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1、2/2003 CHINESE RAILWAYS中 国 铁 路21机车信号主体化课题组：北方交通大学运输自动化科学技术研究所， 北京， 1 0 0 0 4 4摘 要：从站内电码化、轨道电路制式、低频信息定义和机车信号车载系统设备等方面，分析影响机车信号主体化的因素， 提出解决影响机车信号主体化因素的具体措施。关键词：机车信号；主体化；站内电码化；轨道电路制式；车载系统设备影响机车信号主体化的 因素及解决措施主体化机车信号是由车载信号设备和地面信号设备构成的系统。 我国既有线上的机车信号是在以地面信号为行车凭证，机车信号为辅助信号的技术规范下产生和发展起来的。既有线机车信号主体化是一个复杂的系统工
2、程， 需要研究地面和车上的问题，也需要研究维护、管理等问题。既有线的机车信号向主体化机车信号发展，存在一些具体问题。本文结合多年来数字化通用式机车信号在全路大量推广工作的经验和本课题的研究工作， 对机车信号主体化因素进行了归纳、分析，并针对具体问题提出相应的解决措施。1 站内电码化的信号连续性问题1 . 1 站内轨道电路与发码设备的结合方式鉴于我国用于站内检查列车占用、出清、轨道完好的站内轨道电路是不带信息内容的， 不具备向机车信号传输信息的能力， 为使机车信号在站内能接收到信息， 就需要在站内轨道电路的基础上增设发码设备， 向机车信号发送信息，即站内电码化。我国站内轨道电路主要采用4 8 0
3、 轨道电路（非电化区段）和 2 5 H z相敏轨道电 路 ， 机 车 信 号 主 要 采 用 移 频 、U M 7 1 、交流计数制式。站内轨道电路与机车信号发码设备不同的结合方式， 以及不同制式的发码设备构成了种类较多的电码化方式。1 . 1 . 1 切换方式根据发码继电器接通的时机不同，切换方式可分为以下 2 种。（1 ）固定切换方式。当列车压入站内轨道电路区段后， 轨道继电器落下， 发码继电器吸起， 发码设备向轨道电路传输机车信号信息。 当列车驶入下一个轨道电路区段时， 发码继电器落下， 恢复到原轨道电路状态。 为防止由于人工短路轨道电路所带来的影响， 采用两点检查的方式， 即确认列车从
4、上一个区段（轨道继电器落下） 驶入本区段， 发码继电器才吸起。这种电码化方法又称为三点式检查。（2 ）脉动切换方式。为了简化电码化的控制条件， 站内轨道电路区段开始发码到终止发码不需要三点检查， 实现列车占用某轨道电路区段， 轨道继电器落下，发码设备向轨道电路传输机车信号信息，列车出清本轨道电路区段， 轨道继电器吸起， 发码设备停止向轨道电路传输机车信号信息。目前，站内4 8 0 轨道电路和移频机车信号结合时较多采取这种方式。当某轨道电路区段轨道继电器落下后，便接通传输继电器电路，传输继电器接通的是脉动负电源。 其接通时间为 4 . 2 s ，断开时间为传输继电器停0 . 6 s ， 使传输继
5、电器呈脉动， 接通时将机车信号发码设备接向轨道， 断开时将站内轨道电路发送、 接受设备接向轨道。当该轨道电路空闲后，轨道电路终止发码，恢复到调整状态。此种工作状态的结果是脉动发码， 即发送4 . 2 s 移频信息， 停0 . 6 s ， 造成机车信号信息不连续。电码化采用切换方式， 实际是占用发码方式，列车驶入轨道电路区段，向轨道发码，由于轨道继电器落下， 发码继电器吸起等需要时间而延迟，造成机车信号信息中断。图1 是对站内脉动发码移频电码化区段机车信号“闪灯”问题分析的波形。如图1 所示， 脉动移频的发码方式是发4 . 2 s 间断0 . 6 s ， 如第2 行波形。 当列车通过绝缘节时信号
