鐵路車站ZPW2000電碼化的工程設(shè)計(jì)與維護(hù)

陶玉鳳

（蘭州鐵道設(shè)計(jì)院有限公司，工程師，甘肅蘭州，730000）

截止2019 年末，我國鐵路運(yùn)營總里程達(dá)13.9 萬公里，相關(guān)技術(shù)得到快速發(fā)展［1-3］。車站電碼化技術(shù)已廣泛應(yīng)用于鐵路線路中，成為實(shí)現(xiàn)“地-車”通信的技術(shù)支撐。目前鐵路ZPW2000 系列軌道電路是列車運(yùn)行控制系統(tǒng)的重要組成部分，能夠有效防止列車冒進(jìn)冒出信號，是減輕司機(jī)疲勞強(qiáng)度，提高運(yùn)輸效率的技術(shù)方法，也是高速鐵路中確保運(yùn)營安全的重要手段［5-7］。

隨著列車速度的不斷提高，電碼化技術(shù)先后有固定切換、脈動切換、疊加移頻、預(yù)疊加移頻和閉環(huán)等；相關(guān)的電碼化設(shè)備也在不斷更新，總共經(jīng)歷了大致極頻、交流計(jì)算、移頻三種類型［1-2］。目前國內(nèi)新建線路和既有線改造均采用ZPW2000 系列車站電碼化設(shè)備，相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)包括技術(shù)要求、標(biāo)準(zhǔn)、實(shí)施范圍、設(shè)計(jì)原則、碼序編制等按2010 年發(fā)表的TB/T 2465《鐵路車站電碼化技術(shù)條件》執(zhí)行［1］。

本文試就鐵路車站ZPW2000 電碼化的工程設(shè)計(jì)要點(diǎn)與維護(hù)方法略陳管見，期望收到能夠減輕設(shè)計(jì)人員工作強(qiáng)度、提高設(shè)計(jì)效率的效果。

1 電碼化原理

隨著鐵路技術(shù)的不斷發(fā)展，行車閉塞法也在不斷提高，目前鐵路將列車行駛的鋼軌人為劃分為一個個獨(dú)立的區(qū)段，約定一個區(qū)段內(nèi)同一時(shí)刻只能有并且只能被一列列車所占用，這個區(qū)段最小間隔為一個軌道區(qū)段［1］，軌道電路工作原理如圖1所示。目前國內(nèi)常用的是ZPW-2000 型系列的移頻自動閉塞，具體類型分為二線制和四線制，技術(shù)分為非電氣化牽引區(qū)段交流連續(xù)式軌道電路（480 軌道電路）及25Hz 相敏軌道電路疊加ZPW2000 系列移頻預(yù)發(fā)碼技術(shù)［3］；電氣化牽引區(qū)段25Hz 相敏軌道電路疊加ZPW2000系列移頻預(yù)發(fā)碼技術(shù)［6］。其中由于四線制電碼化電纜芯數(shù)太多，建造和維護(hù)成本較高，所以工程中一般采用二線制偏多；高鐵車站普遍采用無絕緣ZPW2000A 型實(shí)現(xiàn)站內(nèi)閉環(huán)電碼化［7-8］。通過該移頻軌道電路的軌旁信號設(shè)備對每個軌道區(qū)段的空閑和占用情況進(jìn)行檢查，如圖1所示，從而通過列控中心TCC（負(fù)責(zé)區(qū)間）和聯(lián)鎖CI（負(fù)責(zé)站內(nèi)）的邏輯判斷來確定列車位置、行駛方向和運(yùn)行狀況。

圖1 軌道電路工作原理示意圖

2 工程設(shè)計(jì)

涵蓋以下主要內(nèi)容：

1）基本資料。包括設(shè)計(jì)線路的平面圖、設(shè)計(jì)線路的縱斷面圖和運(yùn)行列車類型，機(jī)車牽引或動車組等詳細(xì)技術(shù)參數(shù)及設(shè)計(jì)運(yùn)營運(yùn)行圖。

2）基本原則。滿足《鐵路信號設(shè)計(jì)規(guī)范》、《鐵路信號站內(nèi)聯(lián)鎖設(shè)計(jì)規(guī)范》、《鐵路車站電碼化技術(shù)條件》、《無絕緣軌道電路自動閉塞技術(shù)條件》、《機(jī)車信號信息定義》等技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。范圍包括：車站內(nèi)列車進(jìn)路的所有區(qū)段。

