ZPW-2000A移频脉冲轨道电路与ZPW-2000A轨道电路的差异性研究

李 恒

(中铁第一勘察设计院集团有限公司，西安 710043)

1 概述

在兰州西站存车场施工改造过程中，为解决分路不良问题，选用ZPW-2000A·TM 系列移频脉冲轨道电路。该轨道电路属于新型站内轨道电路产品，于2017 年9 月获得铁路产品认证（CRCC）证书，应用案例少，设计资料还不丰富，更不与现有的自动闭塞制图软件相兼容匹配。现从铁路信号设计者的角度研究ZPW-2000A·TM 系列移频脉冲轨道电路（以下简称移频脉冲轨道电路）与既有成熟ZPW-2000A·T 系列轨道电路（以下简称ZPW-2000A 轨道电路）的差异，为今后移频脉冲轨道电路系统的设计应用提供参考。

2 移频脉冲轨道电路系统的优势

移频脉冲轨道电路是在既有成熟ZPW-2000A 轨道电路基础上，结合不对称高压脉冲轨道电路制式的特点，以高电压多频率不对称脉冲信号和移频信号两者的混合信号为传输信号的一种新型站内轨道电路。该新型轨道电路充分发挥两种信号的各自优势：移频信号易于机车发码，实现断轨检查；脉冲信号可以改善分路不良，实现绝缘破损检查。针对ZPW-2000A轨道电路在站内应用过程中存在的问题，对移频脉冲轨道电路的技术优势进行阐述分析。

2.1 解决分路不良

轨道电路分路不良是一个世界性的难题，锈蚀的、煤渣粉尘污染的轨道区段易发生分路不良，目前整治方法主要有钢轨喷涂、高压脉冲、3V 化等措施。高压脉冲轨道电路就是利用高电压击穿钢轨铁锈等不良导电层，且击穿后仍保证较大的击穿电流以维持较低电阻，从而解决轨道电路分路不良。移频脉冲轨道电路成功运用了高压脉冲轨道电路的技术特点，将移频信号和脉冲信号叠加后输出，利用“与”的逻辑关系进行轨道电路“空闲”状态判定，任一信号符合分路状态条件时，均认为轨道电路“占用”，从而提高轨道电路可靠性，解决站内分路不良。通过试验与分析，ZPW-2000A 移频脉冲轨道电路可以有效解决分路不良问题，对比喷涂等其他分路不良整治措施，便于运营维护，更具有明显的价格优势。

2.2 实现绝缘破损检查

ZPW-2000A 轨道电路不具备站内绝缘破损检查功能，既有线路必须实施绝缘破损防护改造，防止绝缘破损后越区信号干扰车载工作。移频脉冲轨道电路可以利用传输信号中不对称脉冲成分的特性，且相邻轨道区段满足极性交叉安装原则，便可实现绝缘破损检查功能。详细来说，绝缘破损后，相邻轨道区段的传输信号会侵入本区段，造成本区段脉冲信号的头尾比关系发生变化。以此为依据，就可以判断绝缘节已破损，使破损区段出现红光带，实现绝缘破损检查。对比ZPW-2000A 轨道电路，移频脉冲轨道电路不再需要绝缘破损改造，减少了工程投资，为绝缘破损防护提供了新的选择。

2.3 避免机械绝缘节烧损

高速铁路牵引电流大、站场股道多，为了避免股道处轨道电路构成迂回，形成“第三轨”，站内侧线一侧机械绝缘节处的扼流变压器中性点需断开，形成回流切断点，这种情况俗称“一头堵”。当列车启动时，钢轨中会出现很强的牵引电流。由于存在回流切断点，牵引电流只能从单侧回流，一旦钢轨回流不畅，就会在该机械绝缘节两端形成较大的电位差。在列车轮对通过该绝缘节时，牵引回流会在短时间内由导通变为切断，就可能造成拉弧、放电，严重时烧损钢轨接头和绝缘节。ZPW-2000A轨道电路系统目前无法有效解决绝缘烧损问题。针对这一难题，移频脉冲轨道电路系统在侧线股道牵引回流切断点处，配套使用了回流电抗器，连通了侧线股道回流切断点两侧的扼流变压器中性点，避免“一头堵”情况。回流电抗器对50 Hz 牵引电流呈现低阻抗，可以导通牵引电流；对移频信号呈现高阻抗，可以避免越区迂回。这样就实现了侧线股道的双端回流，在隔离移频信号的同时，平衡机械绝缘节两端电压，避免切断点处轨头、绝缘节拉弧烧损。

3 移频脉冲轨道电路与ZPW-2000A轨道电路的系统一致性分析

3.1 系统接口的一致性

与ZPW-2000A 轨道电路相比，移频脉冲轨道电路的功能更加完善，性能也有所提高。但是铁路工程设计者还希望两者的系统外部接口尽量一致，设计框架相似，室内外设备复用程度高，这样才能避免设备繁多复杂，便于升级改造，节约投资成本。根据分析比较，移频脉冲轨道电路与ZPW-2000A轨道电路的系统外部接口标准基本一致。

1) 设备与列控中心通信接口均按照《高铁列控中心接口暂行技术规范》（TJ/DW172-2015）执行，采用CAN 总线控制方式。

2) 移频信号基准载频均包括1 700 Hz、2 000 Hz、2 300 Hz、2 600 Hz，基准载频均派生-1 型载频和-2 型载频，均提供18 种低频调制信号；

