無絕緣諧振式軌道電路系統研究與實現

楊建華 林衛永 鐘朱婷 溫業中

（通號萬全信號設備有限公司，杭州 310000）

無絕緣諧振式軌道電路系統研究與實現

楊建華 林衛永 鐘朱婷 溫業中

（通號萬全信號設備有限公司，杭州 310000）

根據現代有軌電車信號控制系統的特點，提供一種用于有軌電車鐵路線路占用與空閑檢查的方案。結合工程需要重點分析無絕緣諧振式軌道電路系統的原理和實施方案，可供現代有軌電車檢查列車位置并保證列車運行安全提供設計參考。

現代有軌電車；信號系統；軌道電路

1 概述

由于現代有軌電車具有工程造價低、建設周期短、運營組織靈活、乘坐舒適快捷、節能、環保的特點，在越來越多的城市興起。現代有軌電車采用的是司機目視駕駛且無專有路權，怎樣保證電車的行車安全成為信號系統的重要目標。在信號系統控制設備中，軌道電路是保證行車安全的重要基礎設備，用于檢查鐵路線路是否有車。由于我國有軌電車信號控制系統研究起步較晚，有軌電車專用軌道電路系統主要由國外企業提供。無絕緣諧振式軌道電路產品的開發，為有軌電車信號控制系統，提供了更適合我國有軌電車鐵路線路占用與空閑檢查的基礎設備。

為提高有軌電車在正線或車輛段道岔聯鎖區域的行車安全，在道岔的接近區段和道岔區段設置無絕緣諧振式軌道電路設備，并把軌道電路發送采集板置于軌旁控制箱內，用于軌道區段空閑與占用檢查。無論是有軌電車列車還是軌道車，只要有輪對進入軌道區段，就可以檢測到有車進入本區段，并記錄和顯示有車占用。當列車全部輪對出清本區段，立即將進路狀態改為空閑狀態。

2 系統構成

無絕緣諧振式軌道電路設備主要由處理器、發送器、接收器、匹配單元、電容、電纜和短接線等組成。利用鋼軌的電感特性與匹配電容構成一個諧振式回路。軌道電路板集成發送器和接收器于一體，且發送器和接收器的CPU都采用二取二結構。軌道電路板采用6U板卡設計，安裝在軌旁控制箱內19寸6U機架式機箱內部，板卡前面板開孔印字外露所有功能指示燈，板卡后面均留有外接線端子，用于所有外設的輸入和輸出連接。系統結構如圖1所示。

圖1 無絕緣軌道電路系統結構圖

3 系統原理

3.1 系統原理說明

無絕緣諧振式軌道電路是將一定長度的鋼軌兩端用短路線短路，中間安裝諧振電容，在兩端適當的位置安裝發送器和接收器構成一個閉合回路。利用鋼軌對高頻信號呈現電感特性，并配合適當的電容器構成諧振電路。在發送器中發送一定頻率的信號，接收端可以順利地接收到這個信號。

在無車進入該軌道區段時，發送器通過電纜和調諧匹配單元將一定功率的FSK信號送入軌道電路一端，在軌道電路的另一端通過調諧匹配單元和電纜將經過一定衰耗的FSK信號傳送到接收器。接收器經過分析計算，確認接收信息達到門限值，接收器將結果傳送給處理器模塊，處理器模塊確認本區段狀態為空閑并記錄；反之，當有列車進入軌道電路區段時，由于列車輪對的短路作用，使鋼軌軌面上的諧振回路不在諧振點，導致接收器接收信息在門限值以下，處理器模塊接收并判定本區段為占用狀態。

3.2 主要技術指標

軌道電路板工作電壓范圍：DC20～26 V，功率≤12 W；軌道區段控制長度：3～100 m；系統應變時間：＜0.3 s；分路靈敏度：＞0.15 Ω；系統工作頻率：20～30 kHz；系統調制低頻數量：16;調制方式：FSK移頻鍵控調制；可靠性MTBF=100 000 h；誤碼率：＜10-9；發送功率：5 W；軟件、硬件設計符合故障-安全要求。

