ZPW-2000A轨道电路调谐区窜码故障分析

2022-03-26曾晓海

铁路通信信号工程技术 2022年3期

曾晓海

（中国铁路广州局集团有限公司，广州 510088）

1 概述

客专ZPW-2000A轨道电路有稳定、可靠的特点，因信息处理更加快速准确，被普遍运用于高速铁路，其重要性在铁路信号系统中日益突显，但伴随着ZPW-2000A轨道电路的广泛应用，也反映出一些问题。就高速铁路ZPW-2000A轨道电路在调谐区发生窜码故障的原因进行分析，帮助现场快速诊断故障并处理，减少对铁路运输的干扰。

中国动车组自动列车防护（简称ATP）车载设备接收来自地面ZPW-2000A轨道电路的编码信息，从而实现控制列车运行。一个轨道区段在同一种设备状态下只允许存在一种低频、载频编码信息，当出现两种及以上的低频、载频编码信息并满足ATP车载设备的码译工作条件或发生编码信息异常来回切换时，ATP车载设备的处理逻辑则无法识别正确信息，输出紧急制动，从而导向安全。此类故障通常延时较长，现场设备故障处理人员无法在短时间内处理恢复，对铁路运输秩序造成较大影响。

2 调谐区原理及车载设备信息接收原理

2.1 调谐区原理

当前高速铁路因运营需要，设置的车站数量多、密度大，且部分车站为无机械室、无配线设置，轨道电路及信号机由主站远程控制。由于线路多为长轨，且为电气化牵引，无配线站采用电气绝缘节实现电气隔离。电气绝缘调谐区长度取决于轨道电路钢轨参数值。不同轨道结构的轨道电路的钢轨参数不同，例如：电气绝缘节调谐区在无砟和有砟的路基地段长29 m，在桥梁地段一般情况下长32 m。在两端各设一个调谐单元，对于较低频率轨道电路（1 700 Hz、2 000 Hz）端，设置 L1、C1两元件的F1型调谐单元；对于较高频率轨道电路（2 300 Hz、2 600 Hz）端，设置 L2、C2、C3三元件的F2型调谐单元如图1所示。

图1 调谐原理Fig.1 Tuning principle

调谐区简化电路如图2（a）所示，“f1”（f2）端调谐单元（BA）的 L1C1（L2C2）对“f2”（f1）端的频率为串联谐振，呈现较低阻抗（约数十mΩ），称“零阻抗”相当于短路，阻止相邻区段信号进入本轨道电路区段，如图2（b）右端及图2（c）左端所示。“f1”（f2）端的BA 对本区段的频率呈现电容性，并与调谐区钢轨、空心线圈的电感构成并联谐振，呈现高阻抗，称“极阻抗”，从而降低电气绝缘节对信号的衰减。

图2 工作原理Fig.2 Diagram of working principle

2.2 车载设备信息接收原理

列控中心通过通信接口板与ZPW-2000A轨道电路通信，将低频、载频编码信息传送至ZPW-2000A轨道电路，列车分路轨道区段时，ATP车载设备通过感应钢轨短路电流接收来自轨道电路的编码信息，从而实现控制列车安全稳定运行如图3所示。

图3 车载设备信息接收原理Fig.3 Schematic diagram of onboard equipment information reception

3 故障分析及处理方法

当发生轨道电路窜码故障并确认车载设备正常后，首先应通过回放列控维护终端等监测设备，区分是轨道电路故障或列控中心故障。如列控中心无码序突变、无设备报警报错等信息，可初步排除列控中心故障，原因为轨道电路窜码。进一步根据站场的轨道区段载频分布及回放故障时的站场运行进路发码情况，初步判断窜码的信息来源，并结合车载数据分析，判断窜码的所在里程位置，有助于快速锁定故障范围。

轨道电路窜码故障的原因主要有3种：一是线缆传输径路干扰窜码故障；二是轨面邻区段干扰窜码故障；三是车载设备处理逻辑与轨道电路结合引发的窜码故障。

3.1 线缆传输径路干扰窜码故障

1）线缆传输径路干扰窜码故障分析

轨道信号的传输主要依靠线缆，线缆的敷设及芯线组的使用需符合相应的技术要求，例如两个频率相同的发送与接收严禁采用同一根电缆等。当线缆敷设及芯线组使用未按技术要求进行时，在线缆的芯线间会产生高频信号干扰，从而造成窜频，严重的情况下可能造成失去分路。

