CN108974046A - 一种计轴轨道电路系统 - Google Patents

Abstract

一种计轴轨道电路系统包括计轴室外设备、计轴室外设备、轨道电路室内设备和轨道电路室外设备以及连接室内设备与室外设备的轨道电路信号电缆，还包括在车轮传感器与计轴主机间依次设置的放大调制单元、室外隔离器、室内隔离器、解调单元；轨道电路信号电缆同缆传输计轴载频信号和轨道电路信号。与轨道电路信号和计轴信号分别在各自信号电缆上传输，节约成本、降低施工难度；计轴和轨道电路独立工作，对同一区段内的列车情况进行检查，信号在同一线路上传输而互不干扰，各自输出区段的空闲或占用信息，解决道床电阻过低，轨道电路无法正常调整以及各种类型机车或动车组在区间分路不良问题。

Description

一种计轴轨道电路系统

技术领域

本发明属于铁路信号系统技术领域，特别涉及一种将计轴和轨道电路结合为一体的计轴轨道电路系统。

背景技术

钢轨划分为若干区段，列车调度依据每个区段的空闲或占用情况，为列车安排进路，信号系统控制列车的行进。通常铁路信号系统用轨道电路或计轴系统检查列车的位置情况，判断区段是空闲或占用，给联锁系统提供行车条件。两种系统的工作原理互不相同，各有优缺点，其中轨道电路能够检测断轨等。计轴系统相对于轨道电路具有一下特点：适用于道床状态差、道床泄漏电阻过低的轨道区段；可以检测钢轨生锈及轻车情况下的轨道区段占用/空闲；可以避免轨道电路由传输距离的限制而设置的多个轨道电路；不需要绝缘节等。

如图1所示，为现有技术轨道电路的原理框图，包括以下组成部分：发送器，用于产生高稳定性、高精度移频信号；接收器，用于接收发送器通过传输通道送来的信号；防雷电缆模拟网络，于发送器端和接收器端各设置一个，电缆模拟网络一般按0.5、0.5、1、2、2、2×2KM设置为六段，用于对轨道电路信号电路（即SPT 数字信号线缆）进行补偿，总的补偿长度为10KM，在电缆模拟网上中安装防雷模块，对电缆模拟网络作雷电防护；SPT数字信号线缆即轨道电路信号电缆，用于连接室内外设备；匹配变压器，于发送器端和接收器端各设置一个，一般条件下，按0.25~1Ω/KM道碴电阻设计，实现轨道电路与SPT数字信号匹配连接；绝缘节，由空心电感SVA和调谐单元并联构成，用于通过规定频率的信号阻止并阻止其它相应频率信号通过，在功能上实现相邻轨道电路的电气隔离，钢轨用绝缘节划分为若干区段，两个绝缘节间的钢轨区间为一个区段；两条钢轨组成的传输通路，在必要时在两条钢轨间并联补偿电容，根据通道传输参数和低道碴电阻情况，考虑补偿电容的容量，使传输通道趋于阻性，确保轨道电路良好的传输性能。当接收器接收到发送器发来的信号时，表示该区段没有列车，轨道电路输出区段空闲的信号；当接收器未接收到发送器发来的信号时，表示该区段有列车或者故障，轨道电路给出区段占用的信号。

目前，轨道电路有ZPW-2000系列轨道电路，该类型轨道电路在工程应用中，出现了很多问题。如道床电阻过低，轨道电路无法正常调整；另外，还出现各种类型机车或动车组在区间分路不良问题。针对轨道电路固有的问题，采用计轴系统可以有效解决。由于两种系统工作原理不相信同，用计轴系统解决上述轨道电路的问题需要重新铺设计轴信号电缆，但是重新铺设计轴电缆的难度和工程造价是难以接受的。现有技术计轴系统无法共用轨道电路信号电缆。

