无绝缘谐振式轨道电路系统研究与实现

杨建华 林卫永 钟朱婷 温业中

（通号万全信号设备有限公司，杭州 310000）

无绝缘谐振式轨道电路系统研究与实现

杨建华 林卫永 钟朱婷 温业中

（通号万全信号设备有限公司，杭州 310000）

根据现代有轨电车信号控制系统的特点，提供一种用于有轨电车铁路线路占用与空闲检查的方案。结合工程需要重点分析无绝缘谐振式轨道电路系统的原理和实施方案，可供现代有轨电车检查列车位置并保证列车运行安全提供设计参考。

现代有轨电车；信号系统；轨道电路

1 概述

由于现代有轨电车具有工程造价低、建设周期短、运营组织灵活、乘坐舒适快捷、节能、环保的特点，在越来越多的城市兴起。现代有轨电车采用的是司机目视驾驶且无专有路权，怎样保证电车的行车安全成为信号系统的重要目标。在信号系统控制设备中，轨道电路是保证行车安全的重要基础设备，用于检查铁路线路是否有车。由于我国有轨电车信号控制系统研究起步较晚，有轨电车专用轨道电路系统主要由国外企业提供。无绝缘谐振式轨道电路产品的开发，为有轨电车信号控制系统，提供了更适合我国有轨电车铁路线路占用与空闲检查的基础设备。

为提高有轨电车在正线或车辆段道岔联锁区域的行车安全，在道岔的接近区段和道岔区段设置无绝缘谐振式轨道电路设备，并把轨道电路发送采集板置于轨旁控制箱内，用于轨道区段空闲与占用检查。无论是有轨电车列车还是轨道车，只要有轮对进入轨道区段，就可以检测到有车进入本区段，并记录和显示有车占用。当列车全部轮对出清本区段，立即将进路状态改为空闲状态。

2 系统构成

无绝缘谐振式轨道电路设备主要由处理器、发送器、接收器、匹配单元、电容、电缆和短接线等组成。利用钢轨的电感特性与匹配电容构成一个谐振式回路。轨道电路板集成发送器和接收器于一体，且发送器和接收器的CPU都采用二取二结构。轨道电路板采用6U板卡设计，安装在轨旁控制箱内19寸6U机架式机箱内部，板卡前面板开孔印字外露所有功能指示灯，板卡后面均留有外接线端子，用于所有外设的输入和输出连接。系统结构如图1所示。

图1 无绝缘轨道电路系统结构图

3 系统原理

3.1 系统原理说明

无绝缘谐振式轨道电路是将一定长度的钢轨两端用短路线短路，中间安装谐振电容，在两端适当的位置安装发送器和接收器构成一个闭合回路。利用钢轨对高频信号呈现电感特性，并配合适当的电容器构成谐振电路。在发送器中发送一定频率的信号，接收端可以顺利地接收到这个信号。

在无车进入该轨道区段时，发送器通过电缆和调谐匹配单元将一定功率的FSK信号送入轨道电路一端，在轨道电路的另一端通过调谐匹配单元和电缆将经过一定衰耗的FSK信号传送到接收器。接收器经过分析计算，确认接收信息达到门限值，接收器将结果传送给处理器模块，处理器模块确认本区段状态为空闲并记录；反之，当有列车进入轨道电路区段时，由于列车轮对的短路作用，使钢轨轨面上的谐振回路不在谐振点，导致接收器接收信息在门限值以下，处理器模块接收并判定本区段为占用状态。

3.2 主要技术指标

轨道电路板工作电压范围：DC20～26 V，功率≤12 W；轨道区段控制长度：3～100 m；系统应变时间：＜0.3 s；分路灵敏度：＞0.15 Ω；系统工作频率：20～30 kHz；系统调制低频数量：16;调制方式：FSK移频键控调制；可靠性MTBF=100 000 h；误码率：＜10-9；发送功率：5 W；软件、硬件设计符合故障-安全要求。

