王燁堃

（國能運(yùn)輸技術(shù)研究院有限責(zé)任公司，北京 100000）

鐵路軌道電路分路不良，是鐵路信號系統(tǒng)中最為常見的問題，同時也是信號部門最為重視的一個環(huán)節(jié)之一。軌道電路分路不良，會導(dǎo)致車列占用丟失、列車接發(fā)錯誤、信號錯誤開放等問題，對鐵路行車安全造成難以預(yù)估的危害。因此，如何對軌道電路分路不良區(qū)段進(jìn)行有效管控是鐵路信號部門的重點(diǎn)、難點(diǎn)。

針對軌道電路分路不良，各鐵路公司均采取了管控措施，常見的技術(shù)有計(jì)軸器監(jiān)測、高壓脈沖軌道電路。計(jì)軸器監(jiān)測即在軌道區(qū)段進(jìn)出兩端安裝輪軸傳感器、計(jì)數(shù)器，通過輪對經(jīng)過計(jì)軸點(diǎn)產(chǎn)生的車軸脈沖進(jìn)行輪軸與方向確認(rèn)，在比較駛?cè)牒婉偝鲕壍绤^(qū)段的軸數(shù)是否一致后，確定區(qū)段占用與空閑；高壓脈沖軌道電路是利用高壓脈沖發(fā)碼器將軌道電源轉(zhuǎn)化為脈沖信號，通過瞬間高壓電擊穿軌面銹層或灰塵、非金屬粉末散落軌面形成的絕緣層，改善了軌道電路分路靈敏度。

但在現(xiàn)有分路不良管控技術(shù)中，因其技術(shù)特點(diǎn)限制，無法在復(fù)雜多變的鐵路環(huán)境中準(zhǔn)確無誤的做到列車占用監(jiān)督、無車空閑顯示，不能完全解決軌道電路分路不良問題。本文主要針對計(jì)軸器監(jiān)測受外界環(huán)境因素干擾較大，無法正確反映區(qū)段的占用與空閑的問題，提出將視頻監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用于計(jì)軸器監(jiān)測。

1 軌道電路分路不良

1.1 軌道電路分路不良概念

在鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)中，軌道電路主要用于監(jiān)督區(qū)段是否占用、檢查鋼軌是否斷裂、傳遞行車信息。其中，軌道電路的占用監(jiān)督作用，可以防止進(jìn)路錯誤辦理，確保列車運(yùn)行安全[1-2]。但是，在日常生產(chǎn)中，由于鋼軌軌面銹蝕、軌面清潔不良或者列車輪對生銹導(dǎo)致在列車占用軌道區(qū)段時，輪對對軌道電路的分流作用小，未能將軌道區(qū)段完全分路，造成機(jī)械室內(nèi)軌道繼電器仍會接收到信號電流勵磁吸起，控制臺相應(yīng)區(qū)段未顯示占用紅光帶或列車通過遺留綠光帶。

根據(jù)《普速鐵路信號維護(hù)規(guī)則》，在軌道區(qū)段分路最不利處利用0.06Ω 標(biāo)準(zhǔn)分路電阻線分路時，軌道繼電器應(yīng)可靠落下，工頻交流軌道電路分路殘壓應(yīng)不大于2.7V，25Hz 軌道電路分路殘壓應(yīng)不大于7.4V，否則確認(rèn)該區(qū)段為分路不良區(qū)段。

1.2 軌道電路分路不良原因

軌道電路分路不良，主要是由于鋼軌軌面銹蝕、軌面清潔不良、列車輪對生銹以及輕車跳動導(dǎo)致[3-4]，具體如下：

1.2.1 鋼軌軌面銹蝕。鐵路站場部分線路，由于列車不經(jīng)常通過，鋼軌被列車碾壓次數(shù)少，造成鋼軌軌面銹蝕，列車壓入該區(qū)段后輪對不能起到有效的分路作用，軌道繼電器未能正確落下。

1.2.2 軌面清潔不良。鐵路專用線、貨運(yùn)線等特殊線路以及列車制動撒沙，鋼軌軌面清潔不良，列車與鋼軌間不能有效接觸造成接觸電阻大，軌道電路未完全分路。

1.2.3 列車輪對生銹。機(jī)車、車輛因長時間股道停留造成列車輪對生銹，不能起到分流作用，軌道繼電器勵磁吸起，控制臺股道顯示空閑，股道內(nèi)保留車丟失。

