计轴设备在轨道交通信号领域的应用

王 力

随着计轴设备在众多轨道交通信号系统中的使用,其重要性日益显现,有必要对其使用情况进行不断地跟踪和研究,掌握其应用情况及特点。

1 计轴设备的特点

计轴设备作为轨道区段占用检查设备,早在20世纪 20年代已开始在欧洲铁路使用,它的出现解决了欧洲部分使用钢制轨枕的线路,交流轨道电路无法实现轨道区段占用检查的问题。经过 80多年的不断发展和应用,计轴设备目前已在不同工程环境及线路条件下的轨道交通项目中广泛运用,并形成了很多运用方案。计轴设备的基本原理是通过安装在所监视轨道区段两端的车轮传感器,对驶入与驶出该区段的列车轮对轴数进行检测并计算,从而完成对区段空闲与占用状态的判断,并输出相应的安全条件。与工频或音频轨道电路相比,计轴设备的主要特点如下:①设备安装简单;②轨道区段长度不受设备本身限制;③无需绝缘节,不需安装绝缘轨距杆;④与轨道道床条件无关,不受钢轨表面清洁度影响;⑤无轨道电路存在的 “死区段”;⑥实现机车信号传输需要加装环线电缆或借用轨道电路;⑦易受金属物影响;⑧无法提供连续式的轨道检测,设备重新上电或故障恢复后需要人工确认区段状态;⑨系统造价相对较高。

2 计轴设备的应用情况

计轴设备在国外轨道交通应用中,先后经历了机械式、电子管、晶体管和集成电路等不同发展阶段,计数模式也由机械计数、电子计数发展到现在的微处理器计数,系统的使用功能和可靠性、安全性大幅度提高。在许多地区应用的计轴设备,其安全完整性水平 (SIL)均达到 4级。目前,计轴设备在欧洲、亚洲、非洲等不同国家和地区已有较多使用业绩。以欧洲为例,为建立互联互通横贯欧洲的铁路网络,国际铁路联盟 (UIC)正在大力推进欧洲铁路运输管理系统 (ERTMS)的建设,不断完善 ETCS(欧洲列车运行控制系统)的规范标准。在实际建设过程中,为便于实现多个不同国家铁路信号系统的兼容,利用欧洲应答器实现车-地通信的 ETCS-1级点式列控系统线路,其轨道区段占用检测多采用计轴设备。近几年开通使用的国外部分计轴设备项目应用业绩如表 1所示。

计轴设备在我国运用始于 20世纪 80年代,最早的应用是作为半自动闭塞区段的区间空闲检查设备,而后逐步发展到自动站间闭塞的模式。由于外界干扰、应用经验不足,以及系统造价高于轨道电路等原因,有近 10年的时间计轴设备使用接近于停滞状态。自 2002年开始,以国内自主开发的具有容错功能的计轴设备成功上线和城市轨道交通CBTC后备系统的使用为契机,计轴设备在中国轨道交通信号领域的运用又进入了一个新的高潮。目前,计轴设备已在国铁和国内城市轨道交通线路广泛运用,运用方案涉及自动闭塞、自动站间闭塞、站内轨道电路等方面。计轴设备在国内主要应用范围如下:①国铁单线自动闭塞方式下的轨道分区占用检查;②国铁自动站间闭塞方式下完成区间占用检测;③国铁为解决轨道电路分路不良,在站内区段或区间闭塞分区完成占用检测;④国铁长大山岭隧道等低道床电阻区段作为轨道区段占用检测设备,叠加双轨条机车信号或交叉环线机车信号;⑤城市轨道交通移动闭塞后备运营模式下的轨道区段占用检测;⑥城市轨道交通车辆段/停车场的轨道区段占用检测。

3 国内应用主要计轴设备技术特点

在国内铁路和城市轨道交通项目正在运用的计轴设备,主要来自于进口计轴设备和国产计轴设备。进口计轴设备供应商主要包括泰雷兹公司的AzL型、西门子公司的AzS型、奥地利福豪舍尔ACS型和提芬巴赫 TAZ型计轴设备。国产计轴设备应用较多的供应商,包括成都铁路通信设备工厂的 JZ系列计轴设备和黑龙江瑞兴科技股份有限公司的 JZJ-C2型计轴设备。各种计轴设备主要技术特点比较如表 2所示。

4 计轴设备在工程运用中应注意的问题

计轴设备经过多年国内外工程运用,已具备较成熟的使用经验。结合国内轨道交通项目的使用经验,在工程运用中应注意以下几方面问题。

1.计轴设备传输线缆特性。计轴设备包括室内及室外设备,而两者之间需要交换信息,因此必须重视传输线缆的质量问题,由传输通道质量问题引起的计轴信息传输错误,在相当多的工程中成为制约计轴设备稳定运用的关键因素。在国内国铁及城市轨道交通项目中都曾出现因计轴电缆接续处施工工艺差、电缆屏蔽接地不达标、计轴电缆工作线对电阻不平衡和计轴电缆杂音高等,造成计轴传输通道误码率较高,影响计轴设备可用性的情况。为此,在实际工程中必须采用计轴专用电缆,并按照铁路相应规范验收,以确保传输线路在工程运用中质量稳定。在有条件的工程或繁忙干线上,为进一步提高传输线路的质量和抗干扰能力,宜考虑采用抗干扰性能更好的铝护套内屏蔽铁路数字信号电缆。

2.完善计轴设备使用管理办法。计轴设备使用的效果在一定程度上受相应使用管理办法影响,使用管理办法的完善可有效保证设备运用水平,保证系统使用安全。国铁以往在计轴分割点自动闭塞项目应用中曾出现过因计轴设备故障情况下的降级操作方式过于繁杂,造成运输部门使用不方便,甚至最终因此停止计轴设备使用的情况。部分计轴设备在城市轨道交通项目 CBTC后备系统应用中,也曾出现过因使用管理办法过分简化计轴设备复零方式,造成初期运营中出现安全事故的情况。在计轴设备使用管理办法的制定和完善过程中,应充分听取运输部门意见,注重以往工程中的计轴设备使用经验,以便计轴设备在工程中的长期稳定运用。

3.规范施工及维修工作,避免人为干扰。国外计轴设备的稳定运用有着相应完善的一系列施工及维护管理办法做保证,如工务施工时严格规定小车不得经过计轴安装侧钢轨。目前,国内电务运营维护部门已注意到人为因素对设备使用产生的干扰,如工务施工损坏、信号施工不规范等,国铁在既有线路改造施工时也加强了对既有设备的保护措施,对计轴系统设备施工工艺也提出了明确要求,但在部分城市轨道交通项目中仍存在维护管理要求较简单的情况,计轴设备的监测和自诊断要求也有必要进一步加强。进一步规范施工及维修工作对计轴设备运用仍具有重要意义。

5 结束语

计轴设备以其特有的优势在未来轨道交通领域有着广泛的运用前景。随着应用技术的不断发展和完善,计轴设备除在特定区域及工程条件下完成轨道区段占用检测功能外,还将在更多信号工程应用中提供解决方案。关注计轴设备工程应用情况及使用中的问题,将为后续工程提供更多的参考和帮助。

[1] 黄忠礼,胡树宣.借鉴国外技术研发国产计轴设备[J].铁路通信信号工程技术,2009,(1).

[2] 魏艳.区间信号自动控制[R].西南交通大学,2006.

(责任编辑:温志红)