发明内容

本发明针对现有技术存在问题，提供一种能将轨道电路与计轴系统相结合，轨道电路和计轴系统共用现有轨道电路信号电缆，实现信号同缆传输的计轴轨道电路系统。

本发明技术方案为：一种计轴轨道电路系统，包括计轴系统和轨道电路，所述计轴系统包括用于检测列车车轮并产生直流电压脉冲信号的车轮传感器和计轴主机；所述轨道电路包括轨道电路室内设备和轨道电路室外设备，以及连接轨道电路室内设备和轨道电路室外设备的轨道电路信号电缆，其特征在于：还包括在所述车轮传感器与计轴主机间依次设置的放大调制单元、室外隔离器、室内隔离器、解调单元；所述放大调制单元，用于将车轮传感器产生的直流电压脉冲信号放大和调制成适合轨道电路信号电缆传送的计轴载频信号；所述室外隔离器，用于将计轴载频信号加载到轨道电路信号电缆上并隔离计轴载频信号进入轨道电路室外设备，以及隔离轨道电路信号进入计轴室外设备；所述轨道电路信号电缆同缆传输计轴载频信号和轨道电路信号；所述室内隔离器，用于将计轴载频信号从轨道电路信号电缆分离并阻止计轴载频信号进入轨道电路室内设备，以及隔离轨道电路信号进入计轴室内设备；所述解调单元，用于将分离出的计轴载频信号还原为直流电压脉冲信号并提供给计轴主机处理。

本发明进一步技术方案是：还包括直流电源模块、设置于室内隔离器中的电源合成电路和设置于室外隔离器中电源分离电路；所述直流电源模块用于为计轴室外设备提供直流电源；所述电源合成电路用于加载直流电源至轨道电路信号电缆；所述轨道电路信号电缆用于传输直流电源；所述电源分离电路从轨道电路信号电缆上分离直流电源并传输给计轴室外设备；所述室外隔离器和室内隔离器中还设置有隔离直流电源进入轨道电路室内设备和轨道电路室外设备的隔直单元。

本发明进一步技术方案是：所述室外隔离器中设置有第一计轴移频电路，用于将计轴载频信号从所述放大调制单元加载到轨道电路信号电缆上传输并隔离轨道电路信号进入计轴室外设备；所述室内隔离器中设置有第二计轴移频电路，用于将计轴载频信号从轨道电路信号电缆分离传输到解调单元并隔离轨道电路信号进入计轴室内设备。

本发明进一步技术方案是：所述室内隔离器中还设置有隔离计轴载频信号进入轨道电路室内设备的计轴高频隔离电路。

本发明进一步技术方案是：所述室外隔离器中还设置有隔离计轴载频信号进入轨道电路室外设备的计轴高频隔离电路。

本发明进一步技术方案是：所述隔直单元为串联在轨道电路信号电缆上的隔直电容。

本发明进一步技术方案是：所述第一计轴移频电路包括第一电容、第一电感和 第二电感；第一电容与第一电感并联后一端接室外轨道电路信号电缆，另一端与第二电感连接，所述第二电感的另一端接放大调制单元；所述第二计轴移频电路第一电容、第一电感和第二电感；第一电容与第一电感并联后一端室内接轨道电路信号电缆，另一端与第二电感连接，所述第二电感的另一端接解调单元。

本发明进一步技术方案是：所述电源合成电路包括第三电感和第二电容；第三电感的一端与第二电容的一端并联后连接室内轨道电路信号电缆，第三电感的另一端连接直流电源模块，第二电容的另一端连接解调单元；所述电源分离电路包括第三电感和第二电容；第三电感的一端与第二电容的一端并联后连接轨道电路信号电缆，第三电感的另一端连接放大调制单元，第二电容的另一端连接放大调制单元。。

本发明进一步技术方案是：所述计轴高频隔离电路包括第一谐振电路和第二谐振电路；所述第一谐振电路串联在轨道电路室内设备或轨道电路室外设备前的轨道电路信号电缆上，由第四电感与第四电容并联构成，所述第二谐振电路串联在轨道电路室内设备或轨道电路室外设备前的轨道电路信号电缆上，由第五电感与第五电容并联构成。