6、又将被间断1 次，用车上磁记录仪测得其间断时间为0 . 6 2 . 0 s ， 如第3 行波形。技术创新中 国 铁 路2/2003 CHINESE RAILWAYS22图 1 站内脉动发码移频电码化区段机车信号“闪灯”问题分析图 2 交流计数绿码的3 种码型图 3 交流计数黄码的3 种码型过绝缘节的信号间断可能随机地落在4 s 移频的中间， 又由于站内岔区轨道电路可能较短， 列车提速后通过时间缩短。因此，车上接收到的信号存在脉动移频本身的间断， 又可能同时频繁地因过绝缘节而被中断，如第3 行波形，从而影响车上的接收。1 . 1 . 2 叠加方式提速后， 要求机车信号连续不间断地接收信息， 采用
7、切换方式实现电码化已不能满足安全性的要求。因此，出现了叠加方式。发码时将轨道电路与机车信号发码设备通过电器隔离设备并接在一起。 叠加方式根据发码的时机不同， 又分为占用叠加方式和预先叠加方式。( 1 ) 占用叠加方式。当轨道电路被占用后， 机车信号发码设备发出的信息与轨道电路的信息是以叠加的方式向车上发送。 机车信号设备在股道内能够收到连续的信息， 但列车通过轨道绝缘节时信息仍有中断。（2 ）预先叠加方式。当某轨道电路被占用后， 列车进路中下一轨道电路由叠加方式预先接通机车信号发码设备，并发出信息，保证列车通过绝缘节时机车信号设备收到的信息也是连续的。京九线最先采用叠加发码方式，正线电码化采用
8、预先叠加方式， 侧线仅采用股道电码化。因此，采用的是占用叠加方式。哈大、武广线也采用了此种方式。 预先叠加方式较好地解决了发送信号的电气连续性问题。1 . 2 解决站内机车 信号连续接收信息 的措施（1 ） 取消占用发码和脉动发码方式。（2 ）在已完成自动闭塞改造的提速区段，逐步将正线占用发码方式改造为预先叠加发码方式， 侧线股道采用占用叠加发码方式。（3 ） 将要进行自动闭塞改造的提速区段，正线采用预先叠加发码方式，侧线股道采用占用叠加发码方式。（4 ）提速区段逐步安装信号微机监测系统， 加强对站内电码化发送设备的监测。采取上述措施后， 较好地消除了机车信号的闪白灯现象。2 站内电码化的安全
9、性问题目前 ,由于各种站内电码化信号从室内发出后，没有再被接收回来进行完全的闭环检测，虽然现有的电码化设备具有一些检测功能，但这种检测仅是对信号发送源的检测，不能严格保证传输到钢轨上的信号正确。 此外， 站内电码化还存在邻 线 干 扰 的 问题。因此，站内电码化方式所发出的信号不能作为主体化机车信号的信号源，也不能作为行车凭证。为了使机车信号在站内实现主体化，站内应采用与自动闭塞区间同类的轨道电路，将包含有机车信号所需信息的调制信号发送到钢轨上，再从钢轨接收回来形成闭环检测。在站内采用U M 7 1 或移频轨道电路时，应解决相应制式轨道电路的邻线干扰问题。3 轨道电路制式的问题3 . 1 交流
10、计数制式的轨道电路存在的 问题（1 ） 应变时间或信息量不适应主体化要求。（2 ）交流计数码型不一致。交流计数码型有3 种 ： 传统的交流计数、 微电子交流计数、7 5 H z “电码盒”交流计数。 图2 、 3 分别描述了交流计数绿码和黄码的3 种不一致的码型。通用式机车信号需要兼容所有 3种码型，这对信号的严格接收不利。（3 ） 交流计数的低频干扰。 2 5 H z交流计数易受到低频干扰的影响。 低频干扰的现象可以在半自动闭塞的无影响机车信号主体化的因素及解决措施 机车信号主体化课题组技术创新2/2003 CHINESE RAILWAYS中 国 铁 路23码区段检测到。产生低频干扰的原因与
11、钢轨磁性、列车速度有关。通用式机车信号通过调整交流计数在无码变有码时的波形识别程序来解决此类干扰问题，但由于机车信号与干扰信号非常相似，系统仍然存在一定的隐患。3 . 2 移频制式的轨道电路存在的问题 ( 1 ) 邻线干扰。 在相邻线路的轨道电路之间存在着相互干扰， 在一些特殊情况下， 本线上的运行机车信号能收到邻线轨道电路发送的信息。 这种现象称为机车信号邻线干扰。目前， 我国机车信号邻线干扰现象主要有：站内电码化采用的正线电码化和侧线股道电码化， 列车侧线出站， 从出站信号机到反向进站信号机之间没有机车信号信息。当正线有车，列车由侧线出站时，机车信号应该由绿灯变为白灯， 但是由于邻线干扰，