3）實(shí)施車站股道電碼化的范圍。①列車占用的股道區(qū)段；②經(jīng)道岔直向的接車進(jìn)路，為該進(jìn)路中的所有區(qū)段；③半自動閉塞區(qū)段，包括進(jìn)站信號機(jī)的接近區(qū)段；④自動閉塞區(qū)段，經(jīng)道岔直向的發(fā)車進(jìn)路，為該進(jìn)路中的所有區(qū)段；⑤色燈電鎖器車站，一般在股道區(qū)段實(shí)施電碼化。

4）實(shí)施車站預(yù)疊加電碼化的范圍。①與上節(jié)內(nèi)的1～4 實(shí)施范圍內(nèi)容一致；②自動站間閉塞區(qū)段，包括進(jìn)站信號機(jī)的接近區(qū)段。

5）實(shí)施車站閉環(huán)電碼化的范圍。與上節(jié)①一致；

②自動閉塞區(qū)段，經(jīng)道岔直向的發(fā)車進(jìn)路，為該進(jìn)路中的所有區(qū)段；經(jīng)道岔側(cè)向的發(fā)車進(jìn)路，為該進(jìn)路的最末一個區(qū)段［4-5］。

6）采用無絕緣軌道電路

載頻信息：1700- 1（1701.4Hz）、1700- 2（1698.7Hz） 、2000- 1 （2001.4Hz） 、2000- 2（1998.7Hz） 、2300- 1 （2301.4Hz） 、2300- 2（2298.7Hz） 、2600- 1 （2601.4Hz） 、2600- 2（2598.7Hz）。頻偏：±11Hz。

低頻信息：10.3～29Hz 每隔1.1Hz 呈等差數(shù)列（10.3、11.4、12.5、13.6、14.7、15.8、16.9、18、19.1、20.2、21.3、22.4、23.5、24.6、25.7、26.8、27.9、29）Hz 共18個。

在實(shí)際線路中，下行正向按1700、2300 交錯排列；上行正向按2000、2600 交錯排列。對于車站內(nèi)的咽喉區(qū)設(shè)計(jì)，需要考慮區(qū)間情況同時(shí)防止進(jìn)出站處的絕緣破損情況，-1、-2載頻信息應(yīng)交錯排列［4-5］。其軌旁信號設(shè)備的調(diào)諧單元、空心線圈分別采用長度為1.6 m、3.6 m 的鋼包銅線連接到鋼軌［8］，針對載頻切換信息碼的頻率、時(shí)間、功能應(yīng)符合表1的要求（以低頻25.7Hz為例）。

表1 載頻及低頻切換信息碼

7）常用碼型及編碼條件。正常情況下，線路的移頻信息傳輸方向要迎著列車的運(yùn)行方向；當(dāng)改變列車行駛方向即逆向排列進(jìn)路時(shí)，方向電路需自動切換各股道區(qū)段的發(fā)送端和接收端［6］。編制軌道碼序時(shí)要考慮既有線路條件，制式應(yīng)保持一致。

3 現(xiàn)場調(diào)試及維護(hù)

3.1 現(xiàn)場調(diào)試目前，國內(nèi)新建客運(yùn)專線均采用無砟軌道線路，且區(qū)間線路大部分為混凝土橋梁地段，車站內(nèi)采用預(yù)制混凝土；既有線改造和普速線路普遍采用有咋軌道，兩者具有較大差異［6-8］。其高速鐵路的閉塞分區(qū)長度相較于普速有砟軌道線路均較長，故不同的軌道電路設(shè)計(jì)長度，需要考慮不同線路的運(yùn)行速度和運(yùn)營情況，并結(jié)合具體的工程設(shè)計(jì)條件進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)，例如現(xiàn)場施工的整體流程如圖1所示。

