ZPW-2000A設備在站內電碼化的應用及監(jiān)測

黃明貴

【摘 要】根據(jù)鐵路發(fā)展機車信號主體化的需要，在傳統(tǒng)站內軌道電路的基礎上增加ZPW-2000A電碼化設備，及時向列車發(fā)送包含行車控制信息的移頻信號，對提高運輸效率、保證行車安全有重要的作用。為確保ZPW-2000A站內電碼化設備時刻處于良好的狀態(tài)，對其關鍵參數(shù)進行監(jiān)測，維護人員可通過監(jiān)測系統(tǒng)了解設備的實時狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)異狀能及時處理，確保設備可靠、穩(wěn)定運行。

【關鍵詞】鐵路;ZPW-2000A;電碼化;監(jiān)測

【中圖分類號】U284.431 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2020）12-0094-03

隨著鐵路列車運行速度的提高，以地面信號機作為行車憑證，司機通過辨認地面信號機的不同顯示控制列車運行的方式已不能滿足鐵路運輸?shù)男枰瑸榱颂岣吡熊囘\行效率、確保行車安全，須將機車信號提升為主體信號，作為司機控制列車運行的憑證。在自動閉塞區(qū)段，區(qū)間軌道電路采用移頻軌道電路，列車的機車信號車載設備能直接接收識別軌道電路的移頻信號，司機根據(jù)移頻信號包含的控制信息控制列車運行，而站內軌道電路不能發(fā)送移頻信號。當列車運行至站內時，機車信號車載設備無法接收到列車運行控制信息，為了實現(xiàn)機車信號車載設備在站內也能連續(xù)工作，需在原站內軌道電路的基礎上增加電碼化設備，當列車在站內運行時向列車可靠地發(fā)送移頻信號。

1 ZPW-2000A設備在站內電碼化的應用

1.1 ZPW-2000A設備在站內正線電碼化的應用

在普速鐵路區(qū)段，目前車站內一般采用25 Hz相敏軌道電路，該類型的軌道電路只能實現(xiàn)監(jiān)督軌道區(qū)段是否有列車占用、檢查軌道等設備完整性的作用，而不具備向列車傳遞行車控制信息的功能，在目前以機車信號作為主體信號的規(guī)定下，需另外增加向列車傳遞行車控制信息的站內電碼化設備。ZPW-2000A設備既可用于區(qū)間移頻軌道電路，也能應用于站內電碼化，在站內正線區(qū)段（包括無岔和道岔區(qū)段），因通過列車的速度比較快，當列車以較高速度通過站內較短的軌道電路區(qū)段時，由于電路中的繼電路動作時間有一定滯后，可能造成列車收不到地面發(fā)送的移頻信號，使機車信號車載設備不能正常工作，不利于行車效率及安全，因此在站內正線區(qū)段采用逐段預先發(fā)碼的預疊加方式，即列車占用上一區(qū)段時，上一區(qū)段及本區(qū)段均發(fā)碼，列車占用本區(qū)段時，本區(qū)段及下一區(qū)段均發(fā)碼，列車駛入下一區(qū)段后，本區(qū)段停止發(fā)碼。預疊加發(fā)碼能保證列車在正線區(qū)段行駛全過程不間斷地接收地面發(fā)送的移頻信號，利于司機更好地控制列車運行[1]。

ZPW-2000A設備在站內電碼化中的作用是向列車提供足夠功率的移頻信號，當列車占用軌道區(qū)段時，向列車發(fā)送表示一定行車意義的低頻信息，司機根據(jù)接收到的信息控制列車運行。ZPW-2000A站內電碼化設備主要由發(fā)送器、發(fā)送檢測器、防雷單元、室內隔離盒、室外隔離盒、25 Hz防護盒、軌道變壓器等構成。ZPW-2000A站內正線電碼化設備組成結構如圖1所示。

發(fā)送器安裝在站內移頻柜內，作用是產(chǎn)生高精度、穩(wěn)定可靠的移頻信號，信號中必須含有表示一定行車意義的低頻信息，且能遠距離傳輸。發(fā)送器用于站內電碼化時發(fā)送功出電平選擇1電平，即在發(fā)送器背面將輸出端子12與9連接、11與1連接，S1、S2端子輸出移頻功出電壓為161～170 V。

發(fā)送器是站內電碼化設備的信號源，其工作狀態(tài)是否良好對整個電路至關重要，須實時監(jiān)測其相關狀態(tài)。發(fā)送檢測器安裝在站內移頻柜的中部，用于站內電碼化區(qū)段發(fā)送器的故障報警、狀態(tài)顯示、參數(shù)測試，發(fā)送器的工作電源輸入端子+24 V及024 V、報警條件輸出端子FBJ-1及FBJ-2、功出信號輸出端子S1及S2與發(fā)送檢測器相應端子連接，實現(xiàn)對發(fā)送器狀態(tài)進行監(jiān)測。每個發(fā)送檢測器可監(jiān)測2個發(fā)送器，在其正面面板有6對測試塞孔，分別可測得1、2兩路發(fā)送器的工作電源電壓、移頻功出電壓、發(fā)送報警繼電器電壓，發(fā)送檢測器面板上有2個指示燈，分別表示所監(jiān)測的2個發(fā)送器的工作狀態(tài)，工作燈點亮綠燈時，表示所監(jiān)測的發(fā)送器工作正常，工作燈熄滅時表示所監(jiān)測的發(fā)送器故障。

