铁路信号动态检测技术

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浅谈铁路信号动态检测技术

李 晶

（兰州交通大学自动化与电气工程学院， 甘肃兰州 730070）

摘要：铁路信号动态检测技术已经在世界范围内得到了广泛的认可和应用，对于信号设备的维护和维修起着重要作用。本文主要介绍了国内外信号动态检测技术的应用现状，并以TJDX-2000A系统为例说明信号动态检测系统的工作原理、设备结构及主要功能。TJDX-2000A系统可以对轨道电路的传输特性、补偿电容的工作状态、应答器位置及报文等进行综合测试，是一种高效的检测手段。

关键词：信号动态检测技术；轨道电路；补偿电容；应答器

Abstract: Railway signal dynamic detection technology has been widely recognized and

applied in the world. It plays an important role for the maintenance and repair of signal equipment. This paper mainly introduces the application status of the signal dynamic detection technology at home and abroad. At present, TJDX-2000A signal dynamic detection system has been used in our country generally. In this paper, it describes the principle、structures of equipment and main function of this system in brief. TJDX-2000A signal dynamic detection system can complete comprehensive tests, including: the transmission characteristics of the track circuit, the working status of the compensation capacitor, the balise location and more. Signal dynamic detection technology is an efficient means of railway signal infrastructure testing.

Key words: Signal dynamic detection technology; tract circuit; compensation capacitor; balise.

铁路通信信号系统是改善铁路运营管理、提高运输效率和质量、保证行车安全的重要手段。然而随着世界铁路的快速发展，铁路运输密度和运输速度大幅度的提高，对铁路信号控制系统提出了更高的要求，同样地，也对信号维修水平提出了更高的要求。

传统的主要依靠信号工区的信号工人使用便携式信号检测仪器仪表对基础设施进行维护的信号维修模式已经越来越不能满足高速铁路的发展要求。尤其是第六次大提速以来，大量电务新设备、新技术的上道使用，如ZPW-2000A无绝缘轨道电路、CTCS2列控系统地面应答器等设备、闭环电码化、主体化机车信号等，这些设备的运用质量和工作状态直接影响着列车行车的安全与效率。面对双重的设备维护压力，信号维修必须改变传统的维修模式，将更多的精力放在设备应用状态的检测及实时监控上，以提高设备维护维修水平。

铁路信号动态检测技术就是在这些背景之下应运而生的一种融合了计算机技术、传感技术、GPS定位技术、数字分析技术等多种技术的一种信号设备的检测手段。它以单一功能的电务检测车和在世界范围内比较受推崇的高速综合检测列车为载体，通过定期的、频繁的上道运行，有针对性地发现信号设备应用和维护中存在的隐患与问题，与各部门紧密配合，及时、高效的调整设备工作状态使其始终处于最佳运用状态，确保行车安全。

1. 国内外信号检测技术的应用现状

日本、法国、德国和意大利等世界高速铁路发达国家，都在使用综合检测列车作为保障行车安全的检测工具，运用综合检测列车已成为铁路基础设施检测的发展趋势。而信号检测

是综合检测列车的一个重要组成部分，对铁路信号基础设备的维护维修起着十分重要的作用。

表1 世界各国信号动态检测技术应用情况举例

国家 日本 法国 德国 意大利 中国 中国 投入使用年份 2002年 2006年 2001年 2001年 2006年 2008年 速度（km/h） 275 320 100 220 200 250

名称 East—i高速综合检测列车 Iris 320高速综合检测 GeoRail-Xpress综合检测列车 “阿基米德”高速综合检测列车 CRH2—010高速综合检测列车 0号高速综合检测列车 1.1 国外信号检测技术的应用

1.1 .1 日本的East-i高速综合检测列车 日本“Dr. Yellow”系列综合检测车，为新干线铁路安全运营40年发挥了重要作用。2002年由东日本铁路公司研制的East-i新干线电气轨道综合检测列车（i意为检查、智能、综合）正式投入使用，最高检测速度达到275 km／h。East-i综合试验车系统结构如图1所示。

