铁路车站ZPW2000电码化的工程设计与维护

陶玉凤

（兰州铁道设计院有限公司，工程师，甘肃兰州，730000）

截止2019 年末，我国铁路运营总里程达13.9 万公里，相关技术得到快速发展［1-3］。车站电码化技术已广泛应用于铁路线路中，成为实现“地-车”通信的技术支撑。目前铁路ZPW2000 系列轨道电路是列车运行控制系统的重要组成部分，能够有效防止列车冒进冒出信号，是减轻司机疲劳强度，提高运输效率的技术方法，也是高速铁路中确保运营安全的重要手段［5-7］。

随着列车速度的不断提高，电码化技术先后有固定切换、脉动切换、叠加移频、预叠加移频和闭环等；相关的电码化设备也在不断更新，总共经历了大致极频、交流计算、移频三种类型［1-2］。目前国内新建线路和既有线改造均采用ZPW2000 系列车站电码化设备，相关技术标准包括技术要求、标准、实施范围、设计原则、码序编制等按2010 年发表的TB/T 2465《铁路车站电码化技术条件》执行［1］。

本文试就铁路车站ZPW2000 电码化的工程设计要点与维护方法略陈管见，期望收到能够减轻设计人员工作强度、提高设计效率的效果。

1 电码化原理

随着铁路技术的不断发展，行车闭塞法也在不断提高，目前铁路将列车行驶的钢轨人为划分为一个个独立的区段，约定一个区段内同一时刻只能有并且只能被一列列车所占用，这个区段最小间隔为一个轨道区段［1］，轨道电路工作原理如图1所示。目前国内常用的是ZPW-2000 型系列的移频自动闭塞，具体类型分为二线制和四线制，技术分为非电气化牵引区段交流连续式轨道电路（480 轨道电路）及25Hz 相敏轨道电路叠加ZPW2000 系列移频预发码技术［3］；电气化牵引区段25Hz 相敏轨道电路叠加ZPW2000系列移频预发码技术［6］。其中由于四线制电码化电缆芯数太多，建造和维护成本较高，所以工程中一般采用二线制偏多；高铁车站普遍采用无绝缘ZPW2000A 型实现站内闭环电码化［7-8］。通过该移频轨道电路的轨旁信号设备对每个轨道区段的空闲和占用情况进行检查，如图1所示，从而通过列控中心TCC（负责区间）和联锁CI（负责站内）的逻辑判断来确定列车位置、行驶方向和运行状况。

图1 轨道电路工作原理示意图

2 工程设计

涵盖以下主要内容：

1）基本资料。包括设计线路的平面图、设计线路的纵断面图和运行列车类型，机车牵引或动车组等详细技术参数及设计运营运行图。

2）基本原则。满足《铁路信号设计规范》、《铁路信号站内联锁设计规范》、《铁路车站电码化技术条件》、《无绝缘轨道电路自动闭塞技术条件》、《机车信号信息定义》等技术标准。范围包括：车站内列车进路的所有区段。

3）实施车站股道电码化的范围。①列车占用的股道区段；②经道岔直向的接车进路，为该进路中的所有区段；③半自动闭塞区段，包括进站信号机的接近区段；④自动闭塞区段，经道岔直向的发车进路，为该进路中的所有区段；⑤色灯电锁器车站，一般在股道区段实施电码化。

4）实施车站预叠加电码化的范围。①与上节内的1～4 实施范围内容一致；②自动站间闭塞区段，包括进站信号机的接近区段。

5）实施车站闭环电码化的范围。与上节①一致；

②自动闭塞区段，经道岔直向的发车进路，为该进路中的所有区段；经道岔侧向的发车进路，为该进路的最末一个区段［4-5］。

6）采用无绝缘轨道电路

载频信息：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）。频偏：±11Hz。

低频信息：10.3～29Hz 每隔1.1Hz 呈等差数列（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个。

在实际线路中，下行正向按1700、2300 交错排列；上行正向按2000、2600 交错排列。对于车站内的咽喉区设计，需要考虑区间情况同时防止进出站处的绝缘破损情况，-1、-2载频信息应交错排列［4-5］。其轨旁信号设备的调谐单元、空心线圈分别采用长度为1.6 m、3.6 m 的钢包铜线连接到钢轨［8］，针对载频切换信息码的频率、时间、功能应符合表1的要求（以低频25.7Hz为例）。

