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浅谈移频自动闭塞摘要 移频自动闭塞采用频率调制的方法，把低频信号（FC）搬移到较高频率（载频f0）上，以形成振幅不变、频率随低频信号的幅度作周期性变化的调频信号。将此信号用钢轨作为传输通道来控制通过信号机的显示，达到自动指挥列车运行的目的。关键词 移频 自动闭塞 自动闭塞设备 工作原理移频自动闭塞是以移频轨道电路为基础的自动闭塞。它选用频率参数作为控制信息，采用频率调制的方法，把低频信号（FC）搬移到较高频率（载频f0）上，以形成振幅不变、频率随低频信号的幅度作周期性变化的调频信号。将此信号用钢轨作为传输通道来.控制通过信号机的显示，达到自动指挥列车运行的目的。在移频自动闭塞中，低频信号用于控制通过信号机的显示，而载频f0 (又称中心载频)则为运载低频信号之用，其目的是提高抗干扰能力。移频自动闭塞的载频中心频率f0选为550 HZ、650 HZ、750 HZ和850 HZ四种。在单线区段采用650 HZ和850HZ两种，这是为了防止钢轨绝缘双破损后两相邻轨道电路产生错误动作，所以，相邻的闭塞分区采用了不同的载频。在双线区段，由于上、下行线路之间存在邻线干扰，所以，上行和下行线路也应采用不同的频率，上行线采用650HZ和850HZ；下行线采用550HZ和750Hz。由于电力牵引区段工频牵引电流50HZ的偶次谐波500HZ、600Hz、700HZ、800Hz、900HZ附近，比奇次谐波分量小，对移频信息的干扰也较小，这就提高了移频自动闭塞的抗干扰性能。移频自动闭塞设备的组成以4信息三显示为例，移频自动闭塞系统由电源设备、发送设备、接收设备、执行单元、轨道电路、通过信号机，以及检测盒、报警盒组成。在分散安装方式的移频自动闭塞的区间信号点，电源设备、发送设备、接收设备、执行单元及检测盒、报警盒设在该处的移频箱中，进站信号机前方闭塞分区的发送设备和双线出站口处的接收设备以及它们供电的电源设备则设在车站继电器室内的移频组合架上。1. 电源设备电源设备即电源盒，它从自动闭塞电力线路上接引，供给发送设备和接收设备的电源非电气化区段的电源盒有两种类型，用于区间的电源盒和用于站内的电源盒。2. 发送设备发送设备即发送盒，是移频自动闭塞的信息源，它根据本信号点通过信号机的显示进编码，向前方闭塞分区发送相应的经调制放大的移频信号。在非电气化区段，因中心载频的不同，区间有550HZ、650HZ、750HZ、850HZ四种类型的发送盒，站内有750/650HZ、550/850HZ、650/850HZ三种双发送盒。3. 接收设备接收设备将从钢轨上接收到的移频信号进行解调和译码，选出低频信息，动作执行元件，进而控制本信号点的通过信号机的显示及前方相邻闭塞分区发送盒的低频频率变换电路。在非电气化区段，接收设备包括接收盒和衰耗隔离盒。在分散安装的移频自动闭塞区段，接收盒为有选频接收盒，在集中安装的区段，接收盒还有无选频接收盒。这两种类型的接收盒按中心载频不同。各有550HZ、650HZ、750HZ、850HZ四种。另外还有专门用于第二接近点的20Hz接收盒。4. 通过信号机及轨道电路通过信号机采用三显示色灯信号机。轨道电路为传输移频信号的通道，闭塞分区长度不应大于移频轨道电路的极限长度，若大于其极限长度时，应将轨道电路进行分割，实行移频信息的中继。5. 执行单元执行单元由黄灯继电器、绿灯继电器及灯丝继电器组成，用它们的接点电路来控制发设备编码及构成通过信号机的显示。6. 检测盒及报警盒检测盒用来检测移频电源设备及发送设备工作是否正常。当电源设备、发送设备、接收设备工作不正常及通过信号机灯泡主灯丝断丝时，由报警盒启动向站内报警总机报警，以便得到及时的修复。报警盒只在分散方式的移频自动闭塞中才使用。移频自动闭塞的基本工作原理图1 移频自动闭塞的工作原理下行方向信息传输方向550Hz（5G）750Hz（4G）550Hz（3G）550Hz（1G）750Hz（2G）650Hz850Hz650Hz850Hz650Hz750Hz850Hz移频自动闭塞是以钢轨作为通道，采用移频信号的形式传输低频信号，自动控制区间通过信号机的显示，指示列车运行。 