降到原調(diào)整值的80%～85%時，使GJ↓，實現(xiàn)調(diào)諧區(qū)占用檢查，消除了電氣諧振式無絕緣軌道電路的死區(qū)段。

圖2 信號機(jī)A防護(hù)調(diào)諧區(qū)A和主軌道A示意圖

圖3 調(diào)諧區(qū)分路曲線圖

如圖3調(diào)諧區(qū)分路曲線所示，除信號機(jī)開始內(nèi)方5 m為死區(qū)段外，其他均滿足檢查條件，使GJ↓，實現(xiàn)調(diào)諧區(qū)占用檢查。

3.2 調(diào)諧器材故障檢查

在正常情況下，接收設(shè)備以固定門限來接收調(diào)諧區(qū)反向傳輸?shù)男盘?。調(diào)諧單元BA斷線檢查是在后方區(qū)段空閑條件下完成的。

1．發(fā)送調(diào)諧單元(BA1)斷線檢查 。如圖4所示，當(dāng)調(diào)諧區(qū)發(fā)送側(cè)BA1斷線時，破壞了并聯(lián)諧振，由于發(fā)送側(cè)極阻抗喪失，使接收設(shè)備接收的調(diào)諧區(qū)信號電壓降低40%以上，接收設(shè)備通過軟件檢測到電壓下降的跳變，即可判斷出發(fā)送側(cè)BA1斷線的故障，而使軌道繼電器落下，實現(xiàn)紅燈防護(hù)。

2．接收調(diào)諧單元(BA2)斷線檢查。如圖5所示，當(dāng)調(diào)諧區(qū)接收側(cè)BA2斷線時，由于接收側(cè)BA2對調(diào)諧區(qū)發(fā)送的反向信號呈零阻抗，使接收設(shè)備接收的調(diào)諧區(qū)信號電壓上升200%～450%，接收設(shè)備通過軟件檢測到電壓上升的跳變，即可判斷出BA2斷線故障，而使軌道繼電器落下，實現(xiàn)紅燈防護(hù)。

3.3 調(diào)諧區(qū)斷軌檢查

在正常情況下，接收設(shè)備以固定門限來接收調(diào)諧區(qū)反向傳輸?shù)男盘枴Ｕ{(diào)諧區(qū)斷軌檢查是在后方區(qū)段空閑條件下完成的。

如圖6所示，同調(diào)諧區(qū)BA1斷線故障現(xiàn)象相同，斷軌時接收設(shè)備接收的調(diào)諧區(qū)信號電壓下降近乎為零，接收設(shè)備通過軟件檢測到電壓下降的跳變，即可判斷出調(diào)諧區(qū)斷軌故障，而使GJ↓，實現(xiàn)紅燈防護(hù)。

圖6 調(diào)諧區(qū)斷軌故障曲線圖

綜上所述，該軌道電路除按主軌道信號門限控制GJ吸起、落下情況外，還以調(diào)諧區(qū)檢查結(jié)果控制GJ吸起與落下。當(dāng)調(diào)諧區(qū)發(fā)生上述情況進(jìn)行檢查時，即使主軌道信號大于240 mV時，GJ也要落下。當(dāng)列車出清本軌道區(qū)段后方區(qū)段空閑時，如調(diào)諧區(qū)信號電壓不滿足工作值750～850 mV，即使主軌道信號大于240 mV時，GJ也不吸起。

4 機(jī)械絕緣節(jié)區(qū)段

實際運用中，車站與區(qū)間的分界均以機(jī)械絕緣劃分，區(qū)間與車站相鄰的1LQ和3JJ軌道電路區(qū)段為“機(jī)械-電氣”區(qū)段，當(dāng)軌道電路正向接收端為機(jī)械絕緣(1LQ無調(diào)諧區(qū))時，需將接收器的調(diào)諧區(qū)檢查設(shè)置端通過正向ZFJ↑接通。當(dāng)軌道電路反向接收端為機(jī)械絕緣(3JJ無調(diào)諧區(qū))時，需將接收器的調(diào)諧區(qū)檢查設(shè)置端通過反向FFJ↑接通，即可保證軌道電路調(diào)諧區(qū)正常工作。

5 調(diào)諧區(qū)檢查的輸出方式

由于電氣諧振式無絕緣軌道電路調(diào)諧區(qū)存在固有死區(qū)段，實現(xiàn)調(diào)諧器的占用檢查、斷軌檢查、調(diào)諧器材故障檢查是確保行車安全的必要措施。檢查方式可按上述方式的輸出結(jié)果控制GJ↓，由信號機(jī)紅燈防護(hù)。也可根據(jù)特殊技術(shù)要求，將輸出結(jié)果只做報警輸出至維護(hù)系統(tǒng)終端。

6 結(jié)束語

調(diào)諧區(qū)采用獨特的5點布局方案和死區(qū)檢查浮動門限算法，通過對主軌道、調(diào)諧區(qū)信號的接收和處理，縮短調(diào)諧區(qū)的分路死區(qū)，實現(xiàn)軌道全程斷軌檢查及調(diào)諧單元斷線檢查，從而提高了系統(tǒng)的安全性。

幾年來經(jīng)過電化、非電化區(qū)段、低阻道床、復(fù)線、單線雙方向追蹤、站內(nèi)、區(qū)間同制式軌道電路等多種工作環(huán)境近3000多公里的現(xiàn)場運用考驗。調(diào)諧器檢查功能及系統(tǒng)運用效果安全、穩(wěn)定、可靠。該閉塞設(shè)備是目前鐵路 CTCS-1、CTCS-2、CTCS-3級列控系統(tǒng)的重要技術(shù)裝備之一，將在鐵路運輸中發(fā)揮其安全可靠的作用。

［1］費錫康 ．無絕緣軌道電路原理及分析［M］.北京:中國鐵道出版社，1993.

［2］吳運熙 ．鐵道信號抗電力牽引電路的干擾［M］.北京:中國鐵道出版社，1992.

［3］董紹平 ．?dāng)?shù)字信號處理基礎(chǔ)［M］.哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1989.