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摘 要：伴随着铁路的快速发展，通信信号技术日新月异，轨道电路作为信号系统的主要设备之一，其作用依然重要。高速铁路开通以来，轨道电路作为信号轨旁设备，综合检测列车一般每月进行2次日常检测，积累了大量检测数据。在此基础上，选取特定区段固定时间的轨道电路检测数据，使用数理统计方法，对轨道电路传输特性参数进行分析，提出可能的发展趋势，为养护维修提供支持，同时为深入开展数据分析打下基础。 关键词：轨道电路；数据分析；动态检测；出入口电压 0 引言目前运营速度300km/h的高速铁路全线采用CTCS-3级列控系统。CTCS-2级列控系统作为降级备用系统满足最高运营速度需求并满足200km/h及以上跨线动车组混合运行要求。在CTCS-3级列控系统中，轨道电路主要功能为：一是轨道占用检查及列车完整性检查；二是将相关地车信息沿轨道进行连续传送。当轨道电路无法完成列车占用检查等功能时，有可能造成列车或调车进路提前错误解锁，从而引起进路中的道岔中途转换，造成列车挤岔、列车脱线或列车侧面冲突等事故，给铁路正常运营带来极大安全隐患，尤其是高速铁路，严重影响运输效率，因此必须保证轨道电路良好的运行状态[1]。 信号动态检测包括轨道电路检测，主要发现轨道电路掉码，轨道电路传输曲线不良，轨道电路邻线、邻区段干扰，50Hz干扰等故障问题。通过每月进行2次动态检测确保及时发现轨道电路可能存在的故障，为行车安全提供保障。对多年日常检测所积累的轨道电路故障问题数据进行分析与总结，为轨道电路维护工作提供支持。 1 轨道电路动态检测原理信号检测随着铁路电气化和微机监测的上线应用而发展。信号动态检测技术研究在国外开展了较长时间，我国的信号动态检测起步于20世纪80年代[2]。 1.1 国内外现状日本和欧洲等铁路发达国家非常重视并持续开展为保障轨道运输行车安全的信号检测理论和方法研究，各国铁路信号制式不同，信号检测系统需要根据本国实际进行开发。 日本东海道新干线开通运营以来，采用DoctorYellow综合检测列车每10d进行一次巡检，检查确认信号系统状态。德国铁路采用漏泄电缆传输信号，以便携检测设备为主要检测工具，只检测查询应答器。法国拥有一辆Heline信号检测车，最高时速160km。意大利主要考虑3种信号制式，“阿基米德号”综合检测列车的信号检测主要进行轨道电路、不平衡回流和车载设备响应等信息测试。 为适应我国铁路快速发展需求，满足机车信号测试需要，自主研制的多辆高速综合检测列车检测系统由轨道电路检测设备、补偿电容检测设备、不平衡回流检测设备、应答器检测系统、ATP信息记录设备、数据处理系统和自诊断系统等组成。主要检测项目包括轨道电路传输特性及频谱特性、补偿电容、不平衡回流、应答器报文信息及位置、CTCS-3ATP系统运行状态等。 1.2 检测原理轨道电路检测原理见图1。轨道电路被列车第一轮对分路，其分路电流信号被STM天线接收形成感应信号，实现了在动态条件下非接触测量轨道电路电压的新技术[3]。  图1 轨道电路检测原理 STM线圈通过电磁感应接收轨道电路钢轨中传输的电流信号，并转换成频率特征相同的电压信号，通过与系统相连接的信号电缆供给检测系统。STM线圈中的感应电动势有效值Erms计算如下：  式中：4.44为常数，与STM线圈的安装高度有关；N为线圈圈数；f为电流信号的频率；Bpk为磁场强度变化率；Aε为磁路截面面积。当STM线圈安装完毕后，以上参数均为固定值，Erms只与轨道电路短路电流值和频率有关。 信号检测系统将采集到的信号通过带通滤波、有效值转换、电平变换等方式最终转换成适合数据处理芯片处理的信号，进行数字滤波，形成主信号、邻线、邻区段、干扰等各自的包络，利用频域分析技术对主感应信号进行数字处理，并将处理结果进行显示、统计、存储。 2 线路故障数据统计分析根据信号动态检测特点，对信号检测数据的分析着重在2方面：一是实时分析，将检测结果对比检测有关标准，判断检测结果是否超限；二是对检测数据进行对比分析和综合分析，对多次检测数据进行跟踪对比分析，发现信号设备工作状态的变化情况，对多个检测项目、检测参数进行综合、关联分析，更加全面地分析设备工作状态或者判断设备问题发生的深层次原因。 轨道电路作为信号动态检测中最重要的检测项目之一，其存在的问题分为失格、临界和干扰3类，其中干扰问题又分为50Hz干扰、邻区段干扰、邻线干扰、邻线邻区段干扰等。失格问题呈现的主要现象是轨道电路信号电压过低，机车接收不到轨道电路信号；临界问题呈现的主要现象是轨道电路传输特性曲线突变、轨道电路感应电压低于检测标准，但尚未引起机车信号、车载ATP等设备工作异常现象发生；干扰问题主要是干扰信号强度高于轨道电路主信号频率强度，可能导致机车信号或车载ATP读取错误信息[4]。 对2011—2016年某高速铁路轨道电路检测故障问题进行统计，未发现影响安全的问题。该高速铁路于2009年底开通运行后，经过1年的磨合期，轨道电路问题数量基本维持在较低水平，且较为稳定。自2013年开始，问题数量呈上升趋势，直至2016年问题数量开始下降。2013—2015年问题数量的波峰反应出其轨道电路设备运行状态处于不稳定期，通过加强设备维护和更新，2017年后轨道电路问题数量再次处于较低的稳定状态（见图2）。  图2 某高速铁路轨道电路问题统计与预测 3 区段出入口电压统计分析对某高速铁路轨道电路问题数量进行宏观分析后，选取部分区段轨道电路传输特性参数进行跟踪分析，从微观角度反映轨道电路设备工作状态。 3.1 历年对比为保证数据的客观性，分别选取该高速铁路所属A铁路局集团公司和B铁路局集团公司管段内区间各2个区段，同时为尽量排除环境对设备参数造成的影响，选择每年同时间段内的检测数据进行分析。主要对轨道电路出口电压和入口电压2项参数进行分析。 （1）A铁路局集团公司管内a、b区段轨道电路。回放2013—2016年每年5月（2014年为6月）检测数据，所选轨道电路区段电压存在如下变化（见图3）：自2013年开始，轨道电路出入口电压出现一定升高，在2014年达到最高值，然后电压发生回落。出入口电压的变化反映出电务段根据现场使用情况对轨道电路参数进行的调整，调高发送电压能够保证轨道电路的正常传输，但提高电压的同时又增加了干扰情况发生的概率。经过现场运行情况及经验总结，能够确定出入口电压的合理范围，即使用相对低的电压既能保证信号的正常传输，又能防止因为电压过高而引起干扰。 为了更加直观地表现轨道电路电压变化，截取a、b区段检测曲线（见图4），结合轨道电路问题统计发现，提高轨道电路发送电压会导致干扰问题增多。 （2）B铁路局集团公司管内c、d区段轨道电路。回放2013—2016年每年5月（2014年8月）检测数据，所选轨道电路区段电压存在如下变化（见图5）：自2013年开始，轨道电路出入口电压出现一定升高，在2014年达到最高值，然后电压发生回落。 结合问题统计发现，2014年干扰问题最多，2015年问题总数与2014年持平，但干扰问题数量减半，说明在发现问题后对轨道电路进行调整，为解决干扰问题而降低干扰区段电压，但导致临界问题产生。c、d区段轨道电路检测曲线见图6。  图3 a、b区段轨道电路出入口电压  图4 a、b区段轨道电路检测曲线 3.2 区段连续变化趋势对选取的轨道电路区段检测数据进行分析，能够了解轨道电路区段总体变化情况，但由于时间跨度较大，无法准确了解轨道电路电压连续变化情况。为分析轨道电路电压连续变化情况，选取B铁路局集团公司管内5个区段，分别为e1、e2、e3、e4和e5，选择2014年7月—2016年10月的检测数据，对入口电压和出口电压数据进行处理后得到图7、图8。  图5 c、d区段轨道电路出入口电压  图6 c、d区段轨道电路检测曲线 从图中可以看到，红圈中为电压抬升后的轨道电路电压，发生时间为2014年7—12月和2015年7—12月，该段时间内轨道电路电压较为平稳。而方框中轨道电路电压变化幅度较明显，发生时间为2014年12月和2015年8月，其他时间段轨道电路较为平稳。根据现场反馈，在对应的时间段对轨道电路电压进行调整。 4 结束语为更好地支持电务养护维修，信号设备检测数据分析尤为重要。通过对历史数据进行分析，能够得出轨道电路电压的变化符合现场反馈，结合现有检测数据，轨道电路数据趋势分析能够客观反映轨道电路的变化，并分析轨道电路电压波动原因等。探究智能化的数据分析方法是今后的重点工作，以提供更加有效、准确、及时的分析结果。若能结合通信信号检测数据，通过联动分析，必将为解决故障问题提供更有效的途径。  图7 不同区段入口电压变化趋势  图8 不同区段出口电压变化趋势 参考文献 [1] 郑伟. 武广高铁分路不良及飞车现象分析探讨[D]. 北京：中国铁道科学研究院，2014. [2] 王卫东. 高速铁路基础设施动态检测技术[M]. 北 京：科学出版社，2017. [3] 贾晨子. 轨道电路参数测量和调整的研究[D]. 北 京：北京交通大学，2007. [4] 孟景辉，于宝庆，杨树忠，等. 信号设备动静态检 测数据融合分析方法[J]. 中国铁路，2015(10)：20-21. Data Analysis of Track Circuit Dynamic Test for High Speed Railway WANG Xiaodong Abstract：With the rapid development of railway, the technology of communication and signaling advances with each passing day. As one of the main equipment for signaling system, track circuit still plays an important role. Since the open of high speed railway, the comprehensive test train has generally made the daily test for twice in each month. And the track circuit has accumulated a lot of test data as the trackside equipment of signaling. On that background, this thesis selects the track circuit inspection data in specified section forfixed time, analyzing the transmission characteristic parameters of track circuit with mathematical statistics. Moreover,it proposes the possible developing trend to provide the support for maintenance and repair. Meanwhile, this thesis will lay the foundation for carrying out the further data analysis. Keywords：track circuit；data analysis；dynamic test；voltage of inlet and outlet |
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