1.2.4 輕車跳動。軌道車、自輪運(yùn)轉(zhuǎn)車列因軸重輕，在線路上運(yùn)行時跳動造成輪對與鋼軌軌面接觸不良，軌道繼電器時吸時落，控制臺相應(yīng)區(qū)段遺留綠光帶。

1.3 軌道電路分路不良影響

軌道電路分路不良會造成軌道區(qū)段占用不顯示、車列未出清區(qū)段道岔錯誤轉(zhuǎn)換、進(jìn)路信號錯誤開放，導(dǎo)致信號聯(lián)鎖失效嚴(yán)重，危及行車安全[5-6]。

計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖中“三點(diǎn)”檢查，即列車占用本區(qū)段、列車占用下一區(qū)段、列車出清本區(qū)段可以有效的解決因軌道電路分路不良而造成的車列未出清區(qū)段道岔錯誤轉(zhuǎn)換、進(jìn)路信號錯誤開放的問題。而列車占用不顯示是軌道電路分路不良管控的難點(diǎn)，同樣危害也最為嚴(yán)重。

1.3.1 運(yùn)行列車丟車不顯示。列車運(yùn)行在分路不良區(qū)段，因特殊原因造成列尾脫鉤，車列停留區(qū)段不顯示占用。

1.3.2 保丟車列占用不顯示。保留車列在分路不良區(qū)段停留，因輪對分路作用失效，保留車列占用區(qū)段不顯示。

2 計(jì)軸器監(jiān)測原理

2.1 計(jì)軸器監(jiān)測工作原理

計(jì)軸器監(jiān)測包括室外設(shè)備、室內(nèi)設(shè)備兩部分。室外設(shè)備由車輪傳感器、電子檢測器、連接電纜組成；室內(nèi)設(shè)備由計(jì)軸主機(jī)、繼電器組成[7-9]，如圖1。

圖1 計(jì)軸器檢測組成

計(jì)軸器監(jiān)測是通過安裝于軌道區(qū)段兩端的計(jì)軸點(diǎn)對車軸通過時產(chǎn)生的脈沖信號計(jì)數(shù)與比對來確認(rèn)軌道區(qū)段占用與出清。每個計(jì)軸點(diǎn)交錯設(shè)置兩組車輪傳感器，在列車輪對通過時，由于電感、互感作用使其磁場發(fā)生變化，產(chǎn)生輪軸脈沖信號，且由于兩個車輪傳感器交錯設(shè)置，產(chǎn)生的軸脈沖信號在時間上先后不同，滿足有先有后的重疊特征，以此可以判斷輪對是駛?cè)雲(yún)^(qū)段還是駛出區(qū)段，如圖2。

圖2 車輪傳感器脈沖信號

當(dāng)列車出發(fā)，車輪進(jìn)入輪軸傳感器作用區(qū)時，微機(jī)開始計(jì)軸，輪對經(jīng)過傳感器磁頭時，開始計(jì)數(shù)同時判定運(yùn)行方向，確定對軸數(shù)是累加還是遞減計(jì)數(shù)。如果未計(jì)有進(jìn)入?yún)^(qū)段的輪軸數(shù)，說明區(qū)段空閑，沒有列車在運(yùn)行；如果計(jì)有進(jìn)入?yún)^(qū)段的輪軸數(shù)，而離去區(qū)段尚未計(jì)有輪軸數(shù)，說明區(qū)段內(nèi)正有列車在運(yùn)行，區(qū)段被占用；如果離去區(qū)段的輪軸數(shù)等于進(jìn)入?yún)^(qū)段的輪軸數(shù)，即減軸運(yùn)算結(jié)果為0，說明區(qū)段內(nèi)沒有遺留車輛，列車已出清區(qū)段；如果離去區(qū)段的輪軸數(shù)不等于進(jìn)入?yún)^(qū)段的輪軸數(shù)，即減軸運(yùn)算的結(jié)果不為0，說明區(qū)段內(nèi)遺留車輛。