4 系統接口

軌道電路板采用DC24 V/2 A供電。軌道電路板向軌旁控制器提供軌道電路占用和空閑表示接口，占用和空閑表示通過GJ繼電器接點方式把軌道狀態發送至軌旁控制器的I/O模塊，接口采用2個端子實現，接點閉合表示軌道空閑，接點斷開表示軌道占用。接口也可采用CAN總線方式，將軌道狀態上傳至軌旁控制器，應變速度更快。軌道電路板與鋼軌的接口采用四線制，X1X2用于發送器發送FSK信號到鋼軌軌面，X3X4用于接收器接收來自軌面的FSK信號。系統接口如圖2、3、4所示。

圖2 軌道電路板與軌旁控制器電源接口連接示意圖

圖3 軌道電路板與軌旁控制器通信接口連接示意圖

圖4 軌道電路板與鋼軌連接示意圖

5 系統各模塊功能

5.1 設備硬件功能說明

發送器：發送模塊通過電纜和匹配單元，將一定功率的FSK信號送入軌道電路一端。

接收器：在軌道電路的另一端，通過匹配單元和電纜，將經過一定衰耗的FSK信號送到接收模塊。

短路線：在軌道區段的兩頭用短路線連接，可以阻止軌道電路電流信息流出本區段，還可以均衡兩條鋼軌的牽引回流電流。

二是構建符合現代企業制度要求的人才選用機制。繼續深化崗位競聘制度，以公開招聘、競爭上崗、組織選拔等多種方式，建立科學的人才選用機制，破除論資排輩等不良現象，為畢業生脫穎而出、施展才華創造寬廣的舞臺。同時，加大專業技術職務評聘分開的力度，提高引進畢業生職稱評審的比例，把技術水平高、專業能力強的優秀畢業生，選聘到關鍵技術崗位，拓寬知人識人渠道。

軌道電路板的功能如下：

當區段無車時，接收模塊經過分析計算確認接收到了達到門限值的正確信息，接收模塊將結果傳送給處理模塊，處理器模塊確認本區段狀態為空閑并記錄。

當有車進入本區段時，由于輪對短路發送端與接收端的通路，接收端的信號會低于要求的門限，接收器經過分析將結果傳送給處理模塊，處理器模塊確認本區段狀態為占用并記錄。

軌道電路的功能劃分：軌道電路板硬件功能單元可分為雙處理器電路、開關電源電路、功率放大電路、發送監測電路、接收采集電路、對外接口電路、參數調整電路和故障記錄電路，共8個子模塊。如表1所示。

表1 各功能模塊說明

5.2 設備軟件功能說明

軌道電路板軟件整體分為初始化模塊、指示燈模塊、信號輸出模塊、檢測模塊、信號采集模塊、狀態輸出模塊、參數調整模塊及故障記錄模塊，共8大功能模塊。

軌道電路板上電后，程序將初始化參數，然后對系統輸出信號進行各項參數檢測；在各項參數滿足正常工作條件后，系統再對系統輸入信號進行各參數檢測，經過邏輯計算和分析，最后執行相應命令的操作。如表2及圖5所示。

6 系統應用舉例

無絕緣軌道電路系統主要用于軌道線路區域的空閑、占用檢查，以保證列車在線路上的運行安全。在辦理行車進路進行道岔位置轉換時，需要檢查道岔區域無車，并在轉換過程中不允許有車進入。如果有車進入道岔區域，沒有轉換的道岔不允許被轉換，已經轉換的道岔要繼續轉換到底。道岔全部

表2 模塊功能和處理流程

圖5 軌道電路板程序處理流程圖

轉換到了進路要求的位置并鎖閉，防護該進路的信號機才可以開放。為了保證列車行車安全，在道岔的尖軌前要設置一定長度的軌道電路稱為保護區段（BHG）。當列車在道岔轉換期間進入該區段，利用列車在保護區段運行時間使道岔轉換到底。

圖6是由一個對向道岔控制直行或左轉線路的應用。在道岔區域設置四段無絕緣軌道電路，分別是接近軌JJG、保護軌BHG、道岔定位軌DCG、道岔反位軌FCG。保護進路的信號機設在保護軌前方。列車進入接近軌時，下傳道岔轉換命令；當道岔轉換到規定位置并開放信號，列車可以越過信號機進入道岔區域，列車壓入保護軌時，信號機關閉；當列車依次壓入并出清JJG、BHG、DCG（FCG）后進路解鎖、道岔解鎖，又可以重新接收進路命令。