ZPW-2000A站內電碼化發(fā)送器產(chǎn)生的移頻信號經(jīng)發(fā)送報警繼電器的前接點輸出至防雷單元FT1-U，防雷單元安裝在站內綜合柜MFT1-U型防雷組合上，用于對發(fā)送器的雷電防護、系統(tǒng)傳輸?shù)淖杩蛊ヅ?、機車信號入口電流調整。正線電碼化區(qū)段采用FT1-U型防雷單元，該單元有1路輸入、2路輸出，可滿足預疊加發(fā)碼需要。防雷單元輸入170 V移頻信號時，可調整輸出移頻信號電壓在20～140 V范圍，從而使室外列車占用軌道時入口電流值滿足規(guī)范要求。

防雷單元的兩路輸出信號分別送到各軌道區(qū)段的軌道傳輸繼電器GCJ接點，當列車占用軌道電路時，占用的區(qū)段及運行方向前一區(qū)段的GCJ同時吸起，將移頻信號傳送至室內隔離盒NGL-U，站內軌道電路的電源或軌道繼電器也接至室內隔離盒，室內隔離盒能實現(xiàn)軌道電源與移頻信號共用傳輸通道而互不干擾。隔離盒放置在隔離組合托盤上，與站內軌道電路的電源調整變壓器BMT配套放置，隔離盒分頻率使用，根據(jù)發(fā)送器產(chǎn)生的移頻信號的載頻頻率，通過短接隔離盒背面CA型插座端子改變頻率類型，可以接成1 700 Hz、2 000 Hz、2 300 Hz、2 600 Hz四種頻率。在隔離盒正面面板有3個測試塞孔，UYP用于測量移頻信號電壓，U25用于測量軌道電路電源電壓，Uz用于測量移頻信號和軌道電源疊加后的電壓。

經(jīng)室內隔離盒疊加的包含有移頻信息及軌道電路電源的信號，通過ZPW-2000A專用的內屏蔽數(shù)字信號電纜傳輸至室外軌道變壓器箱，經(jīng)過變壓器箱內的室外隔離盒WGL-U隔離后送至鋼軌。當列車占用軌道時，由安裝在列車機車底部的接收器感應接收在鋼軌中傳輸?shù)囊祁l信號，通過機車信號車載設備解調識別移頻信號中的低頻控制信息，司機根據(jù)低頻信息所表示的意義控制列車運行。

1.2 ZPW-2000A設備在站內側線電碼化的應用

站內側線的道岔區(qū)段不發(fā)碼，移頻化僅限于側線股道，且列車運行速度較低，一般采用占用發(fā)碼的疊加發(fā)碼方式，即軌道電路平時不發(fā)碼，只有列車占用時才發(fā)碼。ZPW-2000A側線疊加電碼化系統(tǒng)與正線區(qū)段電碼化系統(tǒng)組成結構、工作原理基本相同，主要區(qū)別在于側線電碼化每個發(fā)送器一般只給一個軌道區(qū)段發(fā)碼，防雷單元只需一路輸出信號，可采用FT-U型防雷單元。當列車占用室外軌道電路時，只有本區(qū)段的軌道傳輸繼電器GCJ吸起，移頻信號只向本區(qū)段發(fā)送。

2 ZPW-2000A設備應用于站內電碼化的監(jiān)測方案

2.1 通過增加采集處理設備進行監(jiān)測

站內電碼化設備的主要功能是向列車可靠連續(xù)地傳遞行車控制信息，該信息從室內設備傳輸至室外鋼軌，發(fā)送點與接收點的距離比較遠，傳輸衰耗比較大，列車信號的強度要求也比較高，需要電碼化信息達到一定的功率才能讓列車可靠接收，且信息中必須含有表示一定行車意義的低頻信號，為了確保列車能正常運行，需對電碼化信息的發(fā)送功出電壓、電流、載頻頻率、低頻頻率等關鍵參數(shù)進行監(jiān)測，確保設備穩(wěn)定可靠使用。

ZPW-2000A站內電碼化設備監(jiān)測原理如圖2所示，監(jiān)測設備主要由發(fā)送電流采集器、移頻綜合采集器組成，安裝在組合柜的監(jiān)測組合內。每個發(fā)送電流采集器可同時采集四路站內電碼化信號，主要用于采集電碼化發(fā)送電流，每個移頻綜合采集器可同時采集四路站內電碼化信號，主要用于采集ZPW-2000A電碼化的功出電壓、移頻信號的載頻頻率、移頻信號的低頻頻率，并對采集到的參數(shù)進行轉換處理，將結果發(fā)送給信號集中監(jiān)測系統(tǒng)。