2.2 計(jì)軸器監(jiān)測短板

計(jì)軸器監(jiān)測不受道床電阻、軌面狀態(tài)影響，可以有效的解決因分路不良或道床漏泄給列車運(yùn)行帶來安全隱患的問題。但計(jì)軸器監(jiān)測易受金屬等其它因素干擾，有時無法正確反映區(qū)段的占用與空閑。

2.2.1 在軌道區(qū)段空閑時，金屬物品經(jīng)過輪軸傳感器切割磁場產(chǎn)生脈沖信號，向微機(jī)傳送軸脈沖，微機(jī)記錄進(jìn)入?yún)^(qū)段的輪軸數(shù)，系統(tǒng)認(rèn)為有列車或車列進(jìn)入，軌道區(qū)段顯示占用。

2.2.2 在軌道區(qū)段占用時，金屬物品經(jīng)過輪軸傳感器切割磁場產(chǎn)生脈沖信號，向微機(jī)傳送軸脈沖，微機(jī)記錄離去區(qū)段的輪軸數(shù)，且最終離去區(qū)段累積的輪軸數(shù)等于進(jìn)入?yún)^(qū)段的輪軸數(shù)，系統(tǒng)認(rèn)為列車或車列已全部出清，軌道區(qū)段顯示空閑。

3 視頻監(jiān)控技術(shù)的應(yīng)用

針對計(jì)軸器監(jiān)測易受金屬等其它因素干擾，無法正確反映區(qū)段占用與空閑的問題，提出將視頻監(jiān)控應(yīng)用于計(jì)軸監(jiān)測，基于圖像檢測識別，對列車輪對進(jìn)行識別判斷，同時以TAZⅡ計(jì)軸系統(tǒng)[10]為設(shè)計(jì)案例，改進(jìn)計(jì)軸軌道繼電器驅(qū)動電路，減少外界因素干擾造成計(jì)軸器監(jiān)測非正常占用或出清。

3.1 視頻監(jiān)控技術(shù)應(yīng)用原理

在軌道區(qū)段各個計(jì)軸點(diǎn)位置加裝攝像頭，對計(jì)軸點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控。在計(jì)軸點(diǎn)兩組車輪傳感器磁場先后被切割產(chǎn)生有效的輪軸脈沖信號時，視頻監(jiān)控系統(tǒng)對磁場切割物進(jìn)行識別比對，確認(rèn)是否為列車、車列輪對經(jīng)過，是則輸出驅(qū)動信號，驅(qū)動計(jì)軸主機(jī)內(nèi)計(jì)軸板處理分析輪軸脈沖信號。計(jì)軸板根據(jù)輪軸信號相位確定列車運(yùn)行方向并統(tǒng)計(jì)經(jīng)過計(jì)軸點(diǎn)車輪軸數(shù)，輸出軌道區(qū)段的占用/空閑信息至輸出板，進(jìn)而驅(qū)動計(jì)軸繼電器GJ 動作。同時在25Hz 相敏軌道電路中納入計(jì)軸繼電器接點(diǎn)，軌道區(qū)段的占用/空閑與計(jì)軸器監(jiān)測的占用/空閑共同區(qū)段二元二位繼電器GJR 動作，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)軌道區(qū)段占用/空閑信息的控制。如圖3。

圖3 視頻監(jiān)控技術(shù)應(yīng)用原理

3.2 基于視頻技術(shù)的TAZⅡ計(jì)軸電路改進(jìn)

3.2.1 TAZⅡ計(jì)軸系統(tǒng)工作原理

列車輪對占用車輪傳感器時輸出有效車輪信號經(jīng)線纜傳計(jì)軸放大板放大驅(qū)動車輪傳感繼電器S1、S2 勵磁吸起后，斷開CL 電路，CL 繼電器失磁落下，S1、S2 繼電器勵磁吸起與CL 繼電器失磁落下共同構(gòu)成CLH 繼電器勵磁條件，CLH 勵磁吸起。

列車輪對完全通過車輪傳感器時，計(jì)軸板運(yùn)算單元開始計(jì)算列車通過軸數(shù)，同時軸數(shù)表示繼電器Oc1、Oc2被驅(qū)動吸起，溝通Oc3 勵磁電路，Oc3 勵磁吸起。

