基于继电编码的两种无绝缘轨道电路自动闭塞结合站的工程设计研究

郑大威

(中铁第四勘察设计院集团有限公司，湖北武汉，430063)

1 自动闭塞系统

1.1 基于ZPW-2000R自动闭塞系统

随着中国铁路自动闭塞系统的逐渐普及，作为ZPW-2000系列无绝缘移频轨道电路之一的ZPW-2000R型无绝缘移频自动闭塞系统自主研制成功，ZPW-2000R无绝缘移频轨道电路是符合我国铁路信号《ZPW2000移频轨道电路技术条件》(TB/T3206-2008)的轨道电路设备，并在哈尔滨铁路局、西安铁路局、呼和浩特铁路局、沈阳铁路局等共计3000余公里线路上陆续开通运用。它主要实现铁路轨道的占用检查、钢轨断轨检查、设备状态检查、机车信号信息发送等功能，并通过信号联锁实现行车自动控制，适用于电化或非电化的单线、复线自动闭塞区段，能满足机车信号主体化的要求。常用的基于ZPW-2000R的自动闭塞系统构成如图1所示。

图1 常用的基于ZPW-2000R的自动闭塞系统构成

基于ZPW-2000A自动闭塞系统ZPW-2000A 型无绝缘移频轨道电路系统，与UM71无绝缘轨道电路一样采用电气绝缘节来实现相邻轨道电路区段的隔离。电气绝缘节长度改进为29m，由空心线圈、29m长钢轨和调谐单元构成。调谐区对于本区段频率呈现极阻抗，利于本区段信号的传输及接收;对于相邻区段频率信号呈现零阻抗，可靠地短路相邻区段信号，防止了越区传输，这样便实现了相邻区段信号的电气绝缘。同时为了解决全程断轨检查，在调谐区内增加了小轨道电路。 目前，我国自行研制的以数字信号处理技术为基础的新型移频自动闭塞系统即ZPW-2000A 已被广泛应用。常用的基于ZPW-2000A的自动闭塞系统构成如图2所示。

图2 常用的基于ZPW-2000A的自动闭塞系统构成

1.2 两种自动闭塞系统的异同

1.2.1 两种自动闭塞系统的特性

ZPW-2000R的调谐区布置为五点式，ZPW-2000A为三点式布局（匹配变压器与调谐线圈合并在一个防护盒）。

ZPW-2000R先设置调谐区再接主轨道电路，而ZPW-2000A的调谐区（也称为小轨道电路）是运行方向主轨道电路的“延续”。

ZPW-2000R的信号机能与所防护的闭塞分区对应，而ZPW-2000A的信号机与所防护的闭塞分区相隔一个调谐区。

ZPW-2000R的接收器检查条件包含：反向区间空闲条件C7、调谐区检查条件C3、中继/应变时间条件C4；ZPW-2000A的接收器检查条件则包含运行方向条件Z/F、接收前方区段传输的小轨条件XGJ和XGJH、向后方区段传输的小轨状态XG和XGH。

ZPW-2000R通过利用本调谐区内发送匹配变压器(FBP)，经调谐区轨道反向传送本调谐区内接收匹配变压器(JBP)调谐区信号和正向接收主轨道信号软件浮动门限的算法来实现调谐区占用检查，而ZPW-2000A则利用小轨继电器从前方区段的接收器来判断小轨占用，或直接实现小轨报警。

1.2.2 两种自动闭塞系统的共性

ZPW-2000R与ZPW-2000A调谐区对于本区段频率呈现极阻抗，利于本区段信号的传输及接收，对于相邻区段频率信号呈现零阻抗。可靠的短路相邻区段信号，防止越区传输，这样便实现了相邻区段信号的电气绝缘。

ZPW-2000R与ZPW-2000A都是利用电气绝缘节将区间轨道划分为若干闭塞分区，相邻闭塞将18种低频编码信息调制在8种不同的载频上进行传输。

ZPW-2000R与ZPW-2000A的系统设备构成基本相同，主要由室外部分的调谐单元、空心线圈、匹配变压器和传输电缆构成；室内部分均由防雷模拟网络、衰耗器、接收器、功放以及发送器构成。

ZPW-2000R与ZPW-2000A的室内传输通道上都会将运行前方区段的轨道状态串入，通过方向继电器（QZJ和QFJ）选择对应的前方区段。

ZPW-2000R与ZPW-2000A的室内设备中，接收器均采用双机互相成对并联式冗余，而发送器则采用N+1冗余方式通过FBJ（主发送器故障）切换至+1发送器工作。

