25 Hz相敏軌道電路與ZPW-2000A結(jié)合處的邏輯檢查故障分析

賈 鴻，馬 櫻，張 祺

(卡斯柯信號(hào)有限公司，北京 100070）

軌道電路設(shè)備實(shí)現(xiàn)列車占用檢查功能，是國(guó)內(nèi)列車運(yùn)行控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)。從25 Hz 相敏軌道電路到ZPW-2000 系列無(wú)絕緣軌道電路，軌道電路設(shè)備有了巨大的技術(shù)進(jìn)步。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)區(qū)間普遍采用ZPW-2000A 無(wú)絕緣軌道電路，既有線站內(nèi)普遍采用25 Hz 相敏軌道電路，高速鐵路站內(nèi)主要采用一體化ZPW-2000A 型無(wú)絕緣軌道電路系統(tǒng)。但在自動(dòng)閉塞及站內(nèi)電碼化改造過(guò)程中，由于成本、改造難度等原因，普遍采用25 Hz 相敏軌道電路與ZPW-2000A 軌道電路相結(jié)合的方案。軌道電路占用檢查結(jié)合行車過(guò)程實(shí)現(xiàn)的邏輯檢查功能在國(guó)內(nèi)廣泛應(yīng)用，來(lái)防護(hù)軌道電路分路不良等原因造成的占用丟失。

ZPW-2000A 軌道電路由于接收器特性，軌道繼電器吸起有2.3 ～2.8 s 延時(shí)。而25 Hz 相敏軌道電路軌道繼電器吸起僅有0.3 ～0.5 s 延時(shí)(在本文分析中忽略不計(jì))。這意味著利用兩種制式軌道電路進(jìn)行占用檢查時(shí)，出清時(shí)間有2 ～3 s 的誤差。同時(shí)，較短的吸起時(shí)間導(dǎo)致25 Hz 相敏軌道電路對(duì)于干擾更加敏感，尤其對(duì)于不頻繁走車的站內(nèi)區(qū)段，鋼軌形成的鐵銹使輪軌接觸電阻增大，容易發(fā)生失去分路故障。兩種軌道電路的上述差異，在結(jié)合應(yīng)用時(shí)對(duì)邏輯檢查條件判斷造成干擾。

1 結(jié)合處在站內(nèi)

在改造工程中，新舊兩個(gè)停車場(chǎng)可能會(huì)部署不同制式軌道電路。聯(lián)鎖設(shè)備進(jìn)行進(jìn)路區(qū)段順序占用/出清的走車邏輯檢查，對(duì)于場(chǎng)間聯(lián)系進(jìn)路，會(huì)存在進(jìn)路無(wú)法正常解鎖的可能。

1.1 場(chǎng)聯(lián)進(jìn)路無(wú)法正常解鎖

如圖1 所示，II 場(chǎng)使用ZPW-2000A 軌道電路，I 場(chǎng)使用25 Hz 相敏軌道電路。8/202G 長(zhǎng)度較短僅有50 m。

圖1 結(jié)合處在站內(nèi)Fig.1 Junction inside station

當(dāng)列車經(jīng)由II 場(chǎng)8DG、I 場(chǎng)8/202G 接至I 場(chǎng)7G 過(guò)程中，由于8DG 使用的ZPW-2000A 軌道電路的緩吸特性，列車駛離8DG 約3 s 后，聯(lián)鎖才采集到8DG 軌道繼電器的吸起。以80 km/h 車速行駛，列車完全進(jìn)入到出清8/202G 僅需2.25 s。列車駛離8/202G 后聯(lián)鎖采集到相應(yīng)軌道繼電器先于8DG 軌道繼電器吸起，進(jìn)而判斷8/202G 先于8DG出清，不滿足進(jìn)路正常解鎖條件，II 場(chǎng)進(jìn)路無(wú)法正常解鎖。

