不同類型軌道電路結(jié)合時(shí)的工程解決方案

譚婧雯

（北京全路通信信號(hào)研究設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，北京 100070）

軌道電路作為列車占用檢查裝置，廣泛運(yùn)用于鐵路信號(hào)控制系統(tǒng)中。國(guó)內(nèi)鐵路路網(wǎng)廣闊，站場(chǎng)復(fù)雜，為滿足特定的運(yùn)輸需求，部分鐵路車站存在同時(shí)采用多種制式的軌道電路的情況。不同制式的軌道電路，其接收設(shè)備動(dòng)作時(shí)間不同，在特定的場(chǎng)景下，相鄰軌道區(qū)段的軌道繼電器動(dòng)作時(shí)機(jī)的差異，會(huì)導(dǎo)致進(jìn)路中部分區(qū)段無(wú)法正常解鎖，或者軌道電路無(wú)法正常使用的情況。為避免上述問(wèn)題的出現(xiàn)，工程設(shè)計(jì)人員需要對(duì)不同制式的軌道電路結(jié)合部分進(jìn)行特殊考慮。

1 軌道繼電器動(dòng)作時(shí)機(jī)可能導(dǎo)致的問(wèn)題

在國(guó)內(nèi)鐵路信號(hào)系統(tǒng)中，常采用軌道繼電器的吸起和落下反應(yīng)軌道區(qū)段的空閑和占用狀態(tài)，聯(lián)鎖系統(tǒng)采集軌道繼電器的狀態(tài)參與聯(lián)鎖控制邏輯。車站咽喉區(qū)軌道區(qū)段長(zhǎng)度通常較短，當(dāng)列車高速通過(guò)不同制式的軌道電路結(jié)合部時(shí)，由于軌道繼電器動(dòng)作時(shí)機(jī)可能存在以下問(wèn)題。

1.1 區(qū)段占用、出清時(shí)間小于軌道電路響應(yīng)時(shí)間

不同制式的軌道電路設(shè)備，從列車占用軌道區(qū)段至軌道電路給出占用狀態(tài)表示的時(shí)間各不相同，在這個(gè)設(shè)備響應(yīng)的時(shí)間內(nèi)，如果列車已經(jīng)出清了該區(qū)段，軌道電路恢復(fù)調(diào)整狀態(tài)，則會(huì)導(dǎo)致聯(lián)鎖系統(tǒng)不能獲取列車占用過(guò)該區(qū)段的信息。

故軌道區(qū)段的最小長(zhǎng)度需滿足列車以最高運(yùn)行速度通過(guò)該軌道區(qū)段時(shí)，由列車占用軌道區(qū)段至軌道電路給出占用狀態(tài)表示的時(shí)間內(nèi)列車所走行的距離，區(qū)段長(zhǎng)度按公式（1）計(jì)算。

圖1 短車快速通過(guò)不同類型軌道電路結(jié)合處的運(yùn)行場(chǎng)景Fig.1 Operation scenario of short vehicle rapidly passing through the junction of different types of track circuits

公式（1）中， L區(qū)為軌道區(qū)段的長(zhǎng)度， L車為列車長(zhǎng)度， vmax為列車在該區(qū)段最高運(yùn)行速度， t落為由列車占用軌道區(qū)段至軌道電路給出占用狀態(tài)表示的時(shí)間。

1.2 后方區(qū)段出清后，前方區(qū)段仍未占用

不同制式的軌道電路設(shè)備結(jié)合時(shí)，當(dāng)列車由當(dāng)前占用的區(qū)段駛?cè)脒\(yùn)行方向的下一個(gè)軌道區(qū)段，如果列車完全進(jìn)入該區(qū)段，后方區(qū)段軌道電路給出空閑信息后，該區(qū)段還未向聯(lián)鎖提供占用信息，會(huì)出現(xiàn)短時(shí)間的列車占用丟失。

列車無(wú)故丟失，會(huì)給車站值班員帶來(lái)較大困擾，并且如果列車丟失時(shí)間超過(guò)聯(lián)鎖容許的時(shí)間，可能會(huì)導(dǎo)致進(jìn)路無(wú)法正常解鎖。