本发明进一步技术方案是：计轴载频频率选择为30KHz和36KHz。。

本发明的积极效果在于：将计轴直流脉冲电压信号调制成计轴载频信号，通过室外隔离器加载在轨道电路信号电缆上传输，室内隔离器分离出计轴载频信号并还原为计轴直流电压脉冲信号，计轴载频信号和轨道电路信号在同一轨道电路信号电缆上传输，与轨道电路信号和计轴信号分别在各自的信号电缆上传输，大大节约成本和降低施工难度；计轴系统和轨道电路可以同时独立工作，对同一区段内的列车情况进行检查，信号在同一线路上传输而互不干扰，各自输出区段的空闲或占用信息，能够解决道床电阻过低，轨道电路无法正常调整以及各种类型机车或动车组在区间分路不良问题。此外，计轴室外设备所用的电源，也通过室内隔离器加载到轨道电路信号电缆送传输给室外计轴设备使用，实现计轴信号、计轴室外设备用电源，、轨道电路信号在同一电缆上传输，进一步降低成本和施工难度。

下面将结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

附图说明

图1为现有技术轨道电路原理框图。

图2为本发明系统原理框图。

图3为本发明室外隔离器结构框图。

图4为本发明室内隔离器结构框图。

图5为本发明系统的一个实施例原理图。

具体实施方式

本发明计轴轨道电路系统原理框图如图2所示，一种计轴轨道电路系统包括计轴系统和轨道电路，所述计轴系统包括用于检测列车车轮并产生直流电压脉冲信号的车轮传感器和计轴主机；所述轨道电路包括轨道电路室内设备和轨道电路室外设备，以及连接轨道电路室内设备和轨道电路室外设备的轨道电路信号电缆计轴系统包括有室外设备和室内设备。

所述计轴系统可分为计轴室外设备和计轴室内设备，计轴室外设备包括车轮传感器和放大调制单元，计轴室内设备包括计轴主机和解调单元。所述轨道电路室外设备包括匹配变压器、调谐单元和SVA，轨道电路室内设备包括防雷电缆模拟网络、发送器和接收器。轨道电路室外设备和轨道电路室内设备由轨道电路信号电缆连接。

本发明计轴轨道电路系统还包括在所述车轮传感器与计轴主机间依次设置的放大调制单元、室外隔离器、室内隔离器、解调单元。

在钢轨上安装用于检测列车车轮的车轮传感器。车轮传感器内设置有两个感应单元，当列车的车轮经过车轮传感器时，两个感应单元先后分别感应产生直流电压脉冲信号。在钢轨旁设置放大调制单元连接车轮传感器，对车轮传感器产生的直流电压脉冲信号进行处理并调制，把直流电压脉冲信号调制成适合轨道电路信号电缆传输的计轴载频信号，且调制后的计轴信号载频频率和轨道电路1700~2600Hz的载频在频段上区分开，防止不同频段间的干扰。

参考图2和3所示，所述室外隔离器连接室外轨道电路信号电缆、轨道电路室外设备和放大调制单元连接，所述放大调制单元连接车轮传感；所述室外隔离器用于将计轴载频信号加载到轨道电路信号电缆上并隔离计轴载频信号进入轨道电路室外设备，以及隔离轨道电路信号进入计轴室外设备。参考图2和图4所示，所述室内隔离器设置连接轨道电路信号电缆、轨道电路室内设备和解调单元连接，所述解调单元连接计轴主机；所述室内隔离器用于将计轴载频信号从轨道电路信号电缆分离并隔离计轴载频信号进入轨道电路室内设备，以及隔离轨道电路信号进入计轴室内设备。室内隔离器将计轴载频信号从轨道电路信号电缆中分离出来，分离出来的计轴载频信号送到解调单元，所述解调单元中的解调电路还原出来的直流电压脉冲信号，解调单元连接计轴主机，由计轴主机对信号进行处理。

在轨道电路信号电缆与匹配变压器间串联接入室外隔离器，用于将计轴载频信号加载到轨道电路信号电缆上并隔离计轴载频信号进入轨道电路室外设备，以及隔离轨道电路信号进入计轴室外设备。即轨道电路信号被隔离不能通过室外隔离器进入到放大调制单元，放大调制单元调制后的计轴载频信号能通过室外隔离器进入轨道电路信号电缆；计轴载频信号被隔离不能通过隔离器到匹配变压器，轨道电路信号则能通过室外隔离器到达匹配变压器。