4 系统接口

轨道电路板采用DC24 V/2 A供电。轨道电路板向轨旁控制器提供轨道电路占用和空闲表示接口，占用和空闲表示通过GJ继电器接点方式把轨道状态发送至轨旁控制器的I/O模块，接口采用2个端子实现，接点闭合表示轨道空闲，接点断开表示轨道占用。接口也可采用CAN总线方式，将轨道状态上传至轨旁控制器，应变速度更快。轨道电路板与钢轨的接口采用四线制，X1X2用于发送器发送FSK信号到钢轨轨面，X3X4用于接收器接收来自轨面的FSK信号。系统接口如图2、3、4所示。

图2 轨道电路板与轨旁控制器电源接口连接示意图

图3 轨道电路板与轨旁控制器通信接口连接示意图

图4 轨道电路板与钢轨连接示意图

5 系统各模块功能

5.1 设备硬件功能说明

发送器：发送模块通过电缆和匹配单元，将一定功率的FSK信号送入轨道电路一端。

接收器：在轨道电路的另一端，通过匹配单元和电缆，将经过一定衰耗的FSK信号送到接收模块。

短路线：在轨道区段的两头用短路线连接，可以阻止轨道电路电流信息流出本区段，还可以均衡两条钢轨的牵引回流电流。

二是构建符合现代企业制度要求的人才选用机制。继续深化岗位竞聘制度，以公开招聘、竞争上岗、组织选拔等多种方式，建立科学的人才选用机制，破除论资排辈等不良现象，为毕业生脱颖而出、施展才华创造宽广的舞台。同时，加大专业技术职务评聘分开的力度，提高引进毕业生职称评审的比例，把技术水平高、专业能力强的优秀毕业生，选聘到关键技术岗位，拓宽知人识人渠道。

轨道电路板的功能如下：

当区段无车时，接收模块经过分析计算确认接收到了达到门限值的正确信息，接收模块将结果传送给处理模块，处理器模块确认本区段状态为空闲并记录。

当有车进入本区段时，由于轮对短路发送端与接收端的通路，接收端的信号会低于要求的门限，接收器经过分析将结果传送给处理模块，处理器模块确认本区段状态为占用并记录。

轨道电路的功能划分：轨道电路板硬件功能单元可分为双处理器电路、开关电源电路、功率放大电路、发送监测电路、接收采集电路、对外接口电路、参数调整电路和故障记录电路，共8个子模块。如表1所示。

表1 各功能模块说明

5.2 设备软件功能说明

轨道电路板软件整体分为初始化模块、指示灯模块、信号输出模块、检测模块、信号采集模块、状态输出模块、参数调整模块及故障记录模块，共8大功能模块。

轨道电路板上电后，程序将初始化参数，然后对系统输出信号进行各项参数检测；在各项参数满足正常工作条件后，系统再对系统输入信号进行各参数检测，经过逻辑计算和分析，最后执行相应命令的操作。如表2及图5所示。

6 系统应用举例

无绝缘轨道电路系统主要用于轨道线路区域的空闲、占用检查，以保证列车在线路上的运行安全。在办理行车进路进行道岔位置转换时，需要检查道岔区域无车，并在转换过程中不允许有车进入。如果有车进入道岔区域，没有转换的道岔不允许被转换，已经转换的道岔要继续转换到底。道岔全部

表2 模块功能和处理流程

图5 轨道电路板程序处理流程图

转换到了进路要求的位置并锁闭，防护该进路的信号机才可以开放。为了保证列车行车安全，在道岔的尖轨前要设置一定长度的轨道电路称为保护区段（BHG）。当列车在道岔转换期间进入该区段，利用列车在保护区段运行时间使道岔转换到底。

图6是由一个对向道岔控制直行或左转线路的应用。在道岔区域设置四段无绝缘轨道电路，分别是接近轨JJG、保护轨BHG、道岔定位轨DCG、道岔反位轨FCG。保护进路的信号机设在保护轨前方。列车进入接近轨时，下传道岔转换命令；当道岔转换到规定位置并开放信号，列车可以越过信号机进入道岔区域，列车压入保护轨时，信号机关闭；当列车依次压入并出清JJG、BHG、DCG（FCG）后进路解锁、道岔解锁，又可以重新接收进路命令。