表1 载频及低频切换信息码

7）常用码型及编码条件。正常情况下，线路的移频信息传输方向要迎着列车的运行方向；当改变列车行驶方向即逆向排列进路时，方向电路需自动切换各股道区段的发送端和接收端［6］。编制轨道码序时要考虑既有线路条件，制式应保持一致。

3 现场调试及维护

3.1 现场调试目前，国内新建客运专线均采用无砟轨道线路，且区间线路大部分为混凝土桥梁地段，车站内采用预制混凝土；既有线改造和普速线路普遍采用有咋轨道，两者具有较大差异［6-8］。其高速铁路的闭塞分区长度相较于普速有砟轨道线路均较长，故不同的轨道电路设计长度，需要考虑不同线路的运行速度和运营情况，并结合具体的工程设计条件进行综合设计，例如现场施工的整体流程如图1所示。

图1 轨道电路现场施工流程示意图

3.2 现场维护轨道电路室外设备长期运行在复杂环境中，各种暴晒、雨雪、振动等条件都会影响信号设备的工作状态，根据铁路局应用单位统计数据，室外轨道电路发生故障，出现红光带的概率较高。故电码化设备应设计“故障—安全”机制，并考虑运行时的高可靠性，通过采用“1+1”或“N+1”的冗余方式来提高可用性［6-7］。通过分析ZPW-2000 无绝缘轨道电路工作原理，其中补偿电容故障和偏移、道碴电阻变化、钢轨生锈、空心线圈断线和钢轨断裂等因素都会对接收端的电流电压产生影响，是出现上述故障的主要原因。针对现场轨道电路设备的调试和维护提出以下建议：

1）根据具体线路情况，无砟和有砟、有无补偿电容、钢轨材质类型都需进行集中考虑。

2）能够有效对钢轨进行断轨检查，在断轨状态时，分别从主轨道电路断轨和小轨道电路断轨两个方面进行分析。通过红光带进行的报警显示，及时排除安全隐患。

3）日常维护中需要对调谐单元、空芯线圈、匹配变压器、传输电缆等阻抗进行测量，并通过校核对比，可以科学、准确、定量的把握系统设备的参数性能，有效预防故障的发生。

4）现场施工过程中，对轨道电路设备类型和测试数据进行详细记录，便于线路开通后的维护。

5）应特别注意保持钢轨的清洁，及时清除钢轨上的锈蚀，减小分路时的接触电阻。

6）采用先进的技术手段对轨道电路的分路不良等故障进行监控和报警。

4 注意事项

主要包括以下方面：

1）标注分明。针对有局间分界点的区间，应标注清晰轨道电路、箱盒、电缆等室外设备的分界点，方便施工单位施工。

2）正线载频设计。在重大枢纽线路中要合理分布正线载频，特别是存在奇数和偶数载频时，应设计自动切换电路并在平面图中标注载频切换点。

3）避免邻线干扰。设计时应尽量避免相邻线路的同频布置，当无法避免时，应采取技术手段进行防护，例如按照极限长度的原则设计。

4）采取分类设计原则。针对不同轨道电路类型采取不同工程设计方案；根据轨道电路特点防止钢轨上电流信息的迂回串扰导致分路不良等问题。

5）确保电气设备接地安全。采用综合接地系统，确保室内外信号设备能够正常工作，例如避免因雷击、漏泄电流、混线等故障导致出现设备故障。

6）与既有方式保持一致。针对改造的线路，在编制轨道码序时要充分考虑既有线路的条件，制式应保持一致。

7）图纸资料与实际相符。在设计之初和施工过程中，对于修改和变更的设备、电缆、位置和安装方式等内容，需及时进行记录，保证最终提交的竣工蓝图与现场实际情况一致，方便铁路运营单位后期维护和查找故障点。

5 结论

本文通过分析国内车站电码化的现状，论述了轨道电路系统的发展历程和工作原理，结合铁路车站ZPW2000 电码化的工程设计实际，重点就做好室外信号设备现场调试和日常维护提出措施和建议，期望对提高设计单位的效率具有参考、借鉴作用。