2）线缆传输径路干扰窜码故障处理方法

a.核对施工设计图纸及现场实际配线，检查线缆的敷设及芯线组的使用是否符合相应的技术要求，并按要求进行修正敷设、使用。

b.根据干扰的载频信息，筛选出室内相应载频设备，逐个关闭可能产生干扰的设备工作电源，测试被干扰轨道区段衰耗盘的轨入参数，查看是否还存在干扰的载频信息，重复操作，当关掉某个设备后，测试被干扰轨道区段轨入未发现干扰的载频信息时，此时已关闭工作电源的设备为干扰源。

c.当区分出干扰源后，可进一步通过甩线法，逐段甩开干扰源的配线，再逐段测试被干扰区段的线缆是否还存在干扰，直至判断出干扰范围。

d.线缆径路干扰时，需测试电缆的线间、对接绝缘符合标准，可通过对线缆径路进行物理、屏蔽隔离或更换不良线缆的方式处理。

3.2 轨面邻区段干扰窜码故障

1）轨面邻区段干扰窜码故障分析

轨面邻区段干扰窜码主要受相邻线路的轨道区段或本线路的前后相邻轨道区段影响。首先按上述方法排除线缆传输径路干扰，再根据干扰的载频信息，通过关闭可能产生干扰的设备工作电源，在轨面测试被干扰区段，查出干扰的信息源。受相邻线路的轨道区段或本线路的前后相邻区段干扰主要原因有：轨道电路出入口电流调整不符合技术标准要求或未按轨道电路调整表进行调整，造成出入口电流超标干扰；本线路的前后相邻区段调谐区的设备器材性能不良，电气绝缘节隔离作用失效造成窜码。

2）轨面邻区段干扰窜码故障处理方法

a.根据上述方法排除线缆径路干扰。

b.核对干扰区段及被干扰区段的调整表，测试电缆环阻是否与调整表一致，检查发送、接收电平及电缆模拟长度是否按调整表调整，当无法按调整表调整时，需联系设计部门重新对该区段进行核算，并出具合适的调整表，确保出入口电流达标。

c.测试调谐区设备器材、引入线及塞钉阻抗应符合标准，性能不良时更换，同时需检查引入线敷设符合要求。

3.3 车载设备处理逻辑与轨道电路结合引发的窜码故障

1）车载设备处理逻辑与轨道电路结合引发的窜码故障分析

a.列控中心根据列车进路及轨道区段的占用情况，实时向轨道电路发送不同的编码信息，ATP列车车载设备轨道电路信息接收单元（以下简称“TCR”）通过感应轨面的短路电流,且在最大允许响应时间1.9 s内，需可靠接收到来自地面的编码信息，所以轨道电路钢轨最小短路电流需满足TCR接收灵敏度要求如表1所示，否则车载TCR设备将不能可靠译码，造成掉码或码序切换窜码。

表1 轨道电路钢轨最小短路电流及TCR接收灵敏度Tab.1 Minimum short-circuit current and TCR receiving sensitivity of track circuit rail

b.目前ATP车载设备的译码处理逻辑主要有两种，一是200H/300S型ATP在站内轨道绝缘前、后50 m（区间100 m）收到应答器描述的下一个区段载频信息有效，超50 m（区间100 m）未收到有效载频信息则按掉码处理；二是300T/200K型ATP从上一个区段进入到本区段时，接收到本区段载频信息需大于250 mV,且本区段载频信息幅值大于上一个区段载频信息2倍及以上，判断接收到的载频信息有效。通过以上两种ATP的译码处理逻辑比较可以看出，300T/200K型ATP译码处理逻辑对轨道电路的钢轨短路电流要求更高，除需满足其TCR的工作幅值外，在列车运行过程中，接收到的本区段载频信息幅值需大于上一个区段载频信息2倍以上，否则判断为载频信息无效。而采用电气绝缘节的调谐区内一直存在两个区段不同的两种载频，在特定的条件下则容易发生窜码。

2021年3月30 日，某无配线站股道调谐区内发生窜码如图4、5所示，列车正常占用的码序应为占用IIG2时，IIG2发26.8HU码、IIG1为26.8HU码；列车同时占用IIG2及IIG1时，IIG2发27.9检测码、IIG1为26.8HU码；当列车占用IIG2并越过调谐区空心线圈约3 m处时，使IIG1占用发26.8HU码、IIG2发检测码。

图4 无配线站股道占用的正常码序Fig.4 Normal code sequence of no wiring station track occupation

图5 无配线站股道调谐区窜码示意Fig.5 Schematic diagram of code skipping in tuning area of no wiring station track

而此时调谐区内存在两种不同载频的钢轨短路电流，且受潮轨面浮锈等原因影响，列车不能完全短路掉后方区段IIG2的电流，其幅值在调谐区内能达到TCR接收天线的接收灵敏度，当列车同时占用IIG2及IIG1，但列车未完全进入IIG1轨道区段时，IIG1的钢轨短路电流幅值未能达到大于IIG2的2倍及以上，未满足300T/200K型ATP从上一个区段进入到本区段时，接收到的本区段载频信息幅值需大于上一个区段载频信息2倍及以上的要求，同时因运营的需要，列车进入此无配线站股道时需停车载客、车速较慢，车载TCR接收天线在调谐区内停留的时间大于1.9 s，满足并大于TCR接收天线的响应时间，使其可靠接收到两种不同的编码信息，如图6所示。因此列车因无法判断正确的低频码，输出紧急制定。