2 ZPW-2000R与ZPW-2000A结合站工程设计需求

2.1 室内外设备配置

由于区间室外设备施工时不同的自动闭塞系统会安装在不同的区间，因此很少出现混淆和设备不匹配的问题，而室内设备由于需要安装在同一个设备室所以需要注意两套系统设备与机柜的安装。由于功能实现上的区别会导致两套系统继电器组合存在差别，ZPW-2000R的组合架一般一层放10位继电器，两层为一个组合；而ZPW-2000A的组合架一层通常安装11位继电器，因而在工程设计时尽量将两套系统的组合架区分开来，并且命名时也应加上后缀名，例如-R或-A等。

两套系统主要的区别是移频发送和接收设备，对ZPW-2000R移频柜一层放置2个区段的发送和接收设备，并且还需空出一层设置工控维护机，在设计中排列表的调整时要空出；对于ZPW-2000A移频柜一层放置2个区段的发送和接收设备，但是由于功放电路集成在发送器中，所以没有功放器。需要注意的是对于ZPW-2000R和ZPW-2000A移频接收设备需要与相邻接收器互相成为并机，所以每层两套移频设备都需布满（包含+1发送设备）。两套设备的区别还体现在移频综合柜中，ZPW-2000R综合柜每一层都有一个设置通道采集器，而ZPW-2000A移频综合柜两层共用3个分线采集器。

2.2 区间方向控制

ZPW2000R与2000A自动闭塞系统的区间方向控制，都是通过区间每个闭塞分区的QZJ和QFJ来改变移频发送、接收盒与区间防雷模拟网络的连接，从而改变与闭塞分区两端发送/接收的方向，以达到切换运行方向后发送端与接收端的匹配。

因此在考虑两种自动闭塞系统结合设计时，同样利用自动闭塞方向电路的原理励磁各个闭塞分区的QZJ与QFJ，并且在通道中检查运行前方区段的空闲状态（正方向运行时还需要检查前方区段信号机的灯丝继电器状态）。

2.3 区段低频编码

基于继电编码的ZPW2000R与2000A自动闭塞系统的低频编码是依据运行前方的进路占用情况（站内）或闭塞分区的空闲状况（区间）并按照设计线路的发码等级进行编码电路的搭建。

需要注意的是在反向接近区段要考虑反向运行时的相应编码，通过该闭塞分区的QZJ继电器来选择发码的编码电路，反向运行的其他区段（非反向接近区段）一般采用发JC码。

2.4 区间点灯电路

两种基于继电编码的自动闭塞系统区间通过信号机的点灯控制基本一致，在接近区段需考虑前方信号机及所防护区段的状态，来设计点灯电路；一般闭塞分区则是依据前方闭塞分区的占用状态来控制信号机点灯。

2.5 正向区间红灯断丝转移

在正向运行时，由于两种基于继电编码的自动闭塞系统在正向发送通道中与前方区段的GJ并接了灯丝继电器DJ。因此在运行前方区段有车占用（GJ落下），并且红灯的主副灯丝双断时（DJ落下），发送通道被切断，接收器无法收到移频信号，致使本区段的GJ落下。从而点亮本闭塞分区防护信号机的红灯，实现红灯前移。

图3 ZPW-2000R（左）和ZPW-2000A（右）发送通道红灯断丝转移电路原理

2.6 正向区间分割点轨道占用传递

对于两种自动闭塞系统，都存在闭塞分区内部增加分割点的情况，但是在列车正向运行时将闭塞分区内（两信号机之间）的若干轨道电路（AG、BG、CG…）视为一个区段。因此在列车占用闭塞分区中某一个区段时，其运行后方的轨道电路GJ也会落下，在ZPW-2000R与ZPW-2000A闭塞分区电路中都是通过对应继电器的励磁来实现轨道占用的传递。

2.7 反向运行区间空闲检查

自动闭塞系统在列车反向运行时，区间需按站间闭塞方式运行，即反向区间里只能有一列车运行，出站信号机始终不能开放。所以要满足反向区间的任一闭塞分区占用时，其运行后方的轨道电路GJ状态均落下。对于此设计需求，ZPW-2000R的自动闭塞系统一般是在反向接收通道中加入反向运行前方的轨道电路GJ，而ZPW-2000A则是在反向发送通道中加入运行前方的轨道电路GJ，但是都同样能实现反向运行时后方区段一直保持占用的状态。

2.8 接收器检查条件

无绝缘自动闭塞系统中接收器是判断闭塞分区是否占用的关键设备，其需要接收轨道电路上传来的移频信息，还需要根据额外的辅助条件来本区段的GJ。基于ZPW-2000R的自动闭塞系统接收器需要检查如下条件：