在移频自动闭塞区段，移频信息的传输，是按照运行列车占用闭塞分区的状态，迎着列车的运行方向，自动地向各闭塞分区传递信息的。如图1所示，若下行线有两列列车A、B 运行，A列车运行在lG分区，B列车运行在5G分区。由于lG有车占用，防护该闭塞分区的通过信号机7显示红灯，这时7信号点的发送设备自动向闭塞分区ZG发送以26 HZ调制的、中心载频为750HZ的移频信号。当5信号点的接收设备接收到该移频信号后，使通过信号机5显示黄灯。此时，5信号点的发送设备自动地向闭塞分区3G发送以15 HZ调制的、中心载频为550HZ的移频信号。当3信号点的接收设备接收到该移频信号后，使通过信号机3显示绿灯。同理，3信号点的发送设备又自动地向闭塞分区4G发送以11HZ调制的、中心载频为750HZ的移频信号，当1信号点的接收设备接收到此移频信号后，使通过信号机1显示绿灯。由于续行列车B已进人5G分区，可按规定速度继续运行。如果列车A由于某种原因停在lG分区，由于续行列车进人3G分区时，司机见到5信号机显示黄灯，则应注意减速运行。当续行列车B进入2G分区时，由于信号机7显示红灯，司机开始使用常规制动措施，使列车B能停在显示红灯的信号机的前方。这样，就可根据列车占用闭塞分区的状态，自动改变地面信号机的显示，准确地指挥列车的运行，实现自动闭塞。移频自动闭塞频率参数的选择移频自动闭塞必须具有高抗干扰性能，在最不利条件下应能稳定可靠地工作，在各种干扰情况下均不出现升级显示，因此采用移频键控方式，并合理选择频率参数。也就是说，移频自动闭塞的频率参数和它的抗干扰性能有密切关系。 1.干扰源分析及其防护 在交流电气化区段，主要是牵引电流工频及其谐波干扰，以及邻线干扰及高频电磁波的辐射干扰。在非电气化区段，一般存在电传动内燃机车牵引电机干扰、邻线干扰、高频电磁波辐射干扰以及供电电网接地时50 HZ地干扰。其中，以交流牵引电流所引起的干扰最为严重。 在双线区段，移频信号既是信号源，又是干扰源。如上行线的移频信号，对于下行线即为干扰，称为邻线干扰。邻线干扰一般来说远小于主信号。但如果有渡线，则存在绝缘破损带来的较大干扰。在同一线路上，还存在绝缘破损的干扰。这两种情况的干扰，都是通过璃合或传导方式侵入而形成的干扰，统称为传导干扰。 电磁波的辐射干扰，主要是无线电话引起的，它以辐射或辐射、传导同时存在的传输方式，从设备外壳、输人或输出导线、馈电导线进入设备。对于辐射干扰，采用屏蔽的方法予以防护。对于电气化干扰和邻线干扰，通带(通带宽度400一1000HZ)外的干扰，靠滤波器来防护。通带内的干扰依靠选用合适的制式和频率参数，即提高设备本身的抗干扰能力来防护。 为了提高接收设备的抗干扰能力，必须采取一切措施，降低带内干扰，以提高带内信干比。由于牵引电流的大小与列车密度、牵引吨数和线路坡度有密切关系，不能任意改变，所以降低带内干扰主要从以下方面考虑:1.选择频率参数尽量远离能呈较大的干扰频率，使滤波器对于干扰频率具有足够的防卫度;2.采取措施保证轨道电路的平衡性，严禁接触网铁塔地线及其他地线直接接入钢轨;3.使轨道电路接收端输入阻抗在信号频率时阻抗值最大，其他低端和高端频率时阻抗值较小，为此扼流变压器信号线圈采用并接谐振电容的方式。对于机车信号，为降低干扰电压，机车接收线圈的安装位置应尽量远离机车轮对。 2.自动闭塞频率参数的选择 合理选择频率参数，使得主要干扰能且可用滤波器截除，并可充分提高移频制式的抗干扰能力，以改善接收设备的固有信噪比。接收设备稳定、可靠工作的信噪比越小，其抗干扰能力越强。 移频信号经过通道传输必定引进干扰，为使接收设备在干扰作用下能稳定可靠地工作，一般采用三种方法:1.采用频率分隔，即把信号频率选在干扰频段之外；2.提高信号功率，使信号能量远大于干扰能量；3.既采用频率分隔又适当提高信号功率。由于电力牵引区段不平衡牵引电流的奇次谐波干扰量比较大，难以用信号功率来克服它，所以必须合理选择频率，以便躲开干扰较大的频率，同时又有足够的功率来压服接收设备的带内干扰。 (1)载频中心频率f0的选择 由于牵引电流偶次谐波干扰虽较小，能否将载频选在偶次谐波上呢?