圖6 無絕緣軌道電路道岔區域安裝示意圖

如果是背向道岔，情況類似，只是接近軌和信號機要設置在另外一個方向，保護軌和離去軌互換。

7 系統安裝

7.1 無絕緣諧振式軌道電路設備的安裝

無絕緣諧振式軌道電路安裝要求，兩個相鄰區段要間隔4 m，鋼筋網離軌道電路應20 cm以上，相鄰區段分別使用高頻（27 kHz附近的頻率）和低頻（22 kHz附近的頻率），連接電纜長度一般不超過200 m。圖7所示為無絕緣軌道電路室外安裝示意。

圖7 無絕緣軌道電路室外安裝示意圖

7.2 無絕緣諧振式軌道電路設備的調試

通過查表可得到電容的容值，在設備安裝完畢后，將軌道電路板設置為調試狀態。軌道電路板的人機對話窗口可顯示出諧振頻率、發送電壓、接收電壓。如果參數與設計要求誤差較大，可更換電容或調整發送電壓值至滿足要求。調試結束后，將軌道電路板設置為工作狀態，原始數據將被寫入記錄單元。當軌道電路改造或更換處理器板時，需用特殊手段重新進入調試狀態。

系統進入工作狀態后，軌道電路的空閑與占用等信息，通過繼電器接點和CAN總線通信口，傳送給軌旁控制器及其他周邊設備。

7.3 鋼軌短路線安裝、諧振電容安裝、接收及發送匹配盒安裝

鋼軌短路線設置位置應符合設計要求，將鋼軌短路線的塞釘敲入鉆好的孔眼中，必須確保塞釘完全進入鋼軌內部。

兩邊引出35 mm2的導線，導線頭部已經安裝好塞釘，將兩邊的塞釘按安裝短路線的方式安裝到軌道中。敲好塞釘后用萬用表測量接觸電阻，確保接觸電阻小于10 mΩ。安裝完畢后，用泥土覆蓋好諧振電容，確保電容不應振動移位。

匹配盒具有兩種規格，分別為發送匹配盒和接收匹配盒，發送匹配盒安裝靠近軌旁控制箱，接收匹配盒遠離軌旁控制箱。按同樣的方式將匹配盒的塞釘敲入鋼軌內側。敲好塞釘后，用萬用表測量接觸電阻，確保接觸電阻小于10 mΩ。安裝完畢后，用泥土覆蓋好匹配盒，不應振動移位。

匹配盒的中部位置具有一個防水連接器，該連接器為2芯插座，將從軌旁控制箱內引出的發送端連接到2芯插座，并用力旋緊連接器固定螺母，確保端子防水塵。同樣接收端也從軌旁控制箱引出連接到接收匹配盒的連接器端子上。如圖8所示。

圖8 短路線、匹配電容、接收及發送匹配盒安裝示意圖

8 結論

無絕緣諧振式軌道電路，是有軌電車信號控制系統的基礎產品，對保證列車運行安全有著十分重要的作用。這個產品借鑒國外產品的技術優點并結合我國運行特點和需求，有著比較廣泛的使用空間。該系統具有結構簡單、可靠性強、安全性好、安裝維護方便、性能價格比高等特點。

[1]中華人民共和國建設部.GB50157-2003地鐵設計規范[S].北京：中國計劃出版社，2003.

[2]北京鐵路局.ZPW-2000A型無絕緣移頻自動閉塞原理與維護[Z].2005.

[3]北京城建設計研究總院有限公司.北京市現代有軌電車技術[Z].2010.

[4]鄒仕順.現代有軌電車的信號控制技術[J].北京：鐵路通信信號，2014，50（4）：8-11.

According to the characteristics of signal control systems for modern trams, the paper puts forward a scheme for occupancy and clear detection of trams railway lines. Combined with engineering needs, it analyzes the principles and implementation scheme of the non-insulated resonant track circuit system for locating the modern trams and ensuring tram safe operation.

modern trams; signal system; track circuit

10.3969/j.issn.1673-4440.2016.06.019

2016-08-22）