在轨道电路信号电缆与雷电缆模拟网络间串联设置室内隔离器，用于将计轴载频信号从轨道电路信号电缆分离并隔离计轴载频信号进入轨道电路室内设备，以及隔离轨道电路信号进入计轴室内设备。即室内隔离器仅允许计轴载频信号送给解调单元，隔离轨道电路信号传送到解调单元；从发送器经防雷电缆模拟网络送出的轨道电路信号能通过隔离器于轨道电路信号电缆传输，计轴载频信号被隔离不能通过室内隔离器进入防雷电缆模拟网络。

在所述的解调单元中设置有计轴载频解调电路，解调后还原为计轴的直流电压脉冲信号、并送给计轴主机处理。计轴主机依据区段内车轮计入和计出情况，判断区段内是否有车辆，并给出区段占用或空闲的信号。

将计轴信号调制后在轨道电路信号电缆上传输至室内，然后解调出来给计轴主机处理，实现了计轴信号与轨道电路信号同缆传输，大大节省了成本和施工难度。计轴系统和轨道电路可以同时独立工作，对同一区段内的列车情况进行检查，信号在同一线路上传输而互不干扰，各自输出区段的空闲或占用信息，能够解决道床电阻过低，轨道电路无法正常调整以及各种类型机车或动车组在区间分路不良问题。

本发明进一步技术方案，还包括直流电源模块、设置于室内隔离器中的电源合成电路和设置于室外隔离器中电源分离电路；直流电源模块用于为计轴室外设备提供直流电源；电源合成电路用于加载直流电源至轨道电路信号电缆；轨道电路信号电缆用于传输直流电源；电源分离电路从轨道电路信号电缆上分离直流电源并传输给计轴室外设备；室外隔离器和室内隔离器中还设置有隔离直流电源进入轨道电路室外设备和轨道电路室内设备的隔直单元。计轴室外设备的所用电源通过轨道电路信号线缆传输。

如图4所示，在所述的解调单元内部集成了产生直流电源的直流电源模块，以及在所述的解调单元或室内隔离器中设置将直流电源和计轴载频信号混合在一起的电源合成电路，混合后的直流电源和计轴载频信号在同一轨道电路信号电缆上传输。所述的直流电压模块也可以设置在室内隔离器中，室内隔离器中的电源合成电路也可以设置在解调单元中，直流电源和电源合成电路具体设置在哪个模块中，可以依据实际情况确定。所述的室内隔离器中串联设置第二隔直单元，隔离直流电压进入防雷电缆模拟网络。

如图3所示，所述的室外隔离器上设置了直流电源与计轴载频分离的电源分离电路，分离后的直流电源用于给计轴室外设备供电。室外隔离器的电源分离电路也可以设置在放大调制单元中，电源分离电路设置位置可以依据实际情况确定。所述室外隔离器中设置有第一隔直单元，用于隔离直流电源送到匹配变压器。

如图5所示，所述的室外隔离器中设置有将计轴载频信号从放大调制单元加载到轨道电路信号电缆上传输并隔离轨道电路信号的第一计轴移频电路；所述室内隔离器中设置有隔离轨道电路信号并将计轴载频信号从轨道电路信号电缆分离，然后传输到解调单元的第二计轴移频电路。所述第一计轴移频电路允许计载频信号从放大调制单元传输至轨道电路信号电缆，并隔离阻止轨道电路信号传输至放大调制单元，所述第二移频电路允许计轴载频信号从轨道电路信号电缆传输至调制单元，并阻止隔离轨道电路信号传输至调制单元。

如图5所示，所示的第一隔直单元或第二隔直单元为直流隔直电容C，隔直电容C的容量选择为50uF，隔直电容C串联在匹配变压器与轨道电路信号电缆间，隔离直流电源到达匹配变压器，隔直电容串联在轨道电路信号电缆与防雷及模拟网络之间，隔离直流电源进入防雷电缆模拟网络。

如图5所示，所述电源合成电路由第三电感L3和第二电容C2构成，第三电感L3与第二电容C2的一端并联后形成公共端轨道电路信号电缆，第三电感L3的另一端连接解调单元中的直流电源模块，第二电容C2的另一端连接解调单元中设置的解调电路，第二电容C2=10uF，第三电感L3=20mH。第三电感L3用于通过直流电源并隔离阻止计轴载频信号通过，第二电容C2用于通过计轴载频信号并隔离阻止直流电源通过。