图1 East-i新干线电气轨道综合检测列车系统结构

1号车：信号检测系统、通信检测系统、接触网检测系统； 2号车：电力系统检测装置； 3号车：电力数据处理室；

4号车：轨道检测系统、轨道数据处理室； 5号车：多目标试验、测量电源装置； 6号车：电力系统检测装置； 7号车：信号检测系统；

日本综合检测列车的信号检测系统分别安装在1号和7号车厢内。它可以适用于3种不同的轨道电路制式，分别为：

（1）音频级AF轨道电路：在ATC区间所使用的信号载频处于500～3000 Hz的轨道电路。在车站之间，它既是ATC信号的传递通道， 同时又用于区间有无列车占用的检测； （2）ATS线路； （3）ATC线路。

1.1.2 意大利阿基米德号高速综合检测列车 阿基米德号是一列6辆编组的综合检测列车，2001年交付使用，最高检测速度220 km／h，具有检测轨道几何参数、钢轨断面、钢轨波浪磨耗、接触网、通信、信号、车体和轴箱加速度、轮轨作用力等功能。

1.1.3 法国Iris320高速综合检测列车

Iris320是法国国铁(SNCF)研制的高速综合检测列车，2006年6月12日正式亮相，检测速度为320 km／h，最高检测速度可以达到350 km／h。Iris320是10辆编组的TGV动车组(二动八拖)改造而成。

由于各国铁路都有其独特性，信号设备所采用的制式也存在比较大的差异，所以信号检测系统也都是针对各国实际情况而开发和使用的。

1.2 国内信号动态检测技术的发展与现状

中国对于信号动态检测设备的研制开始于80年代中期，经历了：由分散式仪表— 单扳计算机—单片机—工作站—网络测试；由单一测试项目—综合测试项目；由非智能测试—智能化测试；由单机运行—组网运行的发展过程。

现在全路得到普遍应用的是TJDX-2000A信号动态检测系统。截止2008年，大部分铁路局电务检测车、铁道部电务检测车、CRH2—010高速综合检测列车以及0号高速综合检测列车等车辆都安装了这套系统。TJDX-2000A信号动态检测系统通过对故障设备的综合定位、多次检测的资料积累与分析，建立各级数据库等方式来指导现场维修、提高设备运用质量、提高生产劳动效率、保证运输安全。

2. TJDX-2000A信号动态检测系统的工作原理

2.1 综合数据采集 2.1.1 感应信号的处理

由机车感应线圈引入的信号首先进入信号调理单元，通过滤波、数据合成和DSP数据分析，形成通带、主信号、邻线路、邻区段、干扰等信号，再利用频谱分析技术对主信号进行数字处理，计算出信号幅度、频率、载频以及低频信号，并给出信号的点灯信息。实现对轨道电路传输特性和频率特性的检测与分析。

2.1.2 显示开关量的处理

从机车引入的机车信号点灯电压，经光电隔离、电平转换后输入单片机，与频谱分析出的低频电灯信号合成，形成信号显示的数据，并经继电器电路输出。实现对机车信号运用质量的检测与分析。

2.1.3 速度里程的处理:GPS接收，轴头脉冲，里程坐标

GPS由接受天线、放大、译码、定位和RS232接口组成，通过串行端口送给单片机，经处理给出精度、纬度、速度及相关信息，定位车站、信号机坐标位置。

轴头速度传感器将车轮行驶所形成的位移转换为电脉冲，由单片机计算出列车移动的速度。

2.1.4 路况的处理

电子陀螺输出的信号，经过数字滤波（低通）后，送给乘法器进行合成，修正后的数据与计算机中保存的工务线路曲线库、桥梁库、隧道库等统一描绘在图形中，为系统提供路况信息。

2.2 补偿电容数据采集

由信号发送设备及发送传感器、信号检测设备及接受感应器等组成。信号发送设备及信号检测设备安装在机车或车辆内，发送传感器安装在垂直轨面上端的车辆底部，接受传感器安装在车辆底部位于两规条中间上方。具体结构如图2所示。

