客運(yùn)專線ZPW-2000A軌道電路應(yīng)用分析

關(guān) 瓊

(柳州鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西柳州 545007)

ZPW-2000A無絕緣移頻軌道電路是目前我國(guó)鐵路廣泛應(yīng)用、先進(jìn)、具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的軌道電路設(shè)備，其傳輸性好、安全性高、可維修性強(qiáng)，能夠?qū)崿F(xiàn)軌道電路全程斷軌檢查、調(diào)諧單元內(nèi)部斷線檢查，并且系統(tǒng)中的發(fā)送器采用“N+1”冗余，接收器采用成對(duì)雙機(jī)并聯(lián)運(yùn)用，提高了系統(tǒng)可靠度，為主體化機(jī)車信號(hào)和列車超速防護(hù)系統(tǒng)的安全性提供堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。依據(jù)鐵道部《客運(yùn)專線CTCS-2級(jí)列控系統(tǒng)配置及運(yùn)用技術(shù)原則（暫行）》（鐵集成[2007] 124號(hào)）第5.1條“區(qū)間采用ZPW-2000（UM）系列無絕緣軌道電路，中間站站內(nèi)應(yīng)采用與區(qū)間同制式軌道電路，復(fù)雜大站正線及到發(fā)線宜采用與區(qū)間同制式軌道電路……”，已經(jīng)修建的多條客運(yùn)專線如京津城際、合寧、合武應(yīng)用了客運(yùn)專線ZPW-2000A軌道電路?？瓦\(yùn)專線ZPW-2000A軌道電路是在既有ZPW-2000A軌道電路的基礎(chǔ)上，針對(duì)客運(yùn)專線的使用特點(diǎn)進(jìn)行適應(yīng)性改進(jìn)，它保持了原有的優(yōu)越性，在一些應(yīng)用方式和有關(guān)設(shè)備配置上進(jìn)行調(diào)整，使之更穩(wěn)定、更可靠，適用于我國(guó)高速鐵路客運(yùn)專線的列控系統(tǒng)，充分保證列車高速運(yùn)行的安全。

1 結(jié)構(gòu)組成

客運(yùn)專線ZPW-2000A軌道電路有區(qū)間設(shè)備和站內(nèi)設(shè)備兩種。區(qū)間軌道電路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括電氣絕緣節(jié)—電氣絕緣節(jié)軌道電路和機(jī)械絕緣節(jié)—電氣絕緣節(jié)軌道電路；站內(nèi)軌道電路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為機(jī)械絕緣節(jié)—機(jī)械絕緣節(jié)軌道電路。圖1所示為區(qū)間機(jī)械絕緣節(jié)—電氣絕緣節(jié)軌道電路的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

無論哪種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)都由室內(nèi)和室外兩部分設(shè)備組成，其中，室內(nèi)設(shè)備主要有發(fā)送器、接收器、衰耗冗余控制器（單頻和雙頻）、防雷模擬網(wǎng)絡(luò)盤等；室外設(shè)備主要有調(diào)諧匹配單元、空芯線圈、機(jī)械絕緣節(jié)空芯線圈、站內(nèi)匹配單元、補(bǔ)償電容和扼流適配變壓器等。

2 應(yīng)用特點(diǎn)

2.1 發(fā)送器冗余方式

發(fā)送器由既有的“N+1”提高為“1+1”備用模式，減少了因設(shè)備故障導(dǎo)致行車中斷的情況，大大提高了系統(tǒng)可靠性。

“N+1”冗余方式就是根據(jù)需要設(shè)置N個(gè)主用發(fā)送器共同使用一個(gè)備用發(fā)送器。當(dāng)某一個(gè)主用發(fā)送器發(fā)生故障時(shí)，備用發(fā)送器能夠自動(dòng)替代其工作，保證系統(tǒng)正常運(yùn)作。既有ZPW-2000A通常采取一個(gè)站備用一個(gè)發(fā)送器或上、下行線各備用一個(gè)發(fā)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(tǒng)運(yùn)用的可靠性，并節(jié)約投資，但是只能保證僅有一個(gè)主用發(fā)送器故障時(shí)，系統(tǒng)工作不中斷。

客運(yùn)專線列車運(yùn)行速度高、行車密度大，各系統(tǒng)設(shè)備的安全性、可靠性顯得尤為重要。因此將ZPW-2000A軌道電路發(fā)送器的冗余方式改進(jìn)為“1+1”，即每個(gè)主用發(fā)送器都配置了備用發(fā)送器，構(gòu)成“雙機(jī)熱備”形式，通過各自的FBJ接點(diǎn)接入系統(tǒng)，如圖2所示。當(dāng)主備發(fā)送器均工作正常時(shí)，F(xiàn)BJZ、FBJB保持在吸起狀態(tài)，此時(shí)主用發(fā)送器產(chǎn)生的移頻信息通過FBJZ前接點(diǎn)送出；若主用發(fā)送器故障，F(xiàn)BJZ落下斷開其輸出電路，備用發(fā)送器產(chǎn)生的移頻信息通過FBJB前接點(diǎn)和FBJZ后接點(diǎn)同樣可送至防雷模擬網(wǎng)絡(luò)盤，保證了設(shè)備運(yùn)作的連續(xù)性，大幅度提高系統(tǒng)的安全性和可靠性，同時(shí)也在簡(jiǎn)化冗余電路的基礎(chǔ)上減少了現(xiàn)場(chǎng)配線。

