基于高速电力载波的移频轨道电路室外设备监测方案研究

潘长清 李 娜

由于铁路信号集中监测系统 （CSM）中没有针对移频轨道电路室外信号设备的电特性监测，当移频轨道电路轨旁设备发生故障时，信号维护人员只有到达现场才能测量判断具体的设备故障情况，无法预先故障定位，有针对性地做好故障设备的更换准备，造成移频轨道电路故障处理的时间较长，一定程度上影响了铁路运输效率。

基于高速电力载波通信的移频轨道电路室外设备监测方案，作为铁路信号集中监测系统的补充，实现对移频轨道电路室外轨旁设备的在线监测，能够为移频轨道电路设备的状态修提供详细、必要和准确的测试数据，是实现预防室外设备故障发生、实现故障点快速定位、缩短故障延时、提高电务人员劳动生产率的重要手段。

1 移频轨道电路室外采集方案

根据移频轨道电路室外设备的电气特性，通过对调谐单元、匹配单元的电缆侧电压、电缆侧电流、轨面电压、钢包铜引接线电流、低频频率、载频频率以及频偏等电参数，进行实时在线监测并分析，就可充分掌握该设备的运行状态。采样点及采样方式的确定如下。

从图1所示调谐匹配单元结构中分析可知，电缆侧电压值的采样点可以选取调谐匹配单元的E1E2端子；轨面电压值的采样点可以选定U1U2铜板端子；二者均可采用高输入阻抗的隔离电压变送器，将监测设备和被测设备进行可靠的电气隔离，并且在隔离电压变送器的初级端安装快断式熔断器，以保证监测设备自身故障时不会影响被监测设备的正常工作，符合故障－安全原则。根据被测设备工作电压的波动范围，确定电缆侧电压测量量程为0～200V、测量精度为±1%；轨面电压测量量程为0～4V、测量精度为±1%。

图1 调谐匹配单元结构图

将开启式电流互感器安装在待采集电流的电缆上，由于开启式电流互感器与被监测设备没有电气连接，所以不会对被测设备的正常工作造成影响。根据被测设备工作电流的波动范围，确定电缆侧电流测量量程为0～1A、测量精度为±2%；钢包铜线电流测量量程为0～10A、测量精度为±2%。

由于移频轨道电路是利用频移键控的技术进行编码 （即FSK编码）的一种轨道电路，所以无法用采集到的时域波形来进行分析。根据FSK信号的带通特性，可采用欠采样技术对信号进行采样，这样不仅保证监测的实时性，并且保证在不增加采用点数的情况下，提高FSK信号的分辨率。

2 通信传输方案

移频轨道电路室外设备的分布特点是沿着铁轨的线条状结构，拓扑结构相对简单，但距离非常长，最长可达15km。鉴于这种特点，采用高速电力载波技术将移频轨道电路的一对备用芯线，既当作系统的供电线路，又作为载波通信的传输介质，如图2所示。

采用这种方式无需重新敷设电缆，降低了造价，并且最大限度降低了备用芯线的使用。选用的高速电力载波模块具有自动组网、自动中继的功能，在系统单个节点故障的情况下，可通过路由表重建后续节点跨过故障节点，将数据传回室内，达到网络自恢复的效果。

高速电力载波通信模块性能指标如下：

工作电压范围：AC 85～240V

点对点传输速率：200Mb／s

点对点传输距离：不小于2km

中继级数：16级

图2 区间移频轨道电路室外构成

3 方案特点

1．利用带有中继功能的高速电力载波通信技术，减少对现场备用芯线的使用量，降低造价便于推广。

2．移频轨道电路室外监测方案实现了对调谐匹配单元钢包铜线的电流逐根进行实时采集，目的是检测钢包铜线安装的可靠性，及时发现钢包铜线接触不良甚至断线等故障 。

3．对轨面电压值进行实时采集。

4．监测数据经过分析后，可以提供准确的预警信息和报警信息。

5．可以和信号集中监测系统实行无缝连接，共用监测的网络通道，从而达到了节约资源的目的。

6．为状态修提供可靠的数据支撑，对故障点能进行较为准确的定位。

4 结论

该方案将监测设备的电源线与数据通信线合二为一，只需占用移频轨道电路的一对备用芯线，在不重新敷设电缆的前提下，做到了占用资源最少，有效地降低了造价，提高了推广可行性；电力载波的通信速率高达200Mb／s，并且可以自动组网，相较于其他通信方式有较大的优势。所以，基于高速电力载波通信的移频轨道电路室外设备监测方案，安全性高、工程造价低、系统功能多、实用性强，便于在铁路领域推广。

［1］ 中华人民共和国铁道部．铁运［2008］142号．铁路信号维护规则技术条件（修订版）［S］．2008．

［2］ 中华人民共和国铁道部．运基信号［2010］709号．铁路信号集中监测系统技术条件［S］．2010．