徐明泉
上海局集团公司上海高铁基础设施段 221000
摘要：在高速铁路建设和运营的十年中，也是轨道电路技术发展和自主创新的十年，中国高速铁路建立了适应复杂应用条件的轨道电路系统，解决了绝缘破损信号过区防护、动车组轮轨接触电气分路、大功率机车牵引电流电气化、雷电高频瞬态信号冲击、复杂枢纽多线路并行区段防干扰等诸多技术难题。面向未来应用需求，提出了轨道电路发展的新方向。
关键词：高铁铁路；ZPW-2000；电路技术；发展
1.概述
2003年铁路自动闭塞系统采用ZPW-2000系列轨道线路，为高速铁路建设奠定了基础。截至2018年底，ZPW-2000系列轨道线路已投入运行近3万 km，其安全性、可靠性、环境适应性和可维护性都得到了显著提高，为10年来中国高速铁路的安全稳定、快速发展提供了有力支持。回首十年来高速铁路轨道电路技术的发展，在三个方面取得了显著成绩。第一，装备性能不断提高，安全可靠性达到世界领先水平；第二，环境适应性不断增强，从高温到高寒，从高原到平原，都表现出极强的生命力；第三，智能维护手段不断丰富，基于感知手段，通过模拟模型、设备化，开发了轨道电路监测与诊断系统，使设备维修工作智能化、精准化。
2.近些年取得的成就
1.技术体系标准化
工业发展的基础首先建立技术体系。十年来，在铁路信号领域的设计、研究和开发、建设、维护、管理单位及各高校，共编制完成ZPW-2000型轨道电路相关国家标准2个，行业标准14个，行业检验认证标准7个，国铁集团企业标准11个。
1.1在系统设计方面，编制了高速、铁轨、重载、城际铁路设计规范，涵盖了我国所有铁路运输类型；制定了ZPW-2000型轨道电路系统技术条件和设备标准，规范了整个产品开发和应用过程。
1.2在施工维修方面，高精化完成了高铁、普铁信号工程的施工技术规范和细部工艺质量标准；制定了铁路信号维修规范，建立了施工维修技术标准和业务管理制度。
1.3防雷击电磁兼容与检测方面，在跨学科的基础领域中，参编了1部国家标准、7部行业标准和1部铁矿石集团企业标准，明确了检测技术手段，涵盖全面，方法得当。
1.4线路接口数量多，为确保系统可靠运行，参编了车辆、牵引供电、无砟轨道等方面的国家标准1部，国家铁路总公司2部，实现了对线路接口环境的技术约束。用34条标准凝聚行业共同智慧，构建涵盖全环节的ZPW-2000轨道电路系统技术保障体系。
2.安全管控精细化
将故障安全理念逐步渗透到应用细节，通过提高分路性能、绝缘破坏机车信号越区保护等措施，全面提高高速铁路信号系统的安全性。
2.1提升分路性能
造成恶化的主要原因有高速轮轨接触、磨损减少、断电运行、固定进路等不利因素。多年来的研究、试验表明，该分路电阻值通过较高的轨面电压和足够的短路电流，可以保证在分路要求的范围内。2011年至2012年，通过对车辆轮轨接触电阻非线性击穿特性的研究，确定了分路电阻和轨面最不利条件，并在此基础上发布了轨道电路调整技术方案(V3.0)，目前已在全国6.3万个轨道区段广泛应用，使车辆分路性能比原线路提高2.2倍以上，基本消除了高速惰行状态下区间分路不利现象。
2.2绝缘破损机车信号越区干扰防护
为避免在“绝缘损坏+车载 ATP频段无锁”的情况下，可能发生机车信号升级故障，通过对故障库、车站中途折返等应用场景的分析，设计出绝缘损坏的双层保护方案，研制出相应的保护设备。第一层采用调谐装置实现保护，可保证绝缘损坏后的串入信号得到有效阻断。
对因调谐设备故障而不能在区段占用情况下进行检测，且保护功能消失的情况，需要在股道上设置第二层保护，即补偿调谐设备，对相邻信号具有短路效应，对本区段信号具有等效补偿电容。应用此方案后，跨区机车信号幅度比无保护措施降低95%，安全裕量达到5倍以上，达到故障状态下的安全保护目的。