3) 在供电需求方面，ZPW-2000A 单段轨道电路区段功耗不超过180 VA，而移频脉冲单段轨道电路功耗不超过200 VA；

4) 与车载设备仍有良好的兼容性。叠加高压脉冲信号对机车信号车载系统的译码无明显影响，机车信号车载系统可以正常工作；

5) 均能驱动JWXC-1700 安全型轨道继电器，且方向切换电路、停电监督电路可以复用；

6) 轨道电路区段长度大于或等于300 m 时，均设置容值为25 μF 的全密封补偿电容，补偿电容设置方式相似。

3.2 系统设备构成的一致性

在系统原理框架和设备构成方面，移频脉冲轨道电路与ZPW-2000A 轨道电路基本一致。室内设备均包括轨道电路机柜、接口柜、防雷模拟网络组匣、发送器、接收器、防雷模拟网络盘、分线采集器等，室外设备均包括扼流变压器、补偿电容等。两者系统原理的主要区别在于前者的发送器以移频和脉冲的混合信号作为输出，通过衰耗冗余隔离器实现两种信号的分离过滤，再由接收器分别完成移频信号和脉冲信号的特征处理，根据“与”的逻辑关系判断区段空闲状态。这种新型轨道电路系统还集成简化了轨旁设备，使用移频脉冲扼流变压器代替原有“带适配器的扼流变压器+站内匹配变压器”的组合方式，维护工作更加简单。此外，移频脉冲轨道电路系统在站内牵引回流切断点处按需使用回流电抗器，用于实现双端回流。

3.3 系统设计应用的一致性

由于两者在系统外部接口、设备构成框架上基本一致，移频脉冲轨道电路系统可以沿用ZPW-2000A 站内轨道电路系统的设计思路和应用习惯。在本次设计过程中发现，两者间仍存在一些不可忽视的设计差异，需在现有自动闭塞制图软件的图库基础上加以更新。

在室内设计环节如下。

1) 尽管两者的设备尺寸、框架接口基本一致，但从合理规划，便于维护，减少故障点干扰的角度考虑，移频脉冲轨道电路设备与ZPW-2000A 轨道电路设备宜独立分柜设置。

2) 为实现对轨入混合信号中高压脉冲成分的分离监测功能，移频脉冲轨道电路系统采用了新型ZPW.CEM 型分线采集器。该分线采集器设备内部电路由信号输入隔离采集电路、信号处理电路和CAN 通信电路组成，可对送、受端防雷模拟网络盘电缆侧或设备侧信号的电压、载频、低频、峰头电压、峰尾电压、脉冲频率进行采集测量。与ZPW-2000A 轨道电路所采用的ZPW.CE2 型分线采集器不同，ZPW.CEM 型分线采集器的采集点为接口柜零层端子。

3) 在接口柜满配置轨道区段数量方面，移频脉冲轨道电路比ZPW-2000A 轨道电路有所减少。接口柜用于放置防雷模拟网络组匣及分线采集器，每个移频脉冲轨道电路的接口柜内可放置8 层防雷模拟网络组匣；每层防雷模拟网络组匣固定配置2 台分线采集器和6 台防雷模拟网络盘；接口柜零层端子D1～D8 为防雷模拟网络盘电缆侧信号连接端子，D9～D16 为防雷模拟网络盘设备侧信号连接端子。而ZPW-2000A 轨道电路接口柜内可放置9层防雷模拟网络组匣；除第一层外，每2 层防雷模拟网络组匣配置3 台分线采集器和12 台防雷模拟网络盘，接口柜零层D1～D9 端子用于防雷模拟网络盘电缆侧信号连接，D10～D18 端子用于防雷模拟网络盘设备侧信号连接。两者接口柜满配置设备的数量差异如表1 所示。

此外，移频脉冲轨道电路取消了ZPW-2000A轨道电路防雷模拟网络组匣背面原有的两个3×18柱侧面端子，防雷模拟网络盘设备侧及电缆侧信号不再经过侧面端子板，而是直接接入接口柜零层。

在室外设计环节如下。

1) ZPW-2000A 一体化轨道电路的电缆最大设计长度应不大于10 km。在国内客专线上，站内轨道电路区段的电缆长度基本小于2.5 km，所以无需考虑电缆最大传输长度的设计约束。而移频脉冲轨道电路单芯电缆最大传输距离不大于0.75 km，该指标是由轨旁设备最大容许压降以及电缆标准环阻所决定的，不满足要求时，可以采用双芯并联的方式降低电缆环阻，但仍不可大于1.5 km，且并芯后电缆断芯不易检查，导致轨面电压降低，增加产生分路不良的可能。在本次兰州西站存车场移频脉冲轨道电路的设计应用过程中，由于站型设置特殊，其电缆设计长度有几处超过了2 km，经专业人员依据实际情况仿真计算后，采用将轨道区段长度缩短或电缆并联三芯的方式，以控制设备压降在允许范围之内。

表1 接口柜满配置设备数量差异表Tab.1 Differences between the numbers of devices of an interface cabinet (fully configured)

2) 为了防止绝缘失效后相邻区段间串频干扰，ZPW-2000A 系列轨道电路要求绝缘节两侧区段应设置为不同载频类型或不同基准载频。移频脉冲轨道电路在满足上述规范要求的基础上，还要兼顾不对称高压脉冲信号的特性，在相邻区段安装时应进行极性交叉，确保实现绝缘破损防护的功能。

4 结束语

ZPW-2000A 移频脉冲轨道电路融合了ZPW-2000A 轨道电路和高压脉冲轨道电路两者的技术优势，将移频信号和脉冲信号叠加在一起进行传输，一次性解决站内分路不良、绝缘破损无法检查、绝缘节易烧损等难题。同时，该新型轨道电路系统与原有系统一致性高，维护习惯相似，且维护设备数量少，是目前最理想的站内轨道电路应用方案。