图6 无绝缘轨道电路道岔区域安装示意图

如果是背向道岔，情况类似，只是接近轨和信号机要设置在另外一个方向，保护轨和离去轨互换。

7 系统安装

7.1 无绝缘谐振式轨道电路设备的安装

无绝缘谐振式轨道电路安装要求，两个相邻区段要间隔4 m，钢筋网离轨道电路应20 cm以上，相邻区段分别使用高频（27 kHz附近的频率）和低频（22 kHz附近的频率），连接电缆长度一般不超过200 m。图7所示为无绝缘轨道电路室外安装示意。

图7 无绝缘轨道电路室外安装示意图

7.2 无绝缘谐振式轨道电路设备的调试

通过查表可得到电容的容值，在设备安装完毕后，将轨道电路板设置为调试状态。轨道电路板的人机对话窗口可显示出谐振频率、发送电压、接收电压。如果参数与设计要求误差较大，可更换电容或调整发送电压值至满足要求。调试结束后，将轨道电路板设置为工作状态，原始数据将被写入记录单元。当轨道电路改造或更换处理器板时，需用特殊手段重新进入调试状态。

系统进入工作状态后，轨道电路的空闲与占用等信息，通过继电器接点和CAN总线通信口，传送给轨旁控制器及其他周边设备。

7.3 钢轨短路线安装、谐振电容安装、接收及发送匹配盒安装

钢轨短路线设置位置应符合设计要求，将钢轨短路线的塞钉敲入钻好的孔眼中，必须确保塞钉完全进入钢轨内部。

两边引出35 mm2的导线，导线头部已经安装好塞钉，将两边的塞钉按安装短路线的方式安装到轨道中。敲好塞钉后用万用表测量接触电阻，确保接触电阻小于10 mΩ。安装完毕后，用泥土覆盖好谐振电容，确保电容不应振动移位。

匹配盒具有两种规格，分别为发送匹配盒和接收匹配盒，发送匹配盒安装靠近轨旁控制箱，接收匹配盒远离轨旁控制箱。按同样的方式将匹配盒的塞钉敲入钢轨内侧。敲好塞钉后，用万用表测量接触电阻，确保接触电阻小于10 mΩ。安装完毕后，用泥土覆盖好匹配盒，不应振动移位。

匹配盒的中部位置具有一个防水连接器，该连接器为2芯插座，将从轨旁控制箱内引出的发送端连接到2芯插座，并用力旋紧连接器固定螺母，确保端子防水尘。同样接收端也从轨旁控制箱引出连接到接收匹配盒的连接器端子上。如图8所示。

图8 短路线、匹配电容、接收及发送匹配盒安装示意图

8 结论

无绝缘谐振式轨道电路，是有轨电车信号控制系统的基础产品，对保证列车运行安全有着十分重要的作用。这个产品借鉴国外产品的技术优点并结合我国运行特点和需求，有着比较广泛的使用空间。该系统具有结构简单、可靠性强、安全性好、安装维护方便、性能价格比高等特点。

[1]中华人民共和国建设部.GB50157-2003地铁设计规范[S].北京：中国计划出版社，2003.

[2]北京铁路局.ZPW-2000A型无绝缘移频自动闭塞原理与维护[Z].2005.

[3]北京城建设计研究总院有限公司.北京市现代有轨电车技术[Z].2010.

[4]邹仕顺.现代有轨电车的信号控制技术[J].北京：铁路通信信号，2014，50（4）：8-11.

According to the characteristics of signal control systems for modern trams, the paper puts forward a scheme for occupancy and clear detection of trams railway lines. Combined with engineering needs, it analyzes the principles and implementation scheme of the non-insulated resonant track circuit system for locating the modern trams and ensuring tram safe operation.

modern trams; signal system; track circuit

10.3969/j.issn.1673-4440.2016.06.019

2016-08-22）