如图5所示，所述的第一计轴移频电路与第二计轴移频电路电路原理及结构相同，由第一电容C1与第一电感L1并联后一端连接轨道电路信号电缆，另一端与第二电感L2串联，在室内隔离器中的第二电感L2的另一端连接解调单元的解调电路，在室外隔离器中的第二电感L2的另一端连接放大调制单元的调制电路。第一电容C1与第一电感L1组成并联谐振电路，其频率选择与计轴载频频率相对应，用于通过计轴载频信号，其中第一电感L1=100mH，第一电容C1=63.3nF，第二电感L2用于阻止隔离轨道电路信号通过，其中第二电感L2=292uH。

如图5所述，所述计轴高频隔离电路包括第一谐振电路和第二谐振电路；所述第一谐振电路串联在轨道电路室内设备或轨道电路室外设备前的轨道电路信号电缆上，由第四电感L4与第四电容C4并联构成，所述第二谐振电路串联在轨道电路室内设备或轨道电路室外设备前的轨道电路信号电缆上，由第五电感L5与第五电容（C5）并联构成。

所述室内隔离器包括有计轴高频隔离电路，一端连接轨道电路信号电缆，另一端连接轨道电路室内设备（防雷电缆模拟网络）。第一谐振电路由第四电感L4和第四电容C4并联构成谐振电路，用于阻止隔离计轴载频信号通过并允许轨道电路信号通过（1700和2000HZ信号），其中第四电感L4=0.5mH，C5=32nF；第二谐振电路由第五电感L5与第五电容C5并联构成谐振电路，阻止隔离计轴载频信号通过并允许轨道电路信号通过（2300和2600HZ），其中第五电感L5=0.5mH，第五电容C5=32nF；两个谐振电路串联在轨道电路信号电缆与防雷电缆模拟网络间，阻止计轴载频信号通过，分别通过不同频率（1700,2000,2300,2600HZ）的轨道电路信号。

所述室外隔离器包括有计轴高频隔离电路，一端连接轨道电路信号电缆，另一端连接轨道电路室外设备（匹配变压器），其电路结构原理与室内计轴高频隔离电路相同，用于阻止隔离计轴载频信号通过到达匹配变压器，轨道电路信号能通过到达匹配变压器。可以将匹配变压器的参数做适当设置，去掉室外隔离器中的高频隔离电路，匹配变压器阻止隔离计轴载频信号通过。

如图5所示，解调单元包括直流电源模块和解调电路，直流电源模块用于产生直流电源并连接室内隔离器中设置的电源合成电路的电感电感L3，通过轨道电路信号电缆给计轴室外设备提供电源，解调电路还原计轴载频信号为计轴直流电压脉冲信号，提供给计轴主机处理。

如图5所述，放大调制单元包括直流电源电路和放大调制电路，直流电源电路连接室外隔离器中的电源分离电路的电感L3，为室外设备提供电源；放大调制电路将车轮传感器送来的直流电压脉冲信号进行放大和调制为计轴载频信号，由室外隔离器经轨道电路信号电缆送至室内处理。

根据以往的现场测试表明，牵引电流中的谐波含量总体分布上是随着频率的升高而降低的。轨道电路信号频率选择在1700~2600Hz时，谐波对轨道电路的影响在可接受范围内。

对于计轴的载频而言，有来自外界的辐射干扰和牵引的高次谐波，除此之外还有来自轨道电路发送器中的功放失真引起的谐波。为避开能量较高的高次能量范围，计轴的载频频率尽量选择较高的频率。选择f01=30KHz和f02=36KHz（为区别计轴轨旁两个磁头产生的脉冲信号）计轴载频频率。

本发明所述的轨道电路信号电缆为SPT数字信号电缆，当然，也可以选择任何适合轨道电路信号传输的电缆。

Claims (10)

1.一种计轴轨道电路系统，包括计轴系统和轨道电路，所述计轴系统包括用于检测列车车轮并产生直流电压脉冲信号的车轮传感器和计轴主机；所述轨道电路包括轨道电路室内设备和轨道电路室外设备，以及连接轨道电路室内设备和轨道电路室外设备的轨道电路信号电缆； 其特征在于：