对于需要多种低频信息的制式，若将载频选在偶次谐波上，调制系数m(m=f/Fc，为频偏f不和低频调制频率Fc的比)无法增大，而m值较小的移频制式不能充分发挥其抗干扰强的优越性。因此，载频的中心频率f0不宜选在牵引电流的偶次谐波上，而必须选在奇次谐被上。但是用滤波器消除干扰较大的奇次谐波的同时，必然会消除一部分信号能量，使得信号波形产生严重失真，而且也降低移频制式的抗干扰能力。为此，只有合理地选择频率参数，使得移频能谱中的中心频率所占的能量为最小，甚至等于零，就可以使滤波器在消除干扰的同时不会或只会少量消除移频信号的能量。 自动闭塞要求多种信息，要使每个信号频谱中的载频分量均为零是困难的，只能将每一个信息的载频频值选在较小的范围内。载频相对幅值的变化，随m值增加而急剧下降，并遵循余弦函数的变化规律。当m大于6时，P0值小于0.1，即载频0所占的分量非常小。对奇次和偶次边频分量其相对幅值随m值的增加而增大。这说明随着m值的增加，信号能量扩展到较宽的频带中。因此在m较大的情况下，为了不失真地传输移频信号，就要求滤波器必须具有较宽的通带宽度，以曲线使移频信号的主要边带能量通过滤波器。但滤波器通带加宽后，又会增加带内干扰。所以必须根据信息伪数且和通带宽度，综合考虑m参数。对于电气化区段，经过综合分析和比较，确定了五种不同的m值。其中除m=2.742外，P0均较小。这样就为中心频率f0选在工频牵引电流的奇次谐波上提供了有利条件。因为如果中心频率f0的分量较小，则滤波器在截除干扰的同时，不会过多地滤除信号能量。 除上述因素外，载频的选择还要考虑轨道电路长度。载频越高，轨道电路越短。从轨道电路长度不小于2km的原则出发，载频频率不得大于1000 HZ。而另一方面，载频频率越低,扼流变压器和其他电感元件的体积越大；而且奇次皆波的干扰足也相应增加，这又要求滤波器对低端的干扰频率应有较大的防卫度，因而增加了滤波器制造上的困难。为了防止钢轨绝缘破损后相邻轨通电路的错误动作，相邻闭塞分区应采用不同的载频。在双线区段还存在邻线干扰，故上、下行线也应采用不同频率。 根据以上考虑，载频的中心载频选为550 HZ、650 HZ、750HZ、850 HZ。单线区段栗用650 HZ和850 HZ。双线区段，上行线采用650 HZ和850 HZ ，下行线采用550 HZ和750 HZ。 2.低频信号频率FC和频偏f的选择 由于牵引电流基波频率为50HZ，FC应低于50 HZ，但又不能过低, 否则选频放大器在设计和制造上比较困难。在干扰频率为任意值的情况下，如果干扰频率和相邻两个边带会差拍出两个相同的频率，则在该频率上会出现较大的干扰量。又由于移频接收设备采用晶体臂非线性元件，当大信号输人时，放大器有可能在畸变严重的情况下运用。信息频率过高，滤波器的通带宽度将影响鉴频质量，使输出信号产生严重畸变，频率过低，要增加应变时间，也要受到滤波器通带的影响。此外，两相邻的低频信号为易于区分，防止互相串扰，它们之间应有一定的间隔，其比值应大于1.3。 根据以上要求，原4信息移频自动闭塞采用11 Hz 、15Hz、20 Hz、26Hz四种低频频率。 由于列车运行超速防护系统的需要，移频自动闭塞的低频信息必须由原来的4种增加到18种。这只有从三方面来增加信息频率；高端增加信息，中间适当插入若干信息，低端增加信息。当采用分辨率高的数字处理技术时，可在原有信息量之间适当地插入若干信息，但各信息之间不得构成倍频关系，两相邻信息之间的差值不得小于0.5 Hz，对双线邻线中心频率的差频100 Hz不得构成整除关系。 在低端也可以根据上述原则增加信息。 在选择低频信息时应不选用容易混淆而难以识别的信息。 根据这些原则，18信息移频自动闭塞的低频频率曾选用整数频率，为6 Hz,7 Hz,8 Hz,9 Hz,10 Hz,11 Hz,12 Hz,13 Hz,14 Hz,15 Hz,16 Hz,17 Hz,18 Hz,19 Hz,20 Hz,21 Hz,22 Hz,23 Hz,24 Hz,28 Hz 这些频率信息不存在倍频关系，但有几个信息在邻线双边干扰的抗干扰性能上比较差，例如12.5 Hz和2 0Hz。