检测车运行在轨道上，当经过轨道电路补偿电容上方时，由车辆轮对和钢轨以及补偿电容构成的电磁回路对发送传感器发射的信号产生电磁感应，其磁场强度发生的变化被接受感应器取回，再利用计算机进行分析。实现对轨道电路补偿电容的动态检测。

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图2 TJDX-2000A信号动态检测系统组成示意图

1．系统机柜 2. 点式应答器车载天线 3. 补偿电容接收传感器 4. 补偿电容发射传感器 5. 速度传感器 6. I端、II端接线盒 7. GPS卫星天线

2.3 点式应答器数据采集

由车载天线、查询主机以及连接电缆组成。接收天线安装在车辆底部，查询主机安装于检测机柜中、通过连接电缆连接，查询主机与数据处理主机通过RS485通信。具体结构如图2所示。

运行中车载天线不断地向地面发送信号，，当经过地面应答器时，应答器被激活并将存储在其内部的报文数据传送给查询主机，查询主机接收到报文后进行解码并将解码后的数据发送给数据处理主机。实现对点式应答器数据的采集。

3. TJDX-2000A信号动态检测系统的主要功能

3.1 对轨道电路传输特性的检测内容

（1）轨道电路传输的入口电压、出口电压、最低电压、最高电压、衰减率、平顺分析； （2）移频轨道电路的载频、低频和频谱； （3）电气化区段的邻线路干扰、邻区段等。

3.2 对轨道电路补偿电容的检测内容

轨道电路补偿电容的工作状态以及位置（不能准确测量具体数值）。 根据现场实践证明，轨道电路的补偿电容是否完整直接影响轨道电路的调整状态。通常情况下，一个轨道区段内，补偿电容断1处时，轨道电路接收器输入端电压会下降；断2处时，已不满足轨道电路调整状态的技术标准(V ≥240 mV)；段3处以上时，可能会造成轨道继电器落下。当道床电阻达不到要求或雨雪天潮湿情况下，补偿电容断一处便有可能造成通过信号机显示红灯，影响列车正常运行。因此，轨道电路的补偿电容的工作状态直接影响着行车安全。

3.3 对点式应答器及其报文的检测

点式应答器工作状态（有/无）、链接关系及位置；报文核对（根据录入的应答器报文与接收到的报文进行比对分析）。

3.4 对车载ATP的监测

专业检测人员对复试的车载ATP的各项内容进行监测。 列车运行控制相关信息反映了车载ATP的工作状态，可有助于对车载ATP的运行状态和其他检测数据的分析与判别。

4.总结

利用铁路信号动态检测技术可以定期的对高速铁路和部分既有铁路线路的信号设备进行监测，使线路基础设施维护方式从被动式维护方式向预防性维护方式转变。通过对设备的实时检测、数据分析以及对测试信号的准确定位，进而给出相应区域的信号设备应用状态和维护水平的综合测试报告。

铁路信号动态检测技术的实际应用满足了现场技术人员对信号设备运用质量的动态检查和跟踪分析要求。针对性的发现信号设备应用与维护中存在的问题后，可以通过比较完善的通信传输网络将检测数据实时地传递给相关的各级职能部门，避免过度维修和过期维修，大大的提高信号设备的运用质量，为实现状态修和预防修提供可靠依据和有力支撑，最终实现对基础设施的良性资产管理，达到高安全、低成本的运营管理要求。

参考文献

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北京：中国铁道出版社： 2005.

论文形式：硕士小论文 第一作者简介： 姓名：李晶 出生年份：1984年 籍贯：宁夏 民族：汉族 学历：硕士研究生

学校：兰州交通大学自动化与电气工程学院

专业：交通信息工程及控制

工作经历：铁科院基础设施检测中心电务检测部信号检测员（2006年-2008年） 联系电话：13910915859/15117099565

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