（1）反向区间空闲条件C7：根据正、反向列车运行后方轨道电路的GJ状态进行接线控制。

（2）调谐区检查条件C3：根据正、反向列车运行后方和本轨道电路接收端是否是机械绝缘节来进行接线控制，如果是机械绝缘节则需要接高电平，否则断开。

（3）中继/应变时间条件C4：根据所经过的信号点是否为正向分割点以及是否为正反向接近轨来选择接入的电平，同时控制单频信息的编码。

而基于ZPW-2000A的自动闭塞系统接收器则主要是通过相邻区段检测到小轨继电器状态的传回或报警，以实现对小轨（即：调谐区）占用的检查。若将小轨纳入联锁，则使小轨的状态控制闭塞分区GJ的励磁；若小轨不纳入联锁，则直接励磁小轨报警继电器（下图为小轨纳入联锁的接收器电路图）。

图4

图5

3 结合站的工程设计思路与方案

3.1 设计原则

（1）室外按照各自系统的配置进行安装与接线（例如：2000R的五点式布局与2000A的三点式布局以及小轨划分的区别）；

（2）室内设计则要根据不同系统的特性来设置机柜与组合（例如：2000R的区间信号机点灯使用单独的GLB组合，而2000A则是利用综合柜的GLB）；

（3）逻辑电路也需考虑两套系统的设备区别来搭建（例如：区间移频设备报警电路中2000R使用每个区段的发送报警继电器FBJ，而2000A经过衰耗冗余控制器内部发送报警切换电路向外输出）；

（4）对原理相同的功能模块尽量使用一套处理模式以减少差异化设计带来的风险（例如：区间的编码电路以及N+1发送的编码与切换电路）；

总的说来，工程设计中应按照求同存异的方式来对待两种系统的结合设计，既要保证不同系统的特性，也要充分利用两种系统的共性来优化方案。

3.2 接口电路

两种自动闭塞系统的除了在区间部分功能实现的方式上存在差异外，在进站口外方的区段均需要获取站内进出站信号机的继电器状态，从而励磁区间组合内部的相关继电器以构建编码电路。对于两种自动闭塞系统的结合站，正向进站信号机的外方一区段，对应区间组合应复示正向进站信号机的LUXJ、TXJ、YXJ、LXJ和ZXJ以及同一股道顺向出站信号机的LXJ；反向进站信号机的外方一区段，对应区间组合应复示反向进站信号机的TXJ、YXJ、ZXJ和LXJ以及同一股道顺向出站信号机的LXJ。

4 案例应用

宁西线上的六安站，在宁西铁路南阳至合肥段增建第二线工程中，需进行区间自动闭塞系统的改造升级，由于新建工程与既有区间的自动闭塞系统制式不同，因此在六安站需完成ZPW-2000R与2000A的自动闭塞系统的结合设计。下文将会从结合站的工程设计需求具体实现中进行介绍。

4.1 室内外设备配置

自动闭塞系统的室外设备按照ZPW-2000R的“五点式”与2000A的“三点式”布局，配置区间的室外的设备。

图6

内设备主要包括区间组合柜、移频柜、综合柜以及配套的防雷分线柜、接口柜、电源屏等。区间组合柜、移频柜和综合柜根据两种自动闭塞系统的区段数量与位置关系，设置不同的继电器组合，六安站ZPW-2000R区间19个区段，其中上行区段11个，下行区段8个，配置5个区间组合柜、2个区间移频柜、1个区间综合柜；ZPW-2000A区间18个区段，其中上行区段9个，下行区段9个，配置4个区间组合柜、2个区间移频柜、1个区间综合柜。基于两种不同轨道电路制式的自动闭塞系统室内设备不同柜，并且ZPW-2000R继电器组合命名使用-R后缀与ZPW-2000A的区段组合进行区分。

图7

4.2 区间方向控制

对于ZPW-2000R和2000A自动闭塞系统，区间闭塞分区的运行方向控制是通过与站内结合的自动闭塞方向电路来实现的，六安站不同发车口各个区段的QZJ或QFJ同步被励磁，以确保区间内运行方向的一致性。区间的方向继电器接入移频发送、接收盒与区间防雷模拟网络的电路，来完成运行方向改变后轨道电路信息传输方向的对应切换。具体控制电路如下图所示。

图8

4.3 区段低频编码

由于六安站上下行区间均为四显示的自动闭塞，最高码序为L码，因此需要前方3个区段的占用状态，即1GJ、2GJ、3GJ。在ZPW-2000R和2000A发送器的低频发码端，通过前方区段的轨道继电器与前方进站信号机、顺向出站信号机的相关继电器搭建编码电路，控制某一闭塞分区的发码。

一般情况下，两种自动闭塞系统只用一套编码电路控制正向运行的区段发码，反向运行时都发送JC码，但是在1LQ区段需要考虑反向进站情况，就需要另一套编码电路来实现，通过QZJ继电器来切换。六安站的两个1LQ区段低频发码分别由ZPW-2000R和2000A发送器完成，如下图所示。