相鄰不同制式的軌道電路的設(shè)備響應(yīng)時(shí)間應(yīng)該滿足公式（2）的要求。

公式（2）中， t落為列車運(yùn)行前方區(qū)段由列車占用軌道區(qū)段至軌道電路給出占用狀態(tài)表示的時(shí)間，t吸為列車運(yùn)行后方區(qū)段由列車出清軌道區(qū)段至軌道電路給出空閑狀態(tài)表示的時(shí)間， L車為列車長(zhǎng)度，vmax為列車在該區(qū)段最高運(yùn)行速度。

1.3 前方區(qū)段出清后，本區(qū)段仍處于占用狀態(tài)

當(dāng)站內(nèi)區(qū)段較短時(shí)，由于不同制式的軌道電路設(shè)備響應(yīng)時(shí)間的差別，可能出現(xiàn)列車運(yùn)行通過(guò)本區(qū)段和前方區(qū)段后，前方區(qū)段軌道電路已經(jīng)給出空閑信息，本區(qū)段還未向聯(lián)鎖給出空閑信息的情況，運(yùn)行場(chǎng)景如圖1 所示。

這種情況，進(jìn)路中各區(qū)段不滿足順序占用出清的條件，列車通過(guò)后會(huì)遺留部分區(qū)段無(wú)法正常解鎖，需要值班員通過(guò)區(qū)段故障解鎖的方式來(lái)解鎖。

要避免上述問(wèn)題的出現(xiàn)，區(qū)段長(zhǎng)度需滿足公式（3）的要求。

公式（3）中， L區(qū)為軌道區(qū)段的長(zhǎng)度， L車為列車長(zhǎng)度， t吸為本區(qū)段由列車出清軌道區(qū)段至軌道電路給出空閑狀態(tài)表示的時(shí)間， t'吸為本區(qū)段列車運(yùn)行前方相鄰區(qū)段由列車出清軌道區(qū)段至軌道電路給出空閑狀態(tài)表示的時(shí)間， vmax為列車在該區(qū)段最高運(yùn)行速度。

1.4 小結(jié)

不同制式軌道電路結(jié)合時(shí)，由于軌道電路設(shè)備響應(yīng)時(shí)間的差異，導(dǎo)致出現(xiàn)上述3 種現(xiàn)象。顯示到用戶層面是錯(cuò)誤顯示、進(jìn)路無(wú)法解鎖等問(wèn)題，影響正常運(yùn)營(yíng)使用。從設(shè)備的時(shí)間特性展開(kāi)分析，研究在工程設(shè)計(jì)中如何避免上述問(wèn)題的出現(xiàn)。

2 不同制式軌道電路結(jié)合的分析

國(guó)內(nèi)鐵路信號(hào)系統(tǒng)中，軌道電路常見(jiàn)的類型有25 Hz 相敏軌道電路、高壓脈沖軌道電路、移頻軌道電路等。本文以25 Hz 相敏軌道電路與高壓脈沖軌道電路結(jié)合為例，說(shuō)明軌道電路設(shè)備響應(yīng)時(shí)間對(duì)聯(lián)鎖設(shè)備邏輯的影響以及需要注意的問(wèn)題。

分析采用的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)如下。

最短列車長(zhǎng)度按單列機(jī)車考慮，根據(jù)《鐵路技術(shù)管理規(guī)程》（普速鐵路部分）中機(jī)車重量和長(zhǎng)度表，國(guó)內(nèi)最短的機(jī)車換長(zhǎng)1.2，按13 m 計(jì)算。

列車最高運(yùn)行速度按160 km/h 考慮，即44 ms；站內(nèi)調(diào)車最高速度40 km/h，即11 m/s。

25 Hz 相敏軌道電路微電子接收器吸起延時(shí)和落下延時(shí)均小于0.5 s，以微電子接收器動(dòng)作時(shí)間為例說(shuō)明。

高壓脈沖軌道電路的二元差動(dòng)繼電器的吸起延時(shí)為2 ～2.5 s，落下延時(shí)為1 ～1.5 s。

ZPW-2000A 軌道電路接收器吸起延時(shí)為2.3 ～2.8 s，落下延時(shí)小于2 s。

2.1 各種類型軌道電路最小可靠落下的區(qū)段長(zhǎng)度

以運(yùn)行速度160 km/h 的普速鐵路單機(jī)運(yùn)行計(jì)算，根據(jù)上述各類型軌道電路最不利落下時(shí)間，通過(guò)公式（1）計(jì)算各種類型軌道電路最小可靠落下的區(qū)段長(zhǎng)度：25 Hz 相敏軌道電路最小區(qū)段長(zhǎng)度為9 m；高壓脈沖軌道電路最小區(qū)段長(zhǎng)度為54 m；ZPW-2000A 軌道電路最小區(qū)段長(zhǎng)度為76 m。

