王文龍

王文龍:廣州市地下鐵道總公司 助理工程師 510310 廣州

FTGS是指西門子遙控音頻無絕緣軌道電路，它廣泛應(yīng)用于世界各地的正線鐵路和城市軌道交通。FTGS軌道電路分為FTGS-46型和FTGS-917型，廣州地鐵1號(hào)線使用的是FTGS-917型。由于FTGS軌道電路空閑/占用狀態(tài)由軌道電路繼電器判斷給出，并發(fā)送空閑/占用信號(hào)到SICAS計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)，所以一旦聯(lián)鎖檢測(cè)到繼電器送來的空閑/占用信號(hào)異常，就將顯示粉紅光帶或紅光帶故障，因此對(duì)軌道電路繼電器監(jiān)測(cè)十分必要，且可以進(jìn)一步用于分析和判斷軌道電路故障。

1 FTGS軌道電路原理

FTGS軌道電路由室外設(shè)備和室內(nèi)設(shè)備組成。室外設(shè)備包括S棒和軌旁盒，它們共同組成的電氣絕緣節(jié)將軌道劃分為不同的區(qū)段;室內(nèi)設(shè)備包括方向轉(zhuǎn)換板、放大濾波板、發(fā)送板、報(bào)文轉(zhuǎn)換板、接收1板、接收2板、解調(diào)板、繼電器板、代碼板和電源單元等，控制FTGS音頻交流電壓的發(fā)送和接收，以及ATP報(bào)文信息的傳送。

發(fā)送器在軌道區(qū)段始端將音頻交流電壓送入軌道，在軌道區(qū)段終端由接收器接收。無車情況下，當(dāng)接收器對(duì)接收回來的電壓進(jìn)行幅值計(jì)算、調(diào)制檢驗(yàn)和編碼檢驗(yàn)，確認(rèn)幅值足夠高、調(diào)制與編碼均正確時(shí)，接收器發(fā)送一個(gè)軌道空閑信號(hào)使繼電器吸起，表示軌道區(qū)段空閑;有車情況下，由于列車輪軸的分路作用，接收回來的電壓幅值降低，繼電器落下，表示軌道區(qū)段占用，此時(shí)軌道電路將傳送ATP報(bào)文信息到列車上。軌道區(qū)段的空閑/占用信息，將傳送給SICAS計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)。

2 繼電器引起FTGS軌道電路的故障描述

2.1 繼電器跳動(dòng)引起的“粉紅光帶”故障

正常情況下，列車未進(jìn)入軌道區(qū)段時(shí)，軌道區(qū)段空閑;未排列進(jìn)路時(shí)，MMI人機(jī)界面顯示軌道區(qū)段黃色;排列進(jìn)路時(shí)，MMI人機(jī)界面顯示軌道區(qū)段綠色;列車進(jìn)入軌道區(qū)段時(shí)，軌道區(qū)段占用，MMI人機(jī)界面顯示軌道區(qū)段紅色。列車實(shí)際運(yùn)行過程中，接收1板接收電壓與列車輪軸位置關(guān)系模型如圖1所示。

圖1 接收1板接收電壓與車軸位置關(guān)系模型圖

從圖1可以看出，列車在經(jīng)過S棒時(shí)，接收1板接收電壓有一個(gè)變化過程，中間存在一個(gè)臨界值。當(dāng)電壓高于臨界值時(shí)，接收1板及其后續(xù)電路驅(qū)動(dòng)繼電器吸起，軌道電路顯示空閑狀態(tài);當(dāng)電壓低于臨界值時(shí)，繼電器落下，軌道電路顯示占用狀態(tài);當(dāng)電壓等于臨界值時(shí)，繼電器可能吸起、落下或處于不穩(wěn)定的跳動(dòng)狀態(tài)，軌道電路可能出現(xiàn)“占用—空閑—占用”的變化狀態(tài)。雖然這樣的變化過程可能很短，但聯(lián)鎖系統(tǒng)能夠檢測(cè)到，在列車出清后，該區(qū)段將出現(xiàn)“粉紅光帶”故障。

2.2 繼電器不同步引起的“紅光帶”故障

軌道電路繼電器是位于繼電器板內(nèi)的雙通道GF1和GF2緩吸、緩放繼電器，SICAS計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖通過采集雙通道繼電器接點(diǎn)狀態(tài)，來檢測(cè)軌道區(qū)段空閑/占用信息。

理論上，采集的繼電器前、后接點(diǎn)組狀態(tài)不一致，其中一個(gè)為高電平(24V)，另一個(gè)為低電平(0V)，如果出現(xiàn)相同的情況，聯(lián)鎖會(huì)作為占用處理。然而，因2個(gè)通道的繼電器動(dòng)作不可能完全一致，存在一定的時(shí)間差(可能很小)，聯(lián)鎖采集雙通道繼電器狀態(tài)允許的時(shí)間差設(shè)置為1000 ms，如果超過允許范圍會(huì)被判斷為占用，在列車出清后，該區(qū)段將出現(xiàn)“紅光帶”故障。

3 繼電器監(jiān)測(cè)原理

正是由于繼電器的跳動(dòng)或不同步，可能引起軌道區(qū)段“粉紅光帶”或“紅光帶”故障，而繼電器又位于FTGS架內(nèi)部，長期值守觀察極為不現(xiàn)實(shí)，且其動(dòng)作迅速人眼無法察覺，因此對(duì)繼電器進(jìn)行監(jiān)測(cè)、判斷其動(dòng)作是否正常十分必要。

