基于高速電力載波的移頻軌道電路室外設(shè)備監(jiān)測方案研究

潘長清 李 娜

由于鐵路信號集中監(jiān)測系統(tǒng) （CSM）中沒有針對移頻軌道電路室外信號設(shè)備的電特性監(jiān)測，當(dāng)移頻軌道電路軌旁設(shè)備發(fā)生故障時，信號維護(hù)人員只有到達(dá)現(xiàn)場才能測量判斷具體的設(shè)備故障情況，無法預(yù)先故障定位，有針對性地做好故障設(shè)備的更換準(zhǔn)備，造成移頻軌道電路故障處理的時間較長，一定程度上影響了鐵路運(yùn)輸效率。

基于高速電力載波通信的移頻軌道電路室外設(shè)備監(jiān)測方案，作為鐵路信號集中監(jiān)測系統(tǒng)的補(bǔ)充，實現(xiàn)對移頻軌道電路室外軌旁設(shè)備的在線監(jiān)測，能夠為移頻軌道電路設(shè)備的狀態(tài)修提供詳細(xì)、必要和準(zhǔn)確的測試數(shù)據(jù)，是實現(xiàn)預(yù)防室外設(shè)備故障發(fā)生、實現(xiàn)故障點(diǎn)快速定位、縮短故障延時、提高電務(wù)人員勞動生產(chǎn)率的重要手段。

1 移頻軌道電路室外采集方案

根據(jù)移頻軌道電路室外設(shè)備的電氣特性，通過對調(diào)諧單元、匹配單元的電纜側(cè)電壓、電纜側(cè)電流、軌面電壓、鋼包銅引接線電流、低頻頻率、載頻頻率以及頻偏等電參數(shù)，進(jìn)行實時在線監(jiān)測并分析，就可充分掌握該設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。采樣點(diǎn)及采樣方式的確定如下。

從圖1所示調(diào)諧匹配單元結(jié)構(gòu)中分析可知，電纜側(cè)電壓值的采樣點(diǎn)可以選取調(diào)諧匹配單元的E1E2端子；軌面電壓值的采樣點(diǎn)可以選定U1U2銅板端子；二者均可采用高輸入阻抗的隔離電壓變送器，將監(jiān)測設(shè)備和被測設(shè)備進(jìn)行可靠的電氣隔離，并且在隔離電壓變送器的初級端安裝快斷式熔斷器，以保證監(jiān)測設(shè)備自身故障時不會影響被監(jiān)測設(shè)備的正常工作，符合故障－安全原則。根據(jù)被測設(shè)備工作電壓的波動范圍，確定電纜側(cè)電壓測量量程為0～200V、測量精度為±1%；軌面電壓測量量程為0～4V、測量精度為±1%。

圖1 調(diào)諧匹配單元結(jié)構(gòu)圖

將開啟式電流互感器安裝在待采集電流的電纜上，由于開啟式電流互感器與被監(jiān)測設(shè)備沒有電氣連接，所以不會對被測設(shè)備的正常工作造成影響。根據(jù)被測設(shè)備工作電流的波動范圍，確定電纜側(cè)電流測量量程為0～1A、測量精度為±2%；鋼包銅線電流測量量程為0～10A、測量精度為±2%。

由于移頻軌道電路是利用頻移鍵控的技術(shù)進(jìn)行編碼 （即FSK編碼）的一種軌道電路，所以無法用采集到的時域波形來進(jìn)行分析。根據(jù)FSK信號的帶通特性，可采用欠采樣技術(shù)對信號進(jìn)行采樣，這樣不僅保證監(jiān)測的實時性，并且保證在不增加采用點(diǎn)數(shù)的情況下，提高FSK信號的分辨率。

2 通信傳輸方案

移頻軌道電路室外設(shè)備的分布特點(diǎn)是沿著鐵軌的線條狀結(jié)構(gòu)，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相對簡單，但距離非常長，最長可達(dá)15km。鑒于這種特點(diǎn)，采用高速電力載波技術(shù)將移頻軌道電路的一對備用芯線，既當(dāng)作系統(tǒng)的供電線路，又作為載波通信的傳輸介質(zhì)，如圖2所示。

采用這種方式無需重新敷設(shè)電纜，降低了造價，并且最大限度降低了備用芯線的使用。選用的高速電力載波模塊具有自動組網(wǎng)、自動中繼的功能，在系統(tǒng)單個節(jié)點(diǎn)故障的情況下，可通過路由表重建后續(xù)節(jié)點(diǎn)跨過故障節(jié)點(diǎn)，將數(shù)據(jù)傳回室內(nèi)，達(dá)到網(wǎng)絡(luò)自恢復(fù)的效果。

高速電力載波通信模塊性能指標(biāo)如下：

工作電壓范圍：AC 85～240V

點(diǎn)對點(diǎn)傳輸速率：200Mb／s

點(diǎn)對點(diǎn)傳輸距離：不小于2km

中繼級數(shù)：16級

圖2 區(qū)間移頻軌道電路室外構(gòu)成

3 方案特點(diǎn)

1．利用帶有中繼功能的高速電力載波通信技術(shù)，減少對現(xiàn)場備用芯線的使用量，降低造價便于推廣。

2．移頻軌道電路室外監(jiān)測方案實現(xiàn)了對調(diào)諧匹配單元鋼包銅線的電流逐根進(jìn)行實時采集，目的是檢測鋼包銅線安裝的可靠性，及時發(fā)現(xiàn)鋼包銅線接觸不良甚至斷線等故障 。

3．對軌面電壓值進(jìn)行實時采集。

4．監(jiān)測數(shù)據(jù)經(jīng)過分析后，可以提供準(zhǔn)確的預(yù)警信息和報警信息。

5．可以和信號集中監(jiān)測系統(tǒng)實行無縫連接，共用監(jiān)測的網(wǎng)絡(luò)通道，從而達(dá)到了節(jié)約資源的目的。

6．為狀態(tài)修提供可靠的數(shù)據(jù)支撐，對故障點(diǎn)能進(jìn)行較為準(zhǔn)確的定位。

4 結(jié)論

該方案將監(jiān)測設(shè)備的電源線與數(shù)據(jù)通信線合二為一，只需占用移頻軌道電路的一對備用芯線，在不重新敷設(shè)電纜的前提下，做到了占用資源最少，有效地降低了造價，提高了推廣可行性；電力載波的通信速率高達(dá)200Mb／s，并且可以自動組網(wǎng)，相較于其他通信方式有較大的優(yōu)勢。所以，基于高速電力載波通信的移頻軌道電路室外設(shè)備監(jiān)測方案，安全性高、工程造價低、系統(tǒng)功能多、實用性強(qiáng)，便于在鐵路領(lǐng)域推廣。

［1］ 中華人民共和國鐵道部．鐵運(yùn)［2008］142號．鐵路信號維護(hù)規(guī)則技術(shù)條件（修訂版）［S］．2008．

［2］ 中華人民共和國鐵道部．運(yùn)基信號［2010］709號．鐵路信號集中監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)條件［S］．2010．