客运专线ZPW-2000A轨道电路应用分析

2012-07-13关琼

铁路通信信号工程技术 2012年6期

关琼

(柳州铁道职业技术学院，广西柳州 545007)

ZPW-2000A无绝缘移频轨道电路是目前我国铁路广泛应用、先进、具有自主知识产权的轨道电路设备，其传输性好、安全性高、可维修性强，能够实现轨道电路全程断轨检查、调谐单元内部断线检查，并且系统中的发送器采用“N+1”冗余，接收器采用成对双机并联运用，提高了系统可靠度，为主体化机车信号和列车超速防护系统的安全性提供坚实基础。依据铁道部《客运专线CTCS-2级列控系统配置及运用技术原则（暂行）》（铁集成[2007] 124号）第5.1条“区间采用ZPW-2000（UM）系列无绝缘轨道电路，中间站站内应采用与区间同制式轨道电路，复杂大站正线及到发线宜采用与区间同制式轨道电路……”，已经修建的多条客运专线如京津城际、合宁、合武应用了客运专线ZPW-2000A轨道电路。客运专线ZPW-2000A轨道电路是在既有ZPW-2000A轨道电路的基础上，针对客运专线的使用特点进行适应性改进，它保持了原有的优越性，在一些应用方式和有关设备配置上进行调整，使之更稳定、更可靠，适用于我国高速铁路客运专线的列控系统，充分保证列车高速运行的安全。

1 结构组成

客运专线ZPW-2000A轨道电路有区间设备和站内设备两种。区间轨道电路系统结构包括电气绝缘节—电气绝缘节轨道电路和机械绝缘节—电气绝缘节轨道电路；站内轨道电路系统结构为机械绝缘节—机械绝缘节轨道电路。图1所示为区间机械绝缘节—电气绝缘节轨道电路的系统结构图。

无论哪种系统结构都由室内和室外两部分设备组成，其中，室内设备主要有发送器、接收器、衰耗冗余控制器（单频和双频）、防雷模拟网络盘等；室外设备主要有调谐匹配单元、空芯线圈、机械绝缘节空芯线圈、站内匹配单元、补偿电容和扼流适配变压器等。

2 应用特点

2.1 发送器冗余方式

发送器由既有的“N+1”提高为“1+1”备用模式，减少了因设备故障导致行车中断的情况，大大提高了系统可靠性。

“N+1”冗余方式就是根据需要设置N个主用发送器共同使用一个备用发送器。当某一个主用发送器发生故障时，备用发送器能够自动替代其工作，保证系统正常运作。既有ZPW-2000A通常采取一个站备用一个发送器或上、下行线各备用一个发送器的冗余方式，这种“N+1”冗余方式在一定程度上提高了系统运用的可靠性，并节约投资，但是只能保证仅有一个主用发送器故障时，系统工作不中断。

客运专线列车运行速度高、行车密度大，各系统设备的安全性、可靠性显得尤为重要。因此将ZPW-2000A轨道电路发送器的冗余方式改进为“1+1”，即每个主用发送器都配置了备用发送器，构成“双机热备”形式，通过各自的FBJ接点接入系统，如图2所示。当主备发送器均工作正常时，FBJZ、FBJB保持在吸起状态，此时主用发送器产生的移频信息通过FBJZ前接点送出；若主用发送器故障，FBJZ落下断开其输出电路，备用发送器产生的移频信息通过FBJB前接点和FBJZ后接点同样可送至防雷模拟网络盘，保证了设备运作的连续性，大幅度提高系统的安全性和可靠性，同时也在简化冗余电路的基础上减少了现场配线。

2.2 发送器编码方式

发送器采用无接点的计算机编码方式，取代了既有ZPW-2000A轨道电路系统的继电编码方式，减少了继电器电路的设置。

既有ZPW-2000A系统为了控制通过信号机点灯和发送器低频编码，每个轨道电路区段设置了1GJ、2GJ、3GJ、4GJ、5GJ电路，分别复示运行前方5个闭塞分区状态，并利用1GJ～5GJ的第一组接点构成本区段发送器的低频编码电路，送出编码条件，如图3所示。

