FTGS轨道电路继电器监测方案探究

王文龙

王文龙:广州市地下铁道总公司 助理工程师 510310 广州

FTGS是指西门子遥控音频无绝缘轨道电路，它广泛应用于世界各地的正线铁路和城市轨道交通。FTGS轨道电路分为FTGS-46型和FTGS-917型，广州地铁1号线使用的是FTGS-917型。由于FTGS轨道电路空闲/占用状态由轨道电路继电器判断给出，并发送空闲/占用信号到SICAS计算机联锁系统，所以一旦联锁检测到继电器送来的空闲/占用信号异常，就将显示粉红光带或红光带故障，因此对轨道电路继电器监测十分必要，且可以进一步用于分析和判断轨道电路故障。

1 FTGS轨道电路原理

FTGS轨道电路由室外设备和室内设备组成。室外设备包括S棒和轨旁盒，它们共同组成的电气绝缘节将轨道划分为不同的区段;室内设备包括方向转换板、放大滤波板、发送板、报文转换板、接收1板、接收2板、解调板、继电器板、代码板和电源单元等，控制FTGS音频交流电压的发送和接收，以及ATP报文信息的传送。

发送器在轨道区段始端将音频交流电压送入轨道，在轨道区段终端由接收器接收。无车情况下，当接收器对接收回来的电压进行幅值计算、调制检验和编码检验，确认幅值足够高、调制与编码均正确时，接收器发送一个轨道空闲信号使继电器吸起，表示轨道区段空闲;有车情况下，由于列车轮轴的分路作用，接收回来的电压幅值降低，继电器落下，表示轨道区段占用，此时轨道电路将传送ATP报文信息到列车上。轨道区段的空闲/占用信息，将传送给SICAS计算机联锁系统。

2 继电器引起FTGS轨道电路的故障描述

2.1 继电器跳动引起的“粉红光带”故障

正常情况下，列车未进入轨道区段时，轨道区段空闲;未排列进路时，MMI人机界面显示轨道区段黄色;排列进路时，MMI人机界面显示轨道区段绿色;列车进入轨道区段时，轨道区段占用，MMI人机界面显示轨道区段红色。列车实际运行过程中，接收1板接收电压与列车轮轴位置关系模型如图1所示。

图1 接收1板接收电压与车轴位置关系模型图

从图1可以看出，列车在经过S棒时，接收1板接收电压有一个变化过程，中间存在一个临界值。当电压高于临界值时，接收1板及其后续电路驱动继电器吸起，轨道电路显示空闲状态;当电压低于临界值时，继电器落下，轨道电路显示占用状态;当电压等于临界值时，继电器可能吸起、落下或处于不稳定的跳动状态，轨道电路可能出现“占用—空闲—占用”的变化状态。虽然这样的变化过程可能很短，但联锁系统能够检测到，在列车出清后，该区段将出现“粉红光带”故障。

2.2 继电器不同步引起的“红光带”故障

轨道电路继电器是位于继电器板内的双通道GF1和GF2缓吸、缓放继电器，SICAS计算机联锁通过采集双通道继电器接点状态，来检测轨道区段空闲/占用信息。

理论上，采集的继电器前、后接点组状态不一致，其中一个为高电平(24V)，另一个为低电平(0V)，如果出现相同的情况，联锁会作为占用处理。然而，因2个通道的继电器动作不可能完全一致，存在一定的时间差(可能很小)，联锁采集双通道继电器状态允许的时间差设置为1000 ms，如果超过允许范围会被判断为占用，在列车出清后，该区段将出现“红光带”故障。

3 继电器监测原理

正是由于继电器的跳动或不同步，可能引起轨道区段“粉红光带”或“红光带”故障，而继电器又位于FTGS架内部，长期值守观察极为不现实，且其动作迅速人眼无法察觉，因此对继电器进行监测、判断其动作是否正常十分必要。

继电器监测系统分为硬件模块和软件模块2大部分，如图2所示。硬件模块中，在继电器2个通道GF1和GF2处设置信号采集点，将继电器前、后接点闭合或断开的状态送至开关检测电路，并进行光电隔离，以使接口电平匹配电路与被检测的信号系统互不影响，然后将转换后的结果送至工控机。在软件模块中，继电器监测平台对采集到的接口数据进行分析、记录，并保存数据日志。

图2 继电器监测系统原理

开关检测电路采用高输入阻抗电路设计，每个开关检测电路和光电隔离电路的供电都是通过不同的开关电源，互不影响，保证检测结果的准确性。开关检测电路和光电隔离电路的输入电路，采用带变压器隔离的开关电源，将后级电路的供电系统与被检测设备的供电系统隔离，后级供电电路对被检测设备无影响。接口电平匹配电路将光耦传送过来的电平信号进行处理，使之与计算机接口的电平匹配，并能够被软件模块的继电器监测平台识别、采集和记录。整个系统只对继电器动作状态进行采集，不进行控制，不影响原信号系统运行。

继电器监测平台对接口电平匹配电路送过来的继电器状态信息进行不间断读取、分析和判断后，将有效状态信息根据时间顺序保存到特定文档中，并用图形的方式进行显示，软件流程如图3所示。

图3 继电器监测平台软件流程图

当平台读取到接口的数据时，判断其是否与前一数据相同，只有发生变化的数据才被认为是由继电器动作引起的而被记录和保存。数据在保存时会记录下日期、时间以及与前一数据之间的时间间隔，这样便于进行数据分析和处理。同时，继电器关联的轨道区段状态会用图形颜色表示:空闲表示为黄色，物理占用表示为红色，逻辑占用表示为粉红色。在平台界面，当继电器动作异常时，其异常状态信息及其发生日期、时间信息会被实时反映出来，并在日志文件进行记录。

继电器监测系统解决了检测继电器跳动和双通道继电器不同步的问题，该系统可以识别不小于0.3 ms的继电器动作变化，能够监测继电器的跳动或不同步情况。经过简单的改造，可以监测接收2板送给继电器板的16 V直流电压信号是否符合技术指标。

4 试验情况描述

继电器监测系统已经在广州地铁1号线试车线进行了试验，试验情况良好。以采集继电器GF1第2组后接点和GF2第2组后接点为例，部分采集数据如表1所示，其中D1位代表GF1第2组后接点状态，D2位代表GF2第2组后接点状态。

表1 继电器监测系统部分采集数据

D1位和D2位的0代表后接点闭合，1代表后接点断开。从表1可以看出，继电器出现了跳动和不同步现象，虽然跳动的持续时间和不同步的间隔很短，但它们确实存在，只是在正常情况下被联锁允许而已。但是，一旦这样的跳动和不同步超过了联锁的允许范围，被联锁检测到，联锁将报告“粉红光带”或“红光带”故障。

5 结束语

本文针对轨道电路继电器引起的轨道电路故障，描述了一种继电器监测方案，说明了继电器监测实现的方法和原理。作为检测轨道区段空闲/占用信息的重要设备，继电器一旦工作不正常，将直接影响运营行车。实际过程中，继电器动作的偶发性和快速性，不适合人眼观察，而本文提出的监测方案可以监测继电器的跳动和不同步情况，并在试车线取得良好效果，在条件满足的情况下可以在FTGS轨道电路推广应用，这对于轨道电路“粉红光带”或“红光带”故障分析和判断有一定的帮助。

［1］张滔．遥控音频无绝缘轨道电路系统［J］．地铁与轻轨，2001(2):52．

［2］上海申通地铁集团有限公司．城市轨道交通建设和运营技术［M］．上海:同济大学出版社，2008．

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