图9

4.4 区间电灯电路

六安站的区间除了利用基于ZPW-2000无绝缘轨道电路传输低频信息，来控制列车在区间的运行，还在闭塞分区的入口处设置通过信号机防护前方区段。通过信号机使用绿红黄三灯位机构，包含绿、绿黄、黄和红灯四种显示，利用前方区段的轨道继电器搭建点灯电路。在三接近区段则需要利用进站信号机的相关继电器进行点灯电路的设计，下图所示分别为ZPW-2000R和2000A的区间通过信号机点灯电路。

图10

4.5 正向区间红灯断丝转移

列车在区间正向运行时，为了防止点禁止信号灯光（红灯）的信号机红灯断丝后，该架信号机的红灯显示应向外方信号机转移，保证后续列车在外方信号机前停车。在本站上下行区间ZPW-2000R与2000A的发送通道中并接前方区段的GJ和DJF前接点或进站信号机DJF和LXJF接点的方式，实现区间红灯转移。具体实现方式见图。

图11

4.6 正向区间分割点轨道占用传递

六安站ZPW-2000R区间有13个闭塞分区，其中上行分区7个，下行分区6个，ZPW-2000A区间有11个闭塞分区，其中上行区段5个，下行分区6个。部分闭塞分区被分割点化为BG和AG，但是对于区间占用检查的逻辑判断来说，分割点两侧的区段视为一个占用区段。因此在正向运行时，需要将运行方向前方区段的轨道继电器对应励磁同一闭塞分区相邻区段的轨道继电器。这样在列车出清一个闭塞分区的某一区段进如下一区段时，此时后方区段仍保持占用状态。

4.7 反向运行区间空闲检查

六安站的ZPW-2000R区间和ZPW-2000A区间在反向运行时是按大区间运行，即上行或下行区间反向只能有一列车。因此在自动闭塞系统里需实现大区间里有一个区段占用时，其运行后方的区段GJ均应落下，两种自动闭塞系统ZPW-2000R和2000A采用的分别是在反向接收和反向发送通道中接入运行前方区段轨道电路的GJ，这样区间某一区段有车占用时，其经过区段的接收器都无法接收到轨道电路信息，导致GJ落下，区段显示占用状态。具体电路如4.2小节图所示。

4.8 接收器检查条件

对于基于ZPW-2000R的自动闭塞区间，其接收器主要检查反向区间空闲条件C7、调谐区检查条件C3、中继/应变时间条件C4（具体的功能说明见设计需求部分）；而ZPW-2000A的自动闭塞区间则是通过对相邻区段小轨区段的占用检查，来实现对完整区段列车占用的判断，在本案例中六安站采用的是小轨纳入联锁的方式。虽然两种轨道电路制式所输入的检查条件不同，但最终都能达到列车在主轨或小轨占用表示的目的。

5 总结分析

5.1 结合站区间自闭设计的功能分析

整体功能上，结合站的自动闭塞设计是为了能达到获取列车在区间闭塞分区的位置信息，以及控制列车在区间安全高效运行的目的。因此对基于不同轨道电路的自动闭塞系统，也应能完成上述功能，并且两种制式的系统在技术标准和实现原则也需一致。

两种轨道电路自动闭塞系统在设计时的基本功能均要能满足闭塞分区的占用检查，并且能对区段的机车信号进行编码与发码。其中ZPW-2000R与ZPW-2000A的占用检查功能都是通过发送器传输的信息是否被接收器收到作为闭塞分区是否有车占用的标准；对于机车信号的编码与发码功能，两者按照前方区段的占用情况或者相关信号机的状态去搭建本区段的发码电路。

在某些细节功能的实现上，ZPW-2000R与ZPW-2000A也有各自特殊的地方。对于小轨道区段的占用检查，两者实现方式会有不同：ZPW-2000R通过相关的算法完成，而ZPW-2000A则是利用小轨继电器。另外在室外设备的布局上，五点式和三点式的布置对于部分设备功能分配也会有所区别：ZPW-2000A的调谐匹配单元就能完成ZPW-2000R中调谐单元与匹配变压器的功能。

5.2 结合站区间自闭设计的注意要点

结合两种不同制式自动闭塞系统的车站设计首先需要注意的是室内设备的区分与标注，在设计阶段进行差异化处理时能够避免同类型设备的混淆，对于施工和运营阶段也能更好对不同制式的设备施工与维护。其次是与站内联锁有接口设计的部分，要统筹考虑两套系统所使用的继电器类型与数量并进行合理的分配。最后，结合站设计的自动闭塞系统要进行单套系统的完整性检查，可对照单一制式设计的车站分别验证主要需求是否实现。