2.2 發(fā)送器編碼方式

發(fā)送器采用無接點(diǎn)的計(jì)算機(jī)編碼方式，取代了既有ZPW-2000A軌道電路系統(tǒng)的繼電編碼方式，減少了繼電器電路的設(shè)置。

既有ZPW-2000A系統(tǒng)為了控制通過信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈和發(fā)送器低頻編碼，每個(gè)軌道電路區(qū)段設(shè)置了1GJ、2GJ、3GJ、4GJ、5GJ電路，分別復(fù)示運(yùn)行前方5個(gè)閉塞分區(qū)狀態(tài)，并利用1GJ～5GJ的第一組接點(diǎn)構(gòu)成本區(qū)段發(fā)送器的低頻編碼電路，送出編碼條件，如圖3所示。

改進(jìn)后客運(yùn)專線ZPW-2000A軌道電路的編碼是由列控中心通過設(shè)備接口采集軌道電路空閑或占用以及信號(hào)開放等條件，計(jì)算各個(gè)軌道電路區(qū)段的低頻信息碼，相關(guān)編碼數(shù)據(jù)通過CANA、CANB總線送到軌道電路通信接口板進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，由CAND、CANE總線送至發(fā)送器，發(fā)送器的CPU1、CPU2根據(jù)收到的載頻、低頻條件產(chǎn)生移頻信號(hào)。由此可見，客運(yùn)專線ZPW-2000A系統(tǒng)取消了原有大量的編碼繼電器，優(yōu)化了系統(tǒng)配置，減少中間故障環(huán)節(jié)。

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

2.3 集中監(jiān)測(cè)采集方式

既有ZPW-2000A監(jiān)測(cè)維護(hù)終端的采集信息來自采集衰耗器、分線采集器和采集發(fā)送檢測(cè)器（站內(nèi)電碼化），各采集分機(jī)采集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通過CAN通信總線傳給采集處理器，采集處理器對(duì)數(shù)據(jù)按區(qū)段進(jìn)行匯總和邏輯處理，處理結(jié)果經(jīng)由RS-485串行接口或RJ45以太網(wǎng)接口傳給集中監(jiān)測(cè)主機(jī)。

而客運(yùn)專線ZPW-2000A自帶監(jiān)測(cè)維護(hù)終端，采集信息全部來自軌道電路通信接口板（CI-TC）。發(fā)送器、接收器通過CAND、CANE總線將工作狀態(tài)參數(shù)和軌道電路參數(shù)發(fā)送到軌道電路通信接口板，由軌道電路通信接口板經(jīng)CANC總線把相關(guān)監(jiān)測(cè)信息傳給軌道電路維護(hù)終端。對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄和分析后，再由維護(hù)終端傳給集中監(jiān)測(cè)，為軌道電路電氣特性分析提供可靠數(shù)據(jù)，也為設(shè)備的狀態(tài)修提供技術(shù)支持。

客運(yùn)專線ZPW-2000A編碼控制和監(jiān)測(cè)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(dòng)閉塞區(qū)段的車站接、發(fā)車進(jìn)路和股道采用站內(nèi)軌道電路（如25 Hz相敏軌道電路、交流連續(xù)式軌道電路）預(yù)疊加ZPW-2000A移頻信號(hào)的電碼化方式，列車運(yùn)行控制系統(tǒng)的行車信息僅僅是疊加在軌道電路上，對(duì)于信息接收的可靠度需要額外手段加以檢測(cè)，在方案實(shí)施和設(shè)備設(shè)置上比較繁復(fù)和累贅。

客運(yùn)專線車站內(nèi)采用與區(qū)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(fā)送設(shè)備，相同的移頻信息經(jīng)調(diào)制、放大后送至鋼軌，經(jīng)由鋼軌在任意時(shí)刻同時(shí)向軌道電路傳輸系統(tǒng)的接收設(shè)備和列車運(yùn)行控制系統(tǒng)的車載設(shè)備提供。站內(nèi)軌道電路采用機(jī)械絕緣節(jié)分割，不需要調(diào)諧單元，直接使用站內(nèi)匹配變壓器與鋼軌相連，并且在電氣化牽引區(qū)段為使?fàn)恳娏鲿惩o阻，還設(shè)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(shè)置的方法，較好地解決了站內(nèi)軌道電路機(jī)械絕緣節(jié)及道岔區(qū)段彎股處接收車載信息存在“盲區(qū)”的問題。切實(shí)保證列車在區(qū)間和站內(nèi)運(yùn)行過程中控車信息接收的不間斷，真正實(shí)現(xiàn)“時(shí)間”和“空間”上的連續(xù)，取消了電碼化環(huán)節(jié)，減少故障點(diǎn)，更具安全可靠性。