1.2 解決方案討論

對(duì)于上述場(chǎng)聯(lián)進(jìn)路無(wú)法正常解鎖的故障，可考慮改變8/202G 軌道繼電器的吸起時(shí)機(jī)。使用JSBXC-850 型時(shí)間繼電器，延時(shí)3 s 吸起。當(dāng)列車經(jīng)由II 場(chǎng)8DG、I 場(chǎng)8/202G 接至I 場(chǎng)7G 過(guò)程中，進(jìn)路區(qū)段會(huì)按正常順序出清，進(jìn)路正常解鎖。

當(dāng)使用此方案時(shí)，需充分考慮8/202G 前方區(qū)段長(zhǎng)度。當(dāng)前方區(qū)段同樣長(zhǎng)度較短，則應(yīng)同步更改其吸起延時(shí)。

2 結(jié)合處在進(jìn)站口

對(duì)于進(jìn)站過(guò)程的占用邏輯檢查，通常應(yīng)檢查兩個(gè)條件，區(qū)段的占用/出清順序，以及進(jìn)站信號(hào)機(jī)的開(kāi)放關(guān)閉時(shí)機(jī)。

站內(nèi)部署25 Hz 相敏軌道電路，區(qū)間部署ZPW-2000A 軌道電路是常見(jiàn)的工程設(shè)計(jì)方案。對(duì)于自動(dòng)閉塞線路的區(qū)間占用邏輯檢查功能，兩種軌道電路的特性差異可能造成在3JG 處的邏輯檢查失敗，在3JG 遺留失去分路。

2.1 3JG及站內(nèi)首區(qū)段占用/出清順序異常

邏輯檢查功能在兩種制式軌道電路結(jié)合部的處理邏輯如下所示。

區(qū)間2700G、2714G 為ZPW-2000A 軌道電路，IIBG 為25 Hz 相敏軌道電路。IIBG 長(zhǎng)度為100 m，如圖2 所示。

圖2 結(jié)合處在進(jìn)站口Fig.2 Junction at station entry

高速鐵路通常利用列控中心實(shí)現(xiàn)區(qū)間占用邏輯檢查。如圖3 所示，T3-T2 為列車出清2714G 后IIBG出清且IIBG-QGJ 吸起的時(shí)間，時(shí)速200 km 的高速列車正線通過(guò)，僅需約2 s。T4-T3 為列車出清2714G 后2714G-QGJ 吸起時(shí)間，至少2.3 s。對(duì)于列控中心系統(tǒng)，會(huì)采集到IIBG 先于1 274G 出清，不滿足邏輯檢查的順序占用/出清檢查條件。

圖3 進(jìn)站過(guò)程Fig.3 Station entry process

對(duì)于普速自動(dòng)閉塞線路，利用繼電電路或區(qū)間綜合監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)區(qū)間占用邏輯檢查。以80 km 速度列車正線通過(guò)，T3-T2 約為4.5 s。但2714G 有A/B 軌多區(qū)段分割，對(duì)于 2714G 軌道繼電器電路，普速鐵路與高速鐵路有較大差異。

如圖4 所示，當(dāng)列車出清2714BG 完全進(jìn)入2714AG 后，因2714BG 的發(fā)送器電路中檢查2714AG 的GJ 狀態(tài)，此時(shí)2714BG-QGJ 無(wú)法吸起。而2714AG 的GJ 因?yàn)镽C 電路，在QGJ 吸起約3 s 后才會(huì)吸起。

圖4 區(qū)間軌道電路原理Fig.4 Principles of section track circuit

當(dāng)列車完全進(jìn)入站內(nèi)出清2714AG 后，2714AGQGJ 因其軌道電路特性延時(shí)2.3 ～2.8 s 吸起；2714AG-QGJ 吸起后，2714AG-GJ 因RC 電路緩吸特性延時(shí)2.3 ～2.8 s 后吸起；當(dāng)2714AG-GJ 吸起后，2714BG 接收器收到低頻信息，延時(shí)2.3 ～2.8 s 后，2714BG-QGJ 吸起。綜上所述，當(dāng)列車完全進(jìn)入站內(nèi)出清2 714AG 延時(shí)6.9 ～8.4 s 后，2714BG-QGJ 才能吸起。

