移频发送器冗余切换设计研究

王立山

（中国铁路沈阳局集团有限公司长春电务段，长春 130051）

1 移频发送器冗余切换设计介绍

在实际应用中，移频发送器包括普速发送器和客专发送器，分别应用在普速轨道电路系统和客专轨道电路系统。二者的冗余切换设计原理基本相同，但在实际应用时采用的设计方式不同，普速发送器采用N+1冗余切换设计方式，客专发送器采用1+1冗余切换设计方式。

移频发送器冗余切换设计原理如图1所示，在用发送器工作条件分别送入两套微处理器CPU1和 CPU2中，CPU1控制移频发生器产生FSK移频信号，CPU1和 CPU2同时回采该信号，并进行频率检测，检测合格后，CPU1和 CPU2通过控制与门允许该信号输出，通过滤波环节转换为正弦波，最后从功放输出，CPU1和 CPU2同时回采功放输出的移频信号，并对移频信号的低频、载频、幅度特征进行检测，检测合格后，CPU1和 CPU2输出动态方波控制安全与门，使在用发送报警继电器FBJ励磁吸起，在用发送器输出的移频信号通过FBJ接点接入信号通道，当在用发送器故障时，FBJ落下，备用发送器通过在用发送器FBJ接点接入信号通道。另外，当发送器输出短路时，经过CPU1和 CPU2自检，会使控制与门关闭10 s，发送器进入休眠保护模式。相对普速发送器，客专发送器增加CPU1和 CPU2对FBJ的回采检测功能。

图1 发送器冗余切换设计原理示意Fig.1 Schematic diagram of the principle of redundant switch design of transmitter

1.1 普速发送器N+1冗余切换设计方式介绍

如图2所示，普速轨道电路的每个区段配备一台在用发送器，现场多台在用发送器设置一台备用发送器热备，通过各在用发送器的FBJ（即发送报警继电器）接点建立冗余切换电路。FBJ是单独的外接继电器，一般安装在现场组合架上，当一台在用发送器故障时，备用发送器通过FBJ接点切入信号通道，替代故障发送器继续工作。

图2 普速发送器N+1冗余切换设计方式Fig.2 N+1 redundant switch design for transmitters of low-speed lines

普速发送器冗余切换设计方式的优点是性价比较高。缺点是多台在用发送器共用一台备用发送器，无法应对多台在用发送器同时故障的情况。

1.2 客专发送器1+1冗余切换设计方式介绍

如图3所示，客专轨道电路的每个区段配备两台发送器，主发送器作为在用发送器接入信号通道，备发送器热备，通过主、备发送器的FBJ（即发送报警继电器）接点建立冗余切换电路，主、备发送器的FBJ均集成在客专轨道电路系统的衰耗冗余控制器内部。当主发送器故障，其FBJ落下，备发送器通过FBJ接点切入信号通道，替代主发送器继续工作。

图3 客专发送器1+1冗余切换设计方式Fig.31+1 redundant switch design for transmitters of

客专发送器冗余切换设计方式的优点是发送器采用1对1的冗余设计方式，可应对多台在用发送器同时故障的情况，相对N+1的冗余切换设计更可靠。缺点是成本较高。

2 移频发送器冗余切换的实际应用

在实际应用时，移频发送器冗余切换设计意义重大：一是在用发送器故障后，备用发送器切入，保障轨道电路系统仍能继续工作，不会瘫痪，避免影响线路运行效率；二是方便工作人员日常维护，发送器冗余机制为工作人员排查和更换故障发送器留下了充足的时间。根据多年移频发送器现场维护经验，本章节将针对移频发送器冗余切换设计存在的经典失效模式进行研究。

2.1 移频发送器软故障问题研究

在用发送器发生故障后，如果未彻底瘫痪，反复重启，可能出现无法稳定切换至备用发送器的情况，会导致闪红光带。下面将针对这种失效模式进行研究分析。

在用发送器故障初期，其内部器件存在故障，但未完全失效，造成在用发送器处于软故障状态，即在用发送器带载工作时，内部器件在高功率下呈现故障状态，导致在用发送器输出短路，自检异常进入休眠保护后停止工作。FBJ落下，在用发送器空载，内部器件在低功率下呈现正常状态，在用发送器自检正常又恢复工作，FBJ又吸起，如此反复，在用发送器无法持续稳定工作，FBJ频繁切换接点，备用发送器无法稳定切入信号通道，此时存在一定几率出现闪红光带。直至在用发送器彻底故障，备用发送器才能稳定切入信号通道。

目前，针对这一问题，设计已进行了优化升级，一是在用发送器出现软故障过程中，FBJ落下后延时10 s才能吸起，这10 s延时完全足够备用发送器稳定切入信号通道，可以有效解决闪红光带问题；二是在用发送器因软故障连续宕机10次后，自动停止工作，只有通过电源断路器重新上电自检正常后才能恢复工作状态，这样在用发送器可迅速切出轨道电路系统，备用发送器及时切入轨道电路系统，保障轨道电路系统可靠工作，无需等待在用发送器彻底瘫痪后自行退出轨道电路系统。这样技术人员就可获取处于软故障状态的发送器进行研究分析，便于观察发送器实时故障状态，找出故障产生的根本原因。

2.2 移频发送器输出断路问题研究

如果在用发送器内部输出断路，可能出现在用发送器自检正常，无法切换至备用发送器的情况，会导致红光带。下面，将针对这种失效模式进行研究分析。

如图4所示，在用发送器内部功出变压器次级线圈输出存在断路点时，会造成在用发送器功出电压没有输出，同时，由于发送器电压回采是通过功出变压器次级一个独立线圈实现的，此时CPU检测到的在用发送器电压回采是正常的，在用发送器自检不认为自身存在故障，不会报警，无法切换至备用发送器，从而引发红光带，需要人工前往现场更换在用发送器后，才能消除红光带。对于交通不便的中继站，这种处理过程耗时较长，影响线路运行效率。

图4 在用发送器内部断路不报警故障示意Fig.4 Diagram for failure to trigger an alarm of open circuit in an operating transmitter

目前此问题尚未解决，其实，设计上可将功出电流纳入移频发送器自检项就可以有效解决这个问题。另外，考虑主用发送器在运用时常态带载，备用发送器在运用时常态空载，没有功出电流，仅在顶替故障主用发送器时才会短时间带载，可以增加外部条件设置区分主用发送器和备用发送器。具体如下：对于主用发送器,设置外部工作条件，告知发送器CPU自身作为主用发送器使用，功出电流纳入自检，主用发送器自检功出电流异常后，FBJ落下，切换至备用发送器，若功出电流出现间歇性恢复，主用发送器自检正常后，FBJ延时10 s才能吸起，连续宕机10次后，主用发送器自动停止工作；对于+1备用发送器,设置外部工作条件，告知发送器CPU自身作为备用发送器使用，功出电流不纳入自检。

3 总结

本文阐述了移频发送器冗余切换设计相关原理和实际应用过程中存在的问题。目前，这方面技术经过多年实践验证和不断优化改进已逐渐趋于成熟，按照发展趋势，以后N+1冗余切换设计将逐步被1+1冗余切换设计取代，1+1冗余切换设计更加安全可靠。