在高速鐵路中，若動(dòng)車組以線路最高允許速度運(yùn)行，動(dòng)車組最小換長(zhǎng)18.2，約200 m，由于車長(zhǎng)的原因，軌道電路可靠落下的最小區(qū)段長(zhǎng)度小于普速鐵路最小區(qū)段長(zhǎng)度。

2.2 25 Hz相敏軌道電路與高壓脈沖軌道電路結(jié)合

由于高壓脈沖軌道電路接收設(shè)備吸起和落下的時(shí)間均大于25 Hz 相敏軌道電路，當(dāng)列車順序通過(guò)25 Hz 相敏軌道電路、高壓脈沖軌道電路時(shí)，需考慮后方區(qū)段出清后，前方區(qū)段仍未占用的情況；當(dāng)列車順序通過(guò)高壓脈沖軌道電路、25 Hz 相敏軌道電路時(shí)，需考慮前方區(qū)段出清后，本區(qū)段仍處于占用狀態(tài)的情況，下面分兩種情況說(shuō)明。

1) 25 Hz 相敏軌道電路→高壓脈沖軌道電路

單機(jī)運(yùn)行時(shí)，通過(guò)公式（2）可計(jì)算出當(dāng)列車速度不超過(guò)46 km/h 時(shí)，不會(huì)出現(xiàn)后方區(qū)段出清后，前方區(qū)段仍未占用的情況。

《鐵路技術(shù)管理規(guī)程》（普速鐵路部分）中站內(nèi)調(diào)車的最高允許速度為40 km/h，調(diào)車作業(yè)滿足要求。

對(duì)于列車作業(yè)，單機(jī)高速通過(guò)車站時(shí)，速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)46 km/h，列車出清后方區(qū)段后，會(huì)出現(xiàn)短暫的列車丟失，然后前方區(qū)段占用。聯(lián)鎖在檢查區(qū)段解鎖條件時(shí)，延時(shí)3 s 解鎖，在3 s 的時(shí)間內(nèi)后方區(qū)段判斷為占用，前方區(qū)段在3 s 內(nèi)給出占用信息，即認(rèn)為滿足解鎖條件。高壓脈沖軌道電路接受設(shè)備響應(yīng)時(shí)間小于3 s，故不影響正常解鎖。

2) 高壓脈沖軌道電路→25 Hz 相敏軌道電路

由于高壓脈沖軌道電路接收設(shè)備吸起時(shí)間均大于25 Hz 相敏軌道電路落下時(shí)間，如果運(yùn)行前方25 Hz 相敏軌道電路區(qū)段較短，會(huì)出現(xiàn)后方區(qū)段未出清，前方區(qū)段已經(jīng)出清的情況。通過(guò)公式（3）可計(jì)算出，當(dāng)前方25 Hz 相敏軌道電路區(qū)段長(zhǎng)度大于76 m 時(shí)能避免上述情況，否則會(huì)影響聯(lián)鎖正常解鎖。