圖1 軌道電路現(xiàn)場施工流程示意圖

3.2 現(xiàn)場維護(hù)軌道電路室外設(shè)備長期運(yùn)行在復(fù)雜環(huán)境中，各種暴曬、雨雪、振動等條件都會影響信號設(shè)備的工作狀態(tài)，根據(jù)鐵路局應(yīng)用單位統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，室外軌道電路發(fā)生故障，出現(xiàn)紅光帶的概率較高。故電碼化設(shè)備應(yīng)設(shè)計(jì)“故障—安全”機(jī)制，并考慮運(yùn)行時(shí)的高可靠性，通過采用“1+1”或“N+1”的冗余方式來提高可用性［6-7］。通過分析ZPW-2000 無絕緣軌道電路工作原理，其中補(bǔ)償電容故障和偏移、道碴電阻變化、鋼軌生銹、空心線圈斷線和鋼軌斷裂等因素都會對接收端的電流電壓產(chǎn)生影響，是出現(xiàn)上述故障的主要原因。針對現(xiàn)場軌道電路設(shè)備的調(diào)試和維護(hù)提出以下建議：

1）根據(jù)具體線路情況，無砟和有砟、有無補(bǔ)償電容、鋼軌材質(zhì)類型都需進(jìn)行集中考慮。

2）能夠有效對鋼軌進(jìn)行斷軌檢查，在斷軌狀態(tài)時(shí)，分別從主軌道電路斷軌和小軌道電路斷軌兩個方面進(jìn)行分析。通過紅光帶進(jìn)行的報(bào)警顯示，及時(shí)排除安全隱患。

3）日常維護(hù)中需要對調(diào)諧單元、空芯線圈、匹配變壓器、傳輸電纜等阻抗進(jìn)行測量，并通過校核對比，可以科學(xué)、準(zhǔn)確、定量的把握系統(tǒng)設(shè)備的參數(shù)性能，有效預(yù)防故障的發(fā)生。

4）現(xiàn)場施工過程中，對軌道電路設(shè)備類型和測試數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)記錄，便于線路開通后的維護(hù)。

5）應(yīng)特別注意保持鋼軌的清潔，及時(shí)清除鋼軌上的銹蝕，減小分路時(shí)的接觸電阻。

6）采用先進(jìn)的技術(shù)手段對軌道電路的分路不良等故障進(jìn)行監(jiān)控和報(bào)警。

4 注意事項(xiàng)

主要包括以下方面：

1）標(biāo)注分明。針對有局間分界點(diǎn)的區(qū)間，應(yīng)標(biāo)注清晰軌道電路、箱盒、電纜等室外設(shè)備的分界點(diǎn)，方便施工單位施工。

2）正線載頻設(shè)計(jì)。在重大樞紐線路中要合理分布正線載頻，特別是存在奇數(shù)和偶數(shù)載頻時(shí)，應(yīng)設(shè)計(jì)自動切換電路并在平面圖中標(biāo)注載頻切換點(diǎn)。

3）避免鄰線干擾。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量避免相鄰線路的同頻布置，當(dāng)無法避免時(shí)，應(yīng)采取技術(shù)手段進(jìn)行防護(hù)，例如按照極限長度的原則設(shè)計(jì)。

4）采取分類設(shè)計(jì)原則。針對不同軌道電路類型采取不同工程設(shè)計(jì)方案；根據(jù)軌道電路特點(diǎn)防止鋼軌上電流信息的迂回串?dāng)_導(dǎo)致分路不良等問題。

5）確保電氣設(shè)備接地安全。采用綜合接地系統(tǒng)，確保室內(nèi)外信號設(shè)備能夠正常工作，例如避免因雷擊、漏泄電流、混線等故障導(dǎo)致出現(xiàn)設(shè)備故障。

6）與既有方式保持一致。針對改造的線路，在編制軌道碼序時(shí)要充分考慮既有線路的條件，制式應(yīng)保持一致。

7）圖紙資料與實(shí)際相符。在設(shè)計(jì)之初和施工過程中，對于修改和變更的設(shè)備、電纜、位置和安裝方式等內(nèi)容，需及時(shí)進(jìn)行記錄，保證最終提交的竣工藍(lán)圖與現(xiàn)場實(shí)際情況一致，方便鐵路運(yùn)營單位后期維護(hù)和查找故障點(diǎn)。

5 結(jié)論

本文通過分析國內(nèi)車站電碼化的現(xiàn)狀，論述了軌道電路系統(tǒng)的發(fā)展歷程和工作原理，結(jié)合鐵路車站ZPW2000 電碼化的工程設(shè)計(jì)實(shí)際，重點(diǎn)就做好室外信號設(shè)備現(xiàn)場調(diào)試和日常維護(hù)提出措施和建議，期望對提高設(shè)計(jì)單位的效率具有參考、借鑒作用。