邏輯檢查串采2714AG 和2714BG 的QGJ，作為2714G 閉塞分區(qū)的QGJ 狀態(tài)，故列車完全出清2714G 延時(shí)6.9 ～8.4 s 后，才能判定2714G-QGJ吸起。對(duì)于普速自動(dòng)閉塞線路，同樣會(huì)采集到IIBG先于2714G 出清，不滿足邏輯檢查的順序占用/出清檢查條件。

2.2 進(jìn)站信號(hào)開(kāi)放關(guān)閉時(shí)機(jī)異常

25 Hz 相敏軌道電路軌道繼電器吸起延時(shí)很短，對(duì)于干擾較為敏感，可能在列車途經(jīng)進(jìn)站信號(hào)機(jī)內(nèi)方首區(qū)段過(guò)程中，軌道繼電器一直抖動(dòng)。

計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖為防止故障導(dǎo)致的錯(cuò)誤關(guān)閉信號(hào)，信號(hào)的關(guān)閉會(huì)有1 ～2 s 的延時(shí)，即IIBG 軌道繼電器落下持續(xù)1 ～2 s 后，進(jìn)站信號(hào)才會(huì)關(guān)閉。

當(dāng)列車跨入IIBG 時(shí)，由于軌道電路分路不良，軌道繼電器抖動(dòng)，無(wú)法保持落下?tīng)顟B(tài)。故進(jìn)站信號(hào)無(wú)法正常關(guān)閉。當(dāng)列車進(jìn)入2DG 后，2DG 穩(wěn)定占用，進(jìn)站信號(hào)關(guān)閉。

若IIBG 軌道繼電器落下過(guò)并被采集到，判斷列車駛?cè)胝緝?nèi)，但并沒(méi)有獲取到進(jìn)站信號(hào)正常關(guān)閉的信息，不滿足邏輯檢查對(duì)于列車正常進(jìn)站的檢查條件。當(dāng)2714G 設(shè)備狀態(tài)從占用變?yōu)榭臻e時(shí)，將其判斷為失去分路。

2.3 解決方案討論

依據(jù)《列控中心區(qū)間占用邏輯檢查暫行技術(shù)條件》（TJ/DW 176-2015）規(guī)定，邏輯狀態(tài)為正常占用的進(jìn)站信號(hào)機(jī)外方第一個(gè)閉塞分區(qū)，設(shè)備狀態(tài)由占用變?yōu)榭臻e時(shí)，且同時(shí)滿足如下條件則判斷為空閑。否則判定為失去分路。

1）條件1：列車進(jìn)入站內(nèi)，進(jìn)站信號(hào)機(jī)正常關(guān)閉。

2）條件2：進(jìn)站信號(hào)機(jī)內(nèi)方第一區(qū)段保持占用或占用變?yōu)榭臻e。

如圖3 所示，T3-T1 過(guò)程中列控中心采集到2714G、IIBG 均占用。在T4，采集到2714G 出清時(shí)，也采集到IIBG 為空閑。滿足條件2。

對(duì)于條件2，不嚴(yán)格要求進(jìn)站信號(hào)機(jī)外方、內(nèi)方閉塞分區(qū)的軌道繼電器吸起順序，只要采集到跨壓占用，很大程度上避免了兩種制式軌道電路軌道繼電器吸起延時(shí)差異造成的3JG 遺留失去分路故障。

《列控中心技術(shù)條件》（Q/CR 817-2021）規(guī)定:邏輯狀態(tài)為正常占用的進(jìn)站信號(hào)機(jī)外方第一個(gè)閉塞分區(qū)，設(shè)備狀態(tài)由占用變?yōu)榭臻e時(shí)，且同時(shí)滿足如下條件則判斷為空閑。否則判定為失去分路。