2.5 優(yōu)化整合系統(tǒng)設(shè)備配置

1）整合調(diào)諧單元和匹配變壓器單元

既有ZPW-2000A軌道電路配置室外設(shè)備時(shí)，匹配變壓器與調(diào)諧單元分盒設(shè)置，兩個(gè)盒體背對(duì)背安裝在調(diào)諧區(qū)小軌道線路邊的基礎(chǔ)樁上。改進(jìn)后的客運(yùn)專線ZPW-2000A將區(qū)間軌道電路電氣絕緣節(jié)、機(jī)械絕緣節(jié)的調(diào)諧單元與匹配變壓器“二合一”設(shè)置，減少了系統(tǒng)設(shè)備數(shù)量，更利于施工安裝、日常維護(hù)。整合而成的“調(diào)諧匹配單元”包括調(diào)諧部分、匹配部分及引接線模擬電感，如圖5所示。

2）優(yōu)化補(bǔ)償電容的配置

ZPW-2000A軌道電路在鋼軌中傳輸?shù)囊祁l信號(hào)會(huì)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(bǔ)償電容的方法。既有ZPW-2000A軌道電路補(bǔ)償電容設(shè)置按照不同載頻分別使用40、46、50、55μF 4種容量，并根據(jù)軌道電路長(zhǎng)度確定電容個(gè)數(shù)進(jìn)行等間距安裝。由于客運(yùn)專線大多采用先進(jìn)的無砟道床軌道，具有良好的軌道電路參數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)的道床漏泄電阻，因此客運(yùn)專線ZPW-2000A軌道電路優(yōu)化了補(bǔ)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(qū)間1 700、2 000 Hz區(qū)段為60 m，2 300 Hz、2 600 Hz區(qū)段為80 m，站內(nèi)統(tǒng)一為100 m（軌道電路長(zhǎng)度大于300 m時(shí)）。補(bǔ)償電容采用全密封工藝，提高容值穩(wěn)定性和延長(zhǎng)了使用壽命。

3 維護(hù)與故障處理

3.1 日常維護(hù)建議

1）重視室內(nèi)設(shè)備巡視，按規(guī)定檢查各架、柜的設(shè)備器材安裝牢固、接插良好，相應(yīng)表示燈顯示正常，智能電源屏供電正常，防雷模塊無劣化現(xiàn)象，各設(shè)備無發(fā)熱、異常噪音或異常氣味現(xiàn)象；若發(fā)現(xiàn)異常情況及時(shí)處理，同時(shí)注意保持室內(nèi)環(huán)境良好。

2）加強(qiáng)室外設(shè)備巡視，保證道岔“跳線”、軌道電路貫通地線完整，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并克服調(diào)諧匹配單元、空芯線圈、補(bǔ)償電容等設(shè)備出現(xiàn)松動(dòng)、損壞和被盜的不安全因素，消除故障隱患，保證系統(tǒng)良好運(yùn)作。

3）利用先進(jìn)的信號(hào)集中監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)ZPW-2000A軌道電路設(shè)備電氣特性進(jìn)行測(cè)試，盡量做到日日監(jiān)測(cè)、分析軌道電路接收電壓、曲線，準(zhǔn)確掌握設(shè)備工作狀況。

4）現(xiàn)場(chǎng)工作人員加強(qiáng)學(xué)習(xí)，認(rèn)真掌握設(shè)備性能和維護(hù)技術(shù)，提高對(duì)設(shè)備的維護(hù)能力和故障處理能力，為保證客運(yùn)專線ZPW-2000A軌道電路設(shè)備的運(yùn)用質(zhì)量奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

3.2 一般故障判斷處理

1）監(jiān)測(cè)設(shè)備給出報(bào)警，指示發(fā)送器或接收器故障：發(fā)送器或接收器損壞，更換相應(yīng)的發(fā)送或接收設(shè)備。

2）發(fā)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(dòng)，檢查發(fā)送器、接收器與衰耗冗余控制器的配線。

3）接收器工作不穩(wěn)定，有時(shí)出現(xiàn)紅光帶：補(bǔ)償電容與鋼軌連接松動(dòng)或被盜，逐個(gè)檢查室外發(fā)送端補(bǔ)償電容與鋼軌是否可靠連接、是否缺失。

4）整個(gè)機(jī)柜所有主發(fā)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(jī)軟件數(shù)據(jù)配置錯(cuò)誤。

[1] 鐵道部鐵集成[2007]124號(hào) 關(guān)于印發(fā)《客運(yùn)專線CTCS-2級(jí)列控系統(tǒng)配置及運(yùn)用技術(shù)原則（暫行）》的通知[S].

[2] 北京全路通信信號(hào)研究設(shè)計(jì)院．客運(yùn)專線ZPW-2000A軌道電路，2009.

[3] 北京全路通信信號(hào)研究設(shè)計(jì)院．ZPW-2000A無絕緣移頻自動(dòng)閉塞系統(tǒng)技術(shù)培訓(xùn)教材，2004.