3.可靠提升全面化
轨道电路系统的可靠性通过提高抗工频干扰能力、防雷击能力、器件可靠性、电磁兼容性、设备冗余能力、施工工艺和生产制造规范等多个方面的综合提高。
3.1牵引电流、谐波干扰防护
在高速铁路上，牵引电流、谐波干扰已成为一个重要因素。在不平衡牵引电流和机车牵引谐波的共同作用下，轨道电路应保证正常运行。牵引力电流不平衡根据技术标准，牵引供电系统可兼容。
3.2防雷性能提升
因为雷击信号可以击穿模拟防雷网的印制板或接线端子，使其通过隔离变压器保护环节向室内内部放电，从而破坏室内电子设备，耦合入人路径。为此制定了改进模拟网盘防雷耦合通道的技术方案，以提高系统在强雷击条件下的可靠性，并于2012年底开始在全路高铁线路上应用。根据该方案，现已完成了6.4万防雷模拟网络盘的优化实施，使ZPW-2000系列轨道电路每年每百公里雷击故障次数从0.036下降到0.0052，有效降低了86%。
3.3器件可靠性提高
铝液电解电容是目前工业领域中广泛使用的一种电容，由于它的经济性、容量和工作电压都很高，在ZPW--2000轨道电路中也得到了广泛应用。经过分析，发现其低温性能较差，等效串联阻抗 ESR较大，工艺要求高，易因干燥而引起寿命限制，是应用中的薄弱环节。为了使 ZPW.-2000型轨道电路在轨道旁的调谐匹配装置中具有4700μ F铝电解电容，要求ZPW-2000型轨道电路能够在200 A不平衡牵引电流作用下可靠、稳定地工作。
抗干扰性是汽车牵引系统的重要组成部分。为避免频带内谐波干扰轨道电路正常工作，对动车组谐波进行了限制，中国采用的动车组均应按规范要求设计。举例来说，工频牵引谐波在1700 Hz频率和+45 Hz频率之间，有效值不能超过0.3 A，持续时间不能超过0.3 s。为了防止不平衡的牵引电流干扰和限制带内工频牵引谐波的干扰，2000型轨道电路采用的技术方案，确保现场使用的可靠性。①对于电解电容容值由4700μ F劣化降至3000μ F以下，但在未影响系统正常工作前，采用反向电路改变试验，利用轨道电路送受端的功率差，促使 ESR的改变。在监测系统中，劣化的电解电容将呈现一条曲线，该方法可以提前识别劣化电容。②以薄膜电容代替电解电容用于新产品：PP薄膜电容偏差，损耗，静电强度。ZPW2000型轨边设备隔直电容稳定性、可靠性及适用性。
4.维修维护智能化
为了实现检修和维护的智能化，我国铁路工作者率先研制出ZPW-2000型轨道电路诊断系统，并研制出电子式轨边设备。在我国高速铁路上首次对大约万种典型轨道电路的传输特性进行了精确分析，模拟误差由5%提高到0.5%。采用模拟分析技术，通过在线实时分析、诊断采集的数据，准确定位区段内11个具体设备，将故障查找时间缩短到10 min以内，大大提高了现场维修效率。Z针对批量工程应用中存在的问题，提出了一种基于机器学习模型的自适应配置算法，并在此基础上研究开发了一种行业级验收检测方法。
结语
ZPW-2000型轨道电路在标准体系、安全可靠性、可维护性等方面都取得了很大的进步，当然还有一些问题有待于进一步完善。面对未来，在“交通强国，铁路先行”的目标指引成为信号系统中的一员，轨道电路作为信号系统需要继续立足于现场应用需求，不断优化、发展、创新，以适应时代发展、解决现实问题为导向，为中华民族的伟大复兴添砖加瓦。
参考文献
[1]杨轶轩，谢文磊，马斌。重载铁路无砟轨道对ZPW-2000A轨道电路传输性能的影响[J].铁路通信信号工程技术，2016，13（3）。
[2]TB10180-2016铁路防雷及接地工程技术规范[S].北京：中国铁道出版社，2016.