上述區(qū)段長(zhǎng)度基于單機(jī)高速通過(guò)的數(shù)據(jù)計(jì)算出來(lái)，實(shí)際上車站正線通常不會(huì)采用高壓脈沖軌道電路，不經(jīng)常行車的側(cè)線股道和部分側(cè)線道岔區(qū)段采用高壓脈沖軌道電路的情況較多，如果采用側(cè)線接發(fā)車80 km/h 或者45 km/h 的速度計(jì)算，25 Hz相敏軌道電路與高壓脈沖軌道電路結(jié)合時(shí)，其區(qū)段最小長(zhǎng)度為32 m、12 m 即可滿足要求。如果確有單機(jī)高速通過(guò)的運(yùn)輸需求而軌道區(qū)段長(zhǎng)度不足的情況，則需要對(duì)25 Hz 相敏軌道電路接收設(shè)備做延時(shí)處理，通過(guò)延時(shí)電路或繼電器將25 Hz 相敏軌道電路吸起時(shí)間延時(shí)1 ～2 s，或者特殊修改聯(lián)鎖邏輯，在采集到該區(qū)段吸起狀態(tài)后延時(shí)1 ～2 s 再參與邏輯判斷。采用延時(shí)吸起需考慮對(duì)下一區(qū)段是否有影響，以及對(duì)其他系統(tǒng)的影響，例如在延時(shí)吸起期間監(jiān)測(cè)采集到軌道電路模擬量已經(jīng)提示區(qū)段空閑，但采集到的開(kāi)關(guān)量為軌道區(qū)段仍在占用狀態(tài)，設(shè)備會(huì)報(bào)警，因此需配合聯(lián)鎖做特殊處理。

3 其他需要考慮的因素

3.1 電碼化

電碼化發(fā)碼區(qū)段長(zhǎng)度設(shè)計(jì)原則為單區(qū)段長(zhǎng)度（疊加發(fā)碼）或總發(fā)碼區(qū)段長(zhǎng)度（疊加預(yù)發(fā)碼）大于車載機(jī)車信號(hào)設(shè)備從無(wú)碼到有碼或者不同低頻間的解析響應(yīng)時(shí)間。

從電碼化的角度考慮，對(duì)于軌道電路疊加電碼化的區(qū)段，軌道區(qū)段長(zhǎng)度應(yīng)考慮從列車占用到軌道電路給出占用信息的時(shí)間以及機(jī)車信號(hào)設(shè)備解碼的時(shí)間內(nèi)列車走行的距離；對(duì)于軌道電路疊加電碼化預(yù)發(fā)碼的區(qū)段，應(yīng)考慮同時(shí)發(fā)碼的區(qū)段長(zhǎng)度總和不小于機(jī)車信號(hào)設(shè)備解碼的時(shí)間內(nèi)列車走行的距離；對(duì)于一體化軌道電路，區(qū)段長(zhǎng)度應(yīng)考慮機(jī)車信號(hào)設(shè)備解碼的時(shí)間內(nèi)列車走行的距離。

3.2 軌道停電恢復(fù)時(shí)間

在車站內(nèi)采用不同類型軌道電路的情況下，軌道停電恢復(fù)后需保證各種類型軌道電路均動(dòng)作完成后才能采用GJ 狀態(tài)參與聯(lián)鎖邏輯判斷，即軌道停電監(jiān)督繼電器延時(shí)吸起或者聯(lián)鎖延時(shí)時(shí)間需滿足站內(nèi)上電恢復(fù)最慢的軌道電路類型的響應(yīng)時(shí)間。

4 結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)上述分析，當(dāng)25 Hz 相敏軌道電路和高壓脈沖軌道電路結(jié)合時(shí)，最高運(yùn)行速度160 km/h 的線路，建議25 Hz 相敏軌道電路區(qū)段長(zhǎng)度不小于76 m，高壓脈沖軌道電路區(qū)段長(zhǎng)度不小于54 m；最高運(yùn)行速度120 km/h 的線路，建議25 Hz 相敏軌道電路區(qū)段長(zhǎng)度不小于54 m，高壓脈沖軌道電路區(qū)段長(zhǎng)度不小于37 m；側(cè)線區(qū)段長(zhǎng)度根據(jù)實(shí)際運(yùn)行速度計(jì)算。

進(jìn)站口內(nèi)外方分別為25 Hz 相敏軌道電路以及ZPW-2000 系列軌道電路時(shí)，建議有條件時(shí)按公式（3）計(jì)算站內(nèi)第一個(gè)區(qū)段長(zhǎng)度。

工程設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行站內(nèi)軌道電路設(shè)計(jì)，尤其是存在不同類型軌道電路結(jié)合的情況時(shí)，需要從運(yùn)輸需求、軌道電路設(shè)備響應(yīng)時(shí)間、電碼化、軌道停電恢復(fù)時(shí)間等方面，并結(jié)合聯(lián)鎖設(shè)備邏輯綜合考慮，合理劃分軌道區(qū)段并確定軌道區(qū)段長(zhǎng)度。