同時，計(jì)軸板Ⅰ、Ⅱ運(yùn)算單元對列車通過軸數(shù)進(jìn)行獨(dú)立運(yùn)算，計(jì)算一致則驅(qū)動BRKDN 繼電器勵磁吸起。

計(jì)軸器監(jiān)測系統(tǒng)主機(jī)在CL 繼電器、Oc3 繼電器、BRKDN 繼電器吸起以及CLH 繼電器落下條件任何一個不滿足時，輸出驅(qū)動占用信息，計(jì)軸軌道繼電器失磁落下。

軌道區(qū)段出清過程相關(guān)繼電器動作順序與占用過程相反，在列車輪對完全通過車輪傳感器時，計(jì)軸板區(qū)段軸數(shù)為零，Oc1、Oc2 繼電器落下、Oc3 繼電器吸起，計(jì)軸板Ⅰ、Ⅱ運(yùn)算單元計(jì)算一致BRKDN 繼電器勵磁吸起，同時車輪傳感器磁場無輪對切割，繼電器S1、S2 失磁落下，驅(qū)動CL 繼電器勵磁吸起后，CLH 繼電器失磁落下。此時，滿足在CL 繼電器、Oc3 繼電器、BRKDN 繼電器吸起以及CLH 繼電器落下條件，軌道區(qū)段輸出出清信息，計(jì)軸軌道繼電器勵磁吸起。

各繼電器電路具體可參考《基于計(jì)軸系統(tǒng)的軌道電路棕光帶故障分析探討》[10]。

3.2.2 基于視頻技術(shù)的TAZⅡ計(jì)軸電路改進(jìn)

針對車輪傳感器因受金屬物品或其他干擾而導(dǎo)致計(jì)軸板錯誤計(jì)數(shù)，計(jì)軸監(jiān)測主機(jī)占用、出清信息錯誤輸出的問題，將視頻監(jiān)控系統(tǒng)于計(jì)軸點(diǎn)輪對識別應(yīng)用。

在車輪傳感器磁場被切割產(chǎn)生輪軸脈沖信號時，車輪傳感器繼電器S1-1、S1-2、S2-1、S2-2 勵磁吸起后，驅(qū)動磁場切割繼電器CCQG 勵磁吸起，如圖4、圖5。

圖4 S1、S2 繼電器驅(qū)動電路

圖5 CCQG 繼電器勵磁電路

CCQG 勵磁吸起后驅(qū)動視頻監(jiān)控系統(tǒng)對磁場切割物進(jìn)行識別判斷，輸出0-5V 的方波電平。在頻監(jiān)控系統(tǒng)確認(rèn)為列車、車列輪對分路時則輸出5V 的高電平電壓，同時驅(qū)動視頻繼電器SPJ 勵磁吸起，如圖6。

圖6 SPJ 驅(qū)動電路

將SPJ 繼電器前接點(diǎn)納入CL 繼電器勵磁電路中，視頻監(jiān)控系統(tǒng)判斷為列車、車列輪對占用分路時，SPJ 繼電器勵磁吸起，溝通CL 繼電器勵磁電路，CL 繼電器勵磁吸起，CLH 繼電器失磁落下，計(jì)軸主機(jī)計(jì)軸板開始接收分析輪軸脈沖信號，并根據(jù)輪軸信號相位確定列車運(yùn)行方向并統(tǒng)計(jì)經(jīng)過計(jì)軸點(diǎn)車輪軸數(shù)，輸出軌道區(qū)段的占用/空閑信息，如圖7。

圖7 基于視頻技術(shù)的CL 繼電器勵磁電路

4 結(jié)論

基于計(jì)軸器監(jiān)測廣泛應(yīng)用于軌道電路分路不良管控，其穩(wěn)定運(yùn)行攸關(guān)行車安全和行車效率。本文針對現(xiàn)有計(jì)軸器監(jiān)測易受外界干擾而導(dǎo)致軌道區(qū)段占用、空閑錯誤判斷的問題，提出將視頻監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用于軌道電路計(jì)軸器監(jiān)測系統(tǒng)，利用圖像監(jiān)測技術(shù)對列車輪對實(shí)時監(jiān)測、識別分析，準(zhǔn)確判斷軌道區(qū)段是否為列車、車列占用或出清。