12、机车信号由绿灯变为红黄灯。为防止邻线干扰， 目前应用的通用式机车信号采用了上、下行开关，有效地防止了上、下行的邻线干扰，但对于同方向的邻线干扰无法克服。在站内存在着同方向运行的相邻区段，在有两个方向进站的车站，接近区段存在着同方向运行的相邻区段；在有两个方向出站的车站，离去区段存在着同方向运行的相邻区段。在这些同方向运行的相邻区段， 当本线的轨道电路发送设备故障， 邻线有车的情况下， 本线上的机车信号有可能接受到邻线的信息， 造成机车信号错误显示， 甚至可能出现机车信号升级现象。机车信号邻线干扰现象都是在一些特殊的情况或多个条件下才产生的， 出现机车信号邻线干扰现象非常偶然， 但是一旦特殊情况
13、或多个条件具备，就可能造成机车信号错误显示、超速防护设备误动，甚至可能出现机车信号升级现象， 威胁列车运行安全。 作为主体机车信号不容许存在威胁运行安全的隐患。目前， 机车信号邻线干扰现象偶然出现在国产移频轨道电路区段上。主要原因是信号的频率较高， 轨道电路长度较长， 轨道电路入口端和出口端的短路电流相差太大， 机车信号接受灵敏度非常高。非电化区段移频8 5 0 H z 的最小短路电流为 2 7 m A ，机车信号接受灵敏度为 4 . 5 m V ；电化区段移频 8 5 0 H z 的最小短路电流为6 6 m A ，机车信号接受灵敏度为 1 0mV。在引进的法国的 T V M 4 3 0设备中
14、也有上下行开关，说明 U M 7 1 轨道电路考虑了邻线干扰的问题。U M 7 1轨道电路的信号频率虽然比国产移频轨道电路要高， 由于采取了加补偿电容的措施， 轨道电路入口端和出口端的短路电流相差不大，机车信号接受灵敏度较低。 2 6 0 0 H z 的最小短路电流为4 5 0 m A ， 机车信号接受灵敏度为1 0 0m V 。因此，在 U M 7 1 轨道电路的运用区段还没有发现因邻线干扰造成机车信号错误显示的情况。( 2 ) 机车信号的二次接收。 当一个闭塞分区被列车分路，且后续列车冒进红灯信号进入同一闭塞分区时，如果后续列车能够接收到前方列车分路后的残留信号，则此现象称为机车信号的二次
15、接收。后续列车距前方列车的距离称为机车信号的二次接收长度。由于二次接收的信号有可能是前方的允许信号， 因此二次接收现象不安全。 我国自行研制的有绝缘及无绝缘轨道电路在多次测试中， 都发现存在二次接收现象， 二次接收长度达数百米， 这是国产移频制式在实现机车信号主体化时较难解决的问题之一。产生二次接收现象的原因与邻线干扰的产生原因相同，均是由于轨道电路入口端和出口端的信号幅度相差较大、 机车信号接受灵敏度高引起的。3 . 3 解决的措施（1 ） 站内轨道电路是最容易发生邻线干扰的地方。 而站内机车信号电码化地面发送设备的发送功率大小没有检查，发送功率普遍偏大，且发送设备是否存在故障， 在地面得不
16、到检查，这样容易造成邻线干扰。因此应结合微机监测系统安装电码化的监测设备，控制发送功率，及时发现电码化发送设备故障，并及时排除故障，减少产生邻线干扰的条件。（2 ） 邻线干扰和机车信号的接收灵敏度密切相关。 国产电气化区段移频和非电气化区段移频的最小短路电流和机车信号接收灵敏度都有很大差别。 1 8 信息无绝缘轨道电路发送功率比电气化区段移频轨道电路大， 最小短路电流也比电气化区段移频轨道电路的最小短路电流大，按电化区段设置机车信号接收灵敏度，邻线干扰的可能性增大。如果按 1 8 信息无绝缘轨道电路的最小短路电流，再提出一个机车信号接收灵敏度标准，移频机车信号接收灵敏度就有3 个标准。如同机车信号信息定义不同一样，不同的移频有不同的机车信号接收灵敏度，通用式机车信号则难以通用。这个问题目前还没有引起足够的重视，一旦各种移频在我国铁路大量安装使用，由于机车信号接收灵敏度的问题发生邻线干扰而造成机车信号错误显示，将危及行车安全。这时再统一移频机车信号的接收灵敏度为时已晚。 因此， 需要进一步研究解决我国不同移频轨道制式下最小钢轨短路
