ZPW-2000R轨道电路调谐区的设计与实现

肖彩霞 邓迎宏

*黑龙江瑞兴科技股份有限公司 高级工程师，150030 哈尔滨

目前，随着铁路建设快速发展，列车运行速度、密度的不断提高，以ZPW-2000系列无绝缘轨道电路为地-车信息传输基础的列车运行控制系统已得到广泛应用。而反映列车占用或空闲的轨道电路也已成为保证车载系统安全信息传递的关键环节，实现电气谐振式无绝缘轨道电路调谐区的占用检查、断轨检查、调谐器材故障检查等尤为重要，直接影响行车安全。

ZPW-2000R无绝缘移频自动闭塞系统采用DSP技术，实现信号的检测、编码、调制与解调。为了解决调谐区占用、调谐器材故障、断轨检查的问题，提出了5点布局的调谐区设计方案，利用本调谐区内发送匹配变压器(FBP)，经调谐区轨道反向传送本调谐区内接收匹配变压器(JBP)调谐区信号和正向接收主轨道信号软件浮动门限的算法，使系统调谐区检查问题得到了较好的解决，实现了轨道电路全程断轨检查。

1 ZPW-2000R调谐区设计技术条件

1．调谐区内死区段长度不大于5 m。

2．信号机防护范围为其内方的调谐区和主轨道，且调谐区和主轨道均空闲时，该轨道区段GJ↑;调谐区和主轨道任意点占用时，该轨道区段GJ↓(5 m死区段除外)。

3．调谐区内的接收调谐单元(BA2)断线、发送调谐单元(BA1)断线、调谐区内断轨时，本调谐区内的GJ↓，实现信号机的红灯防护检查。

4．调谐区长度为30 m，器材按5点布置。

5．为提高调谐区工作的稳定性，调谐区接收信号的工作值设为750～850 mV。

6．满足ZPW-2000系列的轨道电路传输特性和轨道电路电气隔离特性。

7．完成牵引电流的平衡和回流。

2 调谐区的结构

如图1所示，ZPW-2000R系统由电气分隔接头(调谐区)构成，器材布置为5点，调谐区长度30 m，发送匹配单元(FBP)设在调谐区内距发送调谐单元(BA1)2 m处，接收匹配单元(JBP)设在调谐区内距接收调谐单元(BA2)2 m处，空心线圈(SVA)设在调谐区中央，信号机设在发送匹配单元与空心线圈间，距发送匹配单元(BP)2 m处。

图1 电气分隔接头(调谐区)结构图

1．调谐区长度增加到30 m，使电气绝缘节并联谐振极阻抗大于2.0 Ω(见表1)，满足2000系列轨道电路的传输特性。

表1 电气绝缘节并联谐振极阻抗

2．轨道电路区段电气隔离度大于15倍。

3．由于接收调谐单元(BA2)的零阻抗约35 mΩ，直接由零点取调谐区反向信号太小，且抗干扰能力差，所以该系统接收(发送)匹配变压器距接收(发送)调谐单元2 m布置，使调谐区反向接收信号取自接收调谐单元(BA2)的零阻抗(35 mΩ)与2 m钢轨阻抗之和(30 mΩ)的端电压，实现调谐区接收反向信号与主轨道信号相同电平，保证了调谐区检查特性稳定可靠。发送、接收端对称布置可适应双方向。

4．如图2所示，实现了信号机内方调谐区和主轨道由本架信号机防护的功能，提高了系统的安全性。

3 调谐区检查设计

调谐区检查功能包括:调谐区占用(5 m死区除外)、调谐器材(BA)故障、断轨时，调谐区内信号机红灯防护导向安全侧。

3.1 调谐区占用检查(死区检查)

如图2所示，调谐区A的占用检查是接收软件通过对调谐区反向传输信号和本区段主轨道信号幅度变化进行分析计算来实现的。以调谐区信号的幅度变化(小于440 mV)作为调谐死区检查的启动条件，当主轨道信号门槛下降到原调整值的80%～85%时，使GJ↓，实现调谐区占用检查，消除了电气谐振式无绝缘轨道电路的死区段。