ZPW-2000A站內電碼化發(fā)送器S1、S2端子輸出的移頻信號先接到移頻綜合采集器的采集端子，移頻綜合采集器通過內部的互感器板測量電碼化信號的電壓、載頻、低頻，電壓測量量程為0～300 V。移頻綜合采集器對輸入的電碼化信號按照一定的采樣頻率進行高速A/D轉換，將輸入的模擬信號轉換成數(shù)字信號，然后將該數(shù)字信號送至帶通濾波電路，測量出設定頻率范圍內信號的有效值，再對經(jīng)過濾波的信號進行處理，計算其載頻信號的上下邊頻頻率、低頻信號的頻率。移頻綜合采集器將處理后的電碼化信號電壓、載頻頻率、低頻頻率通過485通信線發(fā)送給信號集中監(jiān)測系統(tǒng)[2]。

ZPW-2000A站內電碼化發(fā)送器功出S1至FBJ32的配線繞兩圈穿過發(fā)送電流采集器的電流傳感器，電流傳感器為無源模塊，使用電磁感應原理將流經(jīng)其孔內的電流，感應產(chǎn)生交流電壓輸出至移頻綜合采集器，移頻綜合采集器對該感應電壓進行轉換處理，并將處理結果通過485通信線發(fā)送給信號集中監(jiān)測系統(tǒng)，信號設備維護人員可通過維護終端調閱ZPW-2000A站內電碼化相關參數(shù)。

2.2 通過無絕緣采集發(fā)送檢測器進行監(jiān)測

ZPW-2000A站內電碼化監(jiān)測設備主要由無絕緣采集發(fā)送檢測器、電流傳感器、采集處理器組成。用于監(jiān)測ZPW-2000A站內電碼化發(fā)送器工作狀態(tài)的發(fā)送檢測器采用無絕緣采集發(fā)送檢測器ZPW·JFC，無絕緣采集發(fā)送檢測器除了能監(jiān)測發(fā)送器24 V工作電源狀態(tài)、發(fā)送器設備工作狀態(tài)外，還能采集處理發(fā)送功出電壓、功出電流、功出信號的載頻頻率和低頻頻率。

ZPW-2000A站內電碼化發(fā)送器的功出電壓、功出信號的載頻頻率和低頻頻率，由無絕緣采集發(fā)送檢測器內部的監(jiān)測處理板來實現(xiàn)采集及處理，利用設備背面空閑端子連接到CAN總線上將采集結果輸出，此種方式避免了集中采集方式采集線過長易對主設備造成干擾的安全隱患問題，也不存在就近采集方式現(xiàn)場安裝困難，對設備配線影響較大的問題。

ZPW-2000A站內電碼化發(fā)送器功出電流信息的采集，采用在站內移頻柜發(fā)送器背面空閑位置安裝電流傳感器的采集方式，站內電碼化發(fā)送器的功出電流通過電流傳感器感應產(chǎn)生的信號輸送給無絕緣采集發(fā)送檢測器，由其內部監(jiān)測處理板進行處理，處理結果通過CAN通信總線輸出，CAN通信總線從采集發(fā)送檢測器背面的空余端子引到站內移頻柜零層的空余端子，通過零層端子接到采集處理器。

各采集發(fā)送檢測器采集處理后的實時數(shù)據(jù)通過CAN總線通信方式發(fā)送給采集處理器，由采集處理器對數(shù)據(jù)進行組織匯總和邏輯處理，形成處理結果，以黑匣子形式，通過高速數(shù)據(jù)通信接口將監(jiān)測結果發(fā)送給信號集中監(jiān)測系統(tǒng)，由信號集中監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)ZPW-2000A電碼化設備監(jiān)測信息顯示、設備參數(shù)記錄查詢和關鍵故障報警，并通過信號集中監(jiān)測系統(tǒng)網(wǎng)傳送至各終端設備供維護和使用人員調閱。

3 結語

ZPW-2000A站內電碼化設備可發(fā)送18種不同控制含義的低頻信號，適用于各種運行速度的鐵路線路。列車的機車信號車載設備接收解調后，一方面可直觀地向司機提供控制列車運行的信息，另一方面能實時監(jiān)督列車的運行速度，當發(fā)生超速等緊急情況時，自動對列車實施制動，列車的運行安全不再只依賴司機，而是由可靠的設備來保證。站內電碼化對鐵路運輸有著非常重要的作用，不僅能提高運輸效率，還能確保列車安全運行。

參 考 文 獻

[1]張鐵增.列車運行控制系統(tǒng)[M].北京：中國鐵道出版社，2014.

[2]莫建國.鐵路信號集中監(jiān)測系統(tǒng)應用[M].北京：中國鐵道出版社，2019.