繼電器監(jiān)測(cè)系統(tǒng)分為硬件模塊和軟件模塊2大部分，如圖2所示。硬件模塊中，在繼電器2個(gè)通道GF1和GF2處設(shè)置信號(hào)采集點(diǎn)，將繼電器前、后接點(diǎn)閉合或斷開的狀態(tài)送至開關(guān)檢測(cè)電路，并進(jìn)行光電隔離，以使接口電平匹配電路與被檢測(cè)的信號(hào)系統(tǒng)互不影響，然后將轉(zhuǎn)換后的結(jié)果送至工控機(jī)。在軟件模塊中，繼電器監(jiān)測(cè)平臺(tái)對(duì)采集到的接口數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、記錄，并保存數(shù)據(jù)日志。

圖2 繼電器監(jiān)測(cè)系統(tǒng)原理

開關(guān)檢測(cè)電路采用高輸入阻抗電路設(shè)計(jì)，每個(gè)開關(guān)檢測(cè)電路和光電隔離電路的供電都是通過不同的開關(guān)電源，互不影響，保證檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。開關(guān)檢測(cè)電路和光電隔離電路的輸入電路，采用帶變壓器隔離的開關(guān)電源，將后級(jí)電路的供電系統(tǒng)與被檢測(cè)設(shè)備的供電系統(tǒng)隔離，后級(jí)供電電路對(duì)被檢測(cè)設(shè)備無影響。接口電平匹配電路將光耦傳送過來的電平信號(hào)進(jìn)行處理，使之與計(jì)算機(jī)接口的電平匹配，并能夠被軟件模塊的繼電器監(jiān)測(cè)平臺(tái)識(shí)別、采集和記錄。整個(gè)系統(tǒng)只對(duì)繼電器動(dòng)作狀態(tài)進(jìn)行采集，不進(jìn)行控制，不影響原信號(hào)系統(tǒng)運(yùn)行。

繼電器監(jiān)測(cè)平臺(tái)對(duì)接口電平匹配電路送過來的繼電器狀態(tài)信息進(jìn)行不間斷讀取、分析和判斷后，將有效狀態(tài)信息根據(jù)時(shí)間順序保存到特定文檔中，并用圖形的方式進(jìn)行顯示，軟件流程如圖3所示。

圖3 繼電器監(jiān)測(cè)平臺(tái)軟件流程圖

當(dāng)平臺(tái)讀取到接口的數(shù)據(jù)時(shí)，判斷其是否與前一數(shù)據(jù)相同，只有發(fā)生變化的數(shù)據(jù)才被認(rèn)為是由繼電器動(dòng)作引起的而被記錄和保存。數(shù)據(jù)在保存時(shí)會(huì)記錄下日期、時(shí)間以及與前一數(shù)據(jù)之間的時(shí)間間隔，這樣便于進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理。同時(shí)，繼電器關(guān)聯(lián)的軌道區(qū)段狀態(tài)會(huì)用圖形顏色表示:空閑表示為黃色，物理占用表示為紅色，邏輯占用表示為粉紅色。在平臺(tái)界面，當(dāng)繼電器動(dòng)作異常時(shí)，其異常狀態(tài)信息及其發(fā)生日期、時(shí)間信息會(huì)被實(shí)時(shí)反映出來，并在日志文件進(jìn)行記錄。

繼電器監(jiān)測(cè)系統(tǒng)解決了檢測(cè)繼電器跳動(dòng)和雙通道繼電器不同步的問題，該系統(tǒng)可以識(shí)別不小于0.3 ms的繼電器動(dòng)作變化，能夠監(jiān)測(cè)繼電器的跳動(dòng)或不同步情況。經(jīng)過簡(jiǎn)單的改造，可以監(jiān)測(cè)接收2板送給繼電器板的16 V直流電壓信號(hào)是否符合技術(shù)指標(biāo)。

4 試驗(yàn)情況描述

繼電器監(jiān)測(cè)系統(tǒng)已經(jīng)在廣州地鐵1號(hào)線試車線進(jìn)行了試驗(yàn)，試驗(yàn)情況良好。以采集繼電器GF1第2組后接點(diǎn)和GF2第2組后接點(diǎn)為例，部分采集數(shù)據(jù)如表1所示，其中D1位代表GF1第2組后接點(diǎn)狀態(tài)，D2位代表GF2第2組后接點(diǎn)狀態(tài)。

表1 繼電器監(jiān)測(cè)系統(tǒng)部分采集數(shù)據(jù)

D1位和D2位的0代表后接點(diǎn)閉合，1代表后接點(diǎn)斷開。從表1可以看出，繼電器出現(xiàn)了跳動(dòng)和不同步現(xiàn)象，雖然跳動(dòng)的持續(xù)時(shí)間和不同步的間隔很短，但它們確實(shí)存在，只是在正常情況下被聯(lián)鎖允許而已。但是，一旦這樣的跳動(dòng)和不同步超過了聯(lián)鎖的允許范圍，被聯(lián)鎖檢測(cè)到，聯(lián)鎖將報(bào)告“粉紅光帶”或“紅光帶”故障。

5 結(jié)束語

本文針對(duì)軌道電路繼電器引起的軌道電路故障，描述了一種繼電器監(jiān)測(cè)方案，說明了繼電器監(jiān)測(cè)實(shí)現(xiàn)的方法和原理。作為檢測(cè)軌道區(qū)段空閑/占用信息的重要設(shè)備，繼電器一旦工作不正常，將直接影響運(yùn)營行車。實(shí)際過程中，繼電器動(dòng)作的偶發(fā)性和快速性，不適合人眼觀察，而本文提出的監(jiān)測(cè)方案可以監(jiān)測(cè)繼電器的跳動(dòng)和不同步情況，并在試車線取得良好效果，在條件滿足的情況下可以在FTGS軌道電路推廣應(yīng)用，這對(duì)于軌道電路“粉紅光帶”或“紅光帶”故障分析和判斷有一定的幫助。

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