图2 信号机A防护调谐区A和主轨道A示意图

图3 调谐区分路曲线图

如图3调谐区分路曲线所示，除信号机开始内方5 m为死区段外，其他均满足检查条件，使GJ↓，实现调谐区占用检查。

3.2 调谐器材故障检查

在正常情况下，接收设备以固定门限来接收调谐区反向传输的信号。调谐单元BA断线检查是在后方区段空闲条件下完成的。

1．发送调谐单元(BA1)断线检查 。如图4所示，当调谐区发送侧BA1断线时，破坏了并联谐振，由于发送侧极阻抗丧失，使接收设备接收的调谐区信号电压降低40%以上，接收设备通过软件检测到电压下降的跳变，即可判断出发送侧BA1断线的故障，而使轨道继电器落下，实现红灯防护。

2．接收调谐单元(BA2)断线检查。如图5所示，当调谐区接收侧BA2断线时，由于接收侧BA2对调谐区发送的反向信号呈零阻抗，使接收设备接收的调谐区信号电压上升200%～450%，接收设备通过软件检测到电压上升的跳变，即可判断出BA2断线故障，而使轨道继电器落下，实现红灯防护。

3.3 调谐区断轨检查

在正常情况下，接收设备以固定门限来接收调谐区反向传输的信号。调谐区断轨检查是在后方区段空闲条件下完成的。

如图6所示，同调谐区BA1断线故障现象相同，断轨时接收设备接收的调谐区信号电压下降近乎为零，接收设备通过软件检测到电压下降的跳变，即可判断出调谐区断轨故障，而使GJ↓，实现红灯防护。

图6 调谐区断轨故障曲线图

综上所述，该轨道电路除按主轨道信号门限控制GJ吸起、落下情况外，还以调谐区检查结果控制GJ吸起与落下。当调谐区发生上述情况进行检查时，即使主轨道信号大于240 mV时，GJ也要落下。当列车出清本轨道区段后方区段空闲时，如调谐区信号电压不满足工作值750～850 mV，即使主轨道信号大于240 mV时，GJ也不吸起。

4 机械绝缘节区段

实际运用中，车站与区间的分界均以机械绝缘划分，区间与车站相邻的1LQ和3JJ轨道电路区段为“机械-电气”区段，当轨道电路正向接收端为机械绝缘(1LQ无调谐区)时，需将接收器的调谐区检查设置端通过正向ZFJ↑接通。当轨道电路反向接收端为机械绝缘(3JJ无调谐区)时，需将接收器的调谐区检查设置端通过反向FFJ↑接通，即可保证轨道电路调谐区正常工作。

5 调谐区检查的输出方式

由于电气谐振式无绝缘轨道电路调谐区存在固有死区段，实现调谐器的占用检查、断轨检查、调谐器材故障检查是确保行车安全的必要措施。检查方式可按上述方式的输出结果控制GJ↓，由信号机红灯防护。也可根据特殊技术要求，将输出结果只做报警输出至维护系统终端。

6 结束语

调谐区采用独特的5点布局方案和死区检查浮动门限算法，通过对主轨道、调谐区信号的接收和处理，缩短调谐区的分路死区，实现轨道全程断轨检查及调谐单元断线检查，从而提高了系统的安全性。

几年来经过电化、非电化区段、低阻道床、复线、单线双方向追踪、站内、区间同制式轨道电路等多种工作环境近3000多公里的现场运用考验。调谐器检查功能及系统运用效果安全、稳定、可靠。该闭塞设备是目前铁路 CTCS-1、CTCS-2、CTCS-3级列控系统的重要技术装备之一，将在铁路运输中发挥其安全可靠的作用。

［1］费锡康 ．无绝缘轨道电路原理及分析［M］.北京:中国铁道出版社，1993.

［2］吴运熙 ．铁道信号抗电力牵引电路的干扰［M］.北京:中国铁道出版社，1992.

［3］董绍平 ．数字信号处理基础［M］.哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社，1989.