1）條件1：列車駛?cè)胝緝?nèi)，跨壓進(jìn)站。

2）條件2：進(jìn)站信號(hào)機(jī)內(nèi)方第一區(qū)段保持占用或占用變?yōu)榭臻e。

很大程度上避免了進(jìn)站信號(hào)機(jī)關(guān)閉的時(shí)機(jī)異常造成的進(jìn)站過(guò)程邏輯檢查失效。

《鐵路信號(hào)區(qū)間綜合監(jiān)控系統(tǒng)暫行技術(shù)條件》（TJ/DW 210-2018）規(guī)定：進(jìn)站信號(hào)機(jī)外方第一個(gè)閉塞分區(qū)的邏輯狀態(tài)為正常占用，列車正常進(jìn)站（進(jìn)站信號(hào)機(jī)開(kāi)放后，內(nèi)方第一區(qū)段占用，進(jìn)站信號(hào)機(jī)關(guān)閉），設(shè)備狀態(tài)由占用變?yōu)榭臻e，邏輯狀態(tài)判定為空閑。否則判定為占用丟失。

3JG 的邏輯檢查條件為列車正常進(jìn)站，但并未對(duì)區(qū)段的占用/出清順序，以及進(jìn)站信號(hào)機(jī)的開(kāi)放關(guān)閉時(shí)機(jī)做明確規(guī)定。區(qū)間綜合監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)充分考慮此場(chǎng)景。

用繼電電路實(shí)現(xiàn)區(qū)間占用邏輯檢查功能時(shí)，對(duì)于3JG 正常出清邏輯判斷也只檢查跨壓進(jìn)站且進(jìn)站信號(hào)機(jī)內(nèi)方第一區(qū)段保持占用或占用變?yōu)榭臻e，如圖5 所示。

圖5 繼電邏輯檢查3JG原理Fig.5 Principle diagram of 3JG for relay logic check

1）列車壓入2714G 后，2714G-QGJF 落下，JLJ 繼電器落下。

2）進(jìn)站信號(hào)開(kāi)放，LXJ/YXJF 吸起。

3）列車壓入IIBG 后約1 s 內(nèi)，IIBG 落下，但LXJ/YXJ 仍吸起。S-JZJ 勵(lì)磁。

4）列車此時(shí)跨壓2714G、IIBG，S-JZJ 自保。

5）待列車駛離2714G 后，2714G-QGJF 吸起，JLJ 吸起。

6）2714G-JLJ、2714G-QGJ 吸起后，GJ 延時(shí)吸起，2714G 正常出清。

綜上所述，無(wú)論靠列控中心系統(tǒng)、區(qū)間綜合監(jiān)控系統(tǒng)還是繼電電路實(shí)現(xiàn)邏輯檢查，對(duì)于進(jìn)站過(guò)程中3JG 正常出清的判斷均可以統(tǒng)一方法，避免ZPW-2000A 與25 Hz 相敏軌道電路特性不同造成的3JG 遺留失去分路故障。

3 總結(jié)

25 Hz 相敏軌道電路和ZPW-2000A 型無(wú)絕緣軌道電路的出清判斷時(shí)間存在差異， 應(yīng)用場(chǎng)景不同、結(jié)合系統(tǒng)不同，故障表現(xiàn)也不盡相同。在工程設(shè)計(jì)及應(yīng)用設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分考慮其特性差異的影響，避免當(dāng)兩種制式軌道電路結(jié)合應(yīng)用時(shí)發(fā)生邏輯檢查失效故障。

結(jié)合處在站內(nèi)時(shí)，可選用時(shí)間繼電器延遲25 Hz 軌道電路繼電器吸起時(shí)間，以滿足聯(lián)鎖進(jìn)路解鎖的邏輯檢查要求。

當(dāng)結(jié)合處在進(jìn)站口時(shí)，存在邏輯檢查設(shè)備多樣、接近閉塞分區(qū)存在分割等客觀條件，進(jìn)站過(guò)程中區(qū)段占用時(shí)序、信號(hào)機(jī)關(guān)閉時(shí)序復(fù)雜。無(wú)論靠列控中心系統(tǒng)、區(qū)間綜合監(jiān)控系統(tǒng)還是繼電電路實(shí)現(xiàn)邏輯檢查，應(yīng)明確系統(tǒng)邊界。在判定3JG 正常出清時(shí)，檢查條件應(yīng)在保證安全前提下合理放寬，避免不同制式軌道電路特性造成的干擾。