改进后客运专线ZPW-2000A轨道电路的编码是由列控中心通过设备接口采集轨道电路空闲或占用以及信号开放等条件，计算各个轨道电路区段的低频信息码，相关编码数据通过CANA、CANB总线送到轨道电路通信接口板进行转发，由CAND、CANE总线送至发送器，发送器的CPU1、CPU2根据收到的载频、低频条件产生移频信号。由此可见，客运专线ZPW-2000A系统取消了原有大量的编码继电器，优化了系统配置，减少中间故障环节。

另外，客运专线ZPW-2000A轨道电路接收器的载频选择也由列控中心进行集中配置，相关条件通过同样的总线方式由轨道电路通信接口板转发送至接收器。

2.3 集中监测采集方式

既有ZPW-2000A监测维护终端的采集信息来自采集衰耗器、分线采集器和采集发送检测器（站内电码化），各采集分机采集实时数据通过CAN通信总线传给采集处理器，采集处理器对数据按区段进行汇总和逻辑处理，处理结果经由RS-485串行接口或RJ45以太网接口传给集中监测主机。

而客运专线ZPW-2000A自带监测维护终端，采集信息全部来自轨道电路通信接口板（CI-TC）。发送器、接收器通过CAND、CANE总线将工作状态参数和轨道电路参数发送到轨道电路通信接口板，由轨道电路通信接口板经CANC总线把相关监测信息传给轨道电路维护终端。对数据进行记录和分析后，再由维护终端传给集中监测，为轨道电路电气特性分析提供可靠数据，也为设备的状态修提供技术支持。

客运专线ZPW-2000A编码控制和监测信息采集方式如图4所示。

2.4 一体化ZPW-2000A轨道电路

既有ZPW-2000A自动闭塞区段的车站接、发车进路和股道采用站内轨道电路（如25 Hz相敏轨道电路、交流连续式轨道电路）预叠加ZPW-2000A移频信号的电码化方式，列车运行控制系统的行车信息仅仅是叠加在轨道电路上，对于信息接收的可靠度需要额外手段加以检测，在方案实施和设备设置上比较繁复和累赘。

客运专线车站内采用与区间同制式的ZPW-2000A轨道电路，轨道电路信息和列车的车载信息集一体，使用同一发送设备，相同的移频信息经调制、放大后送至钢轨，经由钢轨在任意时刻同时向轨道电路传输系统的接收设备和列车运行控制系统的车载设备提供。站内轨道电路采用机械绝缘节分割，不需要调谐单元，直接使用站内匹配变压器与钢轨相连，并且在电气化牵引区段为使牵引电流畅通无阻，还设置了扼流适配变压器。另外，通过采用轨道电路钢轨引接线迂回走线的安装方法和增加道岔跳线、道岔跳线换位设置的方法，较好地解决了站内轨道电路机械绝缘节及道岔区段弯股处接收车载信息存在“盲区”的问题。切实保证列车在区间和站内运行过程中控车信息接收的不间断，真正实现“时间”和“空间”上的连续，取消了电码化环节，减少故障点，更具安全可靠性。

2.5 优化整合系统设备配置

1）整合调谐单元和匹配变压器单元

既有ZPW-2000A轨道电路配置室外设备时，匹配变压器与调谐单元分盒设置，两个盒体背对背安装在调谐区小轨道线路边的基础桩上。改进后的客运专线ZPW-2000A将区间轨道电路电气绝缘节、机械绝缘节的调谐单元与匹配变压器“二合一”设置，减少了系统设备数量，更利于施工安装、日常维护。整合而成的“调谐匹配单元”包括调谐部分、匹配部分及引接线模拟电感，如图5所示。

2）优化补偿电容的配置

ZPW-2000A轨道电路在钢轨中传输的移频信号会受到钢轨电感感抗的影响，传输距离降低，为改善这种影响，采取在轨道电路中分段加装补偿电容的方法。既有ZPW-2000A轨道电路补偿电容设置按照不同载频分别使用40、46、50、55μF 4种容量，并根据轨道电路长度确定电容个数进行等间距安装。由于客运专线大多采用先进的无砟道床轨道，具有良好的轨道电路参数和标准的道床漏泄电阻，因此客运专线ZPW-2000A轨道电路优化了补偿电容配置，采用25μF一种，安装间距按照不同载频来确定，如区间1 700、2 000 Hz区段为60 m，2 300 Hz、2 600 Hz区段为80 m，站内统一为100 m（轨道电路长度大于300 m时）。补偿电容采用全密封工艺，提高容值稳定性和延长了使用寿命。