还包括在所述车轮传感器与计轴主机间依次设置的放大调制单元、室外隔离器、室内隔离器、解调单元；

所述放大调制单元，用于将车轮传感器产生的直流电压脉冲信号放大和调制成适合轨道电路信号电缆传送的计轴载频信号；

所述室外隔离器，用于将计轴载频信号加载到轨道电路信号电缆上并隔离计轴载频信号进入轨道电路室外设备，以及隔离轨道电路信号进入计轴室外设备；

所述轨道电路信号电缆同缆传输计轴载频信号和轨道电路信号；

所述室内隔离器，用于将计轴载频信号从轨道电路信号电缆分离并隔离计轴载频信号进入轨道电路室内设备，以及隔离轨道电路信号进入计轴室内设备；

所述解调单元，用于将分离出的计轴载频信号还原为直流电压脉冲信号并提供给计轴主机处理。

2.根据权利要求1所述计轴轨道电路系统，其特征在于：

还包括直流电源模块、设置于室内隔离器中的电源合成电路和设置于室外隔离器中电源分离电路；

所述直流电源模块用于为计轴室外设备提供直流电源；

所述电源合成电路用于加载直流电源至轨道电路信号电缆；

所述轨道电路信号电缆用于传输直流电源；

所述电源分离电路从轨道电路信号电缆上分离直流电源并传输给计轴室外设备；

所述室外隔离器和室内隔离器中还设置有隔离直流电源进入轨道电路室外设备和轨道电路室内设备的隔直单元。

3.根据权利要求1或2所述计轴轨道电路系统，其特征在于：

所述室外隔离器中设置有第一计轴移频电路，用于将计轴载频信号从所述放大调制单元加载到轨道电路信号电缆上传输并隔离轨道电路信号进入计轴室外设备；

所述室内隔离器中设置有第二计轴移频电路，用于将计轴载频信号从轨道电路信号电缆分离传输到解调单元并隔离轨道电路信号进入计轴室内设备。

4.根据权利要求3所述计轴轨道电路系统，其特征在于：所述室内隔离器中还设置有隔离计轴载频信号进入轨道电路室内设备的计轴高频隔离电路。

5.据权利要求4所述计轴轨道电路系统，其特征在于：所述室外隔离器中还设置有隔离计轴载频信号进入轨道电路室外设备的计轴高频隔离电路。

6.根据权利要求3所述的计轴轨道电路系统，其特征在于：所述隔直单元为串联在轨道电路信号电缆上的隔直电容（C）。

7.根据权利要求3所述计轴轨道电路系统，其特征在于：所述第一计轴移频电路包括第一电容(C1)、第一电感(L1)和 第二电感（L2）；第一电容(C1)与第一电感(L1)并联后一端接室外轨道电路信号电缆，另一端与第二电感（L2）连接，所述第二电感（L2）的另一端接放大调制单元；

所述第二计轴移频电路第一电容(C1)、第一电感(L1)和 第二电感（L2）；第一电容(C1)与第一电感(L1)并联后一端室内接轨道电路信号电缆，另一端与第二电感（L2）连接，所述第二电感（L2）的另一端接解调单元。

8.根据权利要求2所述计轴轨道电路系统，其特征在于：

所述电源合成电路包括第三电感（L3）和第二电容（C2）；第三电感（L3）的一端与第二电容（C2）的一端并联后连接室内轨道电路信号电缆，第三电感（L3）的另一端连接直流电源模块，第二电容（C2）的另一端连接解调单元；

所述电源分离电路包括第三电感（L3）和第二电容（C2）；第三电感（L3）的一端与第二电容（C2）的一端并联后连接轨道电路信号电缆，第三电感（L3）的另一端连接放大调制单元，第二电容（C2）的另一端连接放大调制单元。

9.根据权利要求4所述计轴轨道电路系统，其特征在于：所述计轴高频隔离电路包括第一谐振电路和第二谐振电路；

所述第一谐振电路串联在轨道电路室内设备或轨道电路室外设备前的轨道电路信号电缆上，由第四电感（L4）与第四电容（C4）并联构成，所述第二谐振电路串联在轨道电路室内设备或轨道电路室外设备前的轨道电路信号电缆上，由第五电感（L5）与第五电容（C5）并联构成。

10.根据权利要求1所述的计轴轨道电路系统，其特征在于：计轴载频频率选择为30KHz和36KHz。