移頻發送器冗余切換設計研究

王立山

（中國鐵路沈陽局集團有限公司長春電務段，長春 130051）

1 移頻發送器冗余切換設計介紹

在實際應用中，移頻發送器包括普速發送器和客專發送器，分別應用在普速軌道電路系統和客專軌道電路系統。二者的冗余切換設計原理基本相同，但在實際應用時采用的設計方式不同，普速發送器采用N+1冗余切換設計方式，客專發送器采用1+1冗余切換設計方式。

移頻發送器冗余切換設計原理如圖1所示，在用發送器工作條件分別送入兩套微處理器CPU1和 CPU2中，CPU1控制移頻發生器產生FSK移頻信號，CPU1和 CPU2同時回采該信號，并進行頻率檢測，檢測合格后，CPU1和 CPU2通過控制與門允許該信號輸出，通過濾波環節轉換為正弦波，最后從功放輸出，CPU1和 CPU2同時回采功放輸出的移頻信號，并對移頻信號的低頻、載頻、幅度特征進行檢測，檢測合格后，CPU1和 CPU2輸出動態方波控制安全與門，使在用發送報警繼電器FBJ勵磁吸起，在用發送器輸出的移頻信號通過FBJ接點接入信號通道，當在用發送器故障時，FBJ落下，備用發送器通過在用發送器FBJ接點接入信號通道。另外，當發送器輸出短路時，經過CPU1和 CPU2自檢，會使控制與門關閉10 s，發送器進入休眠保護模式。相對普速發送器，客專發送器增加CPU1和 CPU2對FBJ的回采檢測功能。

圖1 發送器冗余切換設計原理示意Fig.1 Schematic diagram of the principle of redundant switch design of transmitter

1.1 普速發送器N+1冗余切換設計方式介紹

如圖2所示，普速軌道電路的每個區段配備一臺在用發送器，現場多臺在用發送器設置一臺備用發送器熱備，通過各在用發送器的FBJ（即發送報警繼電器）接點建立冗余切換電路。FBJ是單獨的外接繼電器，一般安裝在現場組合架上，當一臺在用發送器故障時，備用發送器通過FBJ接點切入信號通道，替代故障發送器繼續工作。

圖2 普速發送器N+1冗余切換設計方式Fig.2 N+1 redundant switch design for transmitters of low-speed lines

普速發送器冗余切換設計方式的優點是性價比較高。缺點是多臺在用發送器共用一臺備用發送器，無法應對多臺在用發送器同時故障的情況。

1.2 客專發送器1+1冗余切換設計方式介紹

如圖3所示，客專軌道電路的每個區段配備兩臺發送器，主發送器作為在用發送器接入信號通道，備發送器熱備，通過主、備發送器的FBJ（即發送報警繼電器）接點建立冗余切換電路，主、備發送器的FBJ均集成在客專軌道電路系統的衰耗冗余控制器內部。當主發送器故障，其FBJ落下，備發送器通過FBJ接點切入信號通道，替代主發送器繼續工作。

圖3 客專發送器1+1冗余切換設計方式Fig.31+1 redundant switch design for transmitters of

客專發送器冗余切換設計方式的優點是發送器采用1對1的冗余設計方式，可應對多臺在用發送器同時故障的情況，相對N+1的冗余切換設計更可靠。缺點是成本較高。

2 移頻發送器冗余切換的實際應用

在實際應用時，移頻發送器冗余切換設計意義重大：一是在用發送器故障后，備用發送器切入，保障軌道電路系統仍能繼續工作，不會癱瘓，避免影響線路運行效率；二是方便工作人員日常維護，發送器冗余機制為工作人員排查和更換故障發送器留下了充足的時間。根據多年移頻發送器現場維護經驗，本章節將針對移頻發送器冗余切換設計存在的經典失效模式進行研究。

2.1 移頻發送器軟故障問題研究

在用發送器發生故障后，如果未徹底癱瘓，反復重啟，可能出現無法穩定切換至備用發送器的情況，會導致閃紅光帶。下面將針對這種失效模式進行研究分析。

在用發送器故障初期，其內部器件存在故障，但未完全失效，造成在用發送器處于軟故障狀態，即在用發送器帶載工作時，內部器件在高功率下呈現故障狀態，導致在用發送器輸出短路，自檢異常進入休眠保護后停止工作。FBJ落下，在用發送器空載，內部器件在低功率下呈現正常狀態，在用發送器自檢正常又恢復工作，FBJ又吸起，如此反復，在用發送器無法持續穩定工作，FBJ頻繁切換接點，備用發送器無法穩定切入信號通道，此時存在一定幾率出現閃紅光帶。直至在用發送器徹底故障，備用發送器才能穩定切入信號通道。

目前，針對這一問題，設計已進行了優化升級，一是在用發送器出現軟故障過程中，FBJ落下后延時10 s才能吸起，這10 s延時完全足夠備用發送器穩定切入信號通道，可以有效解決閃紅光帶問題；二是在用發送器因軟故障連續宕機10次后，自動停止工作，只有通過電源斷路器重新上電自檢正常后才能恢復工作狀態，這樣在用發送器可迅速切出軌道電路系統，備用發送器及時切入軌道電路系統，保障軌道電路系統可靠工作，無需等待在用發送器徹底癱瘓后自行退出軌道電路系統。這樣技術人員就可獲取處于軟故障狀態的發送器進行研究分析，便于觀察發送器實時故障狀態，找出故障產生的根本原因。

2.2 移頻發送器輸出斷路問題研究

如果在用發送器內部輸出斷路，可能出現在用發送器自檢正常，無法切換至備用發送器的情況，會導致紅光帶。下面，將針對這種失效模式進行研究分析。

如圖4所示，在用發送器內部功出變壓器次級線圈輸出存在斷路點時，會造成在用發送器功出電壓沒有輸出，同時，由于發送器電壓回采是通過功出變壓器次級一個獨立線圈實現的，此時CPU檢測到的在用發送器電壓回采是正常的，在用發送器自檢不認為自身存在故障，不會報警，無法切換至備用發送器，從而引發紅光帶，需要人工前往現場更換在用發送器后，才能消除紅光帶。對于交通不便的中繼站，這種處理過程耗時較長，影響線路運行效率。

圖4 在用發送器內部斷路不報警故障示意Fig.4 Diagram for failure to trigger an alarm of open circuit in an operating transmitter

目前此問題尚未解決，其實，設計上可將功出電流納入移頻發送器自檢項就可以有效解決這個問題。另外，考慮主用發送器在運用時常態帶載，備用發送器在運用時常態空載，沒有功出電流，僅在頂替故障主用發送器時才會短時間帶載，可以增加外部條件設置區分主用發送器和備用發送器。具體如下：對于主用發送器,設置外部工作條件，告知發送器CPU自身作為主用發送器使用，功出電流納入自檢，主用發送器自檢功出電流異常后，FBJ落下，切換至備用發送器，若功出電流出現間歇性恢復，主用發送器自檢正常后，FBJ延時10 s才能吸起，連續宕機10次后，主用發送器自動停止工作；對于+1備用發送器,設置外部工作條件，告知發送器CPU自身作為備用發送器使用，功出電流不納入自檢。

3 總結

本文闡述了移頻發送器冗余切換設計相關原理和實際應用過程中存在的問題。目前，這方面技術經過多年實踐驗證和不斷優化改進已逐漸趨于成熟，按照發展趨勢，以后N+1冗余切換設計將逐步被1+1冗余切換設計取代，1+1冗余切換設計更加安全可靠。