ZPWA移频自动闭塞系统原理故障.docx
《ZPWA移频自动闭塞系统原理故障.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《ZPWA移频自动闭塞系统原理故障.docx（45页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
ZPWA移频自动闭塞系统原理故障
ZPW-2000A移频自动闭塞系统原理、故障处理及几点建议
姓名：
王某
学号：
2012035
专业班级：
铁道通信信号
指导老师：
摘要
ZPW-2000A型无绝缘移频轨道电路组成的自动闭塞系统在我国铁路系统已得到广泛应用，其对铁路扩能、提速、提效起着非常重要的作用，是一种具有国际先进水平的新型自动闭塞，在感受它技术先进、性能优越等特点的同时，在日常使用、维护中出现的一系列问题也成为困扰信号维修人员的一大难道，现在铁路是高速度高密度运行，因此一线员工对其工作原理的熟练掌握和快速准确的判断、处理故障则无疑对我国快速发展的铁路有极大的促进作用。
但是其要成为主体化机车信号控车设备，由于其信息量的限制还不能独自担当控车技术的主要设备，要应用在更高运营速度的客运专线时，其设备将必须进一步改进或者优化，本文就此也提出了几点建议。
关键词：
ZPW-2000A；系统原理；故障分析；发展
引言
闭塞是铁路上防止列车对撞或追撞（追尾）的方式，是铁路上保障安全的重要方法。
闭塞设备是用来保证区间或闭塞分区在同一时间内只能运行一个列车，从而保证行车安全，提高行车效率。
然而实际工作中，由于对设备工作原理不清楚，操作不当，不能维修或者维修不熟练，造成设备故障不能及时得到解决，严重威胁行车安全和效率的事时有发生！
因此要想成为一名真正的铁路技术工人必须对各设备工作原理了然于胸，要做好随时能够快速处理各种突发状况的准备，还要能通过日常测试、维护把不安全隐患消灭在萌芽中，这些就使得我们必须对各设备有更深的理解！
第一章ZPW-2000A型无绝缘移频自动闭塞系统概述
ZPW-2000A型无绝缘移频自动闭塞是在法国UM71无绝缘轨道电路技术的引进和国产化的基础上结合国情进行开发的一种自动闭塞制式。
ZPW-2000A型移频自动闭塞是一种新型的自动闭塞，它对于保证区间行车安全，提高区段通过能力，起着非常显著的作用。
ZPW-2000A移频自动闭塞在系统安全性、系统传输性、系统可靠性等方面进行了提高，整个系统在轨道电路的控制下，控制通过信号机的显示，自动地指挥列车通过闭塞分区，从而实现了列车运行的自动化。
在特殊情况下，系统还可以通过一定手段，为反向运行的列车提供运行条件。
系统提供了各种测试端孔，便于维修测试。
系统的核心器材采取冗余方式，发生问题可以自动倒备。
通过抗干扰数字电缆的连接，器材集中放置在机械室，改善了器材的使用环境，提高了器材的使用寿命，便于维修保养。
而且它解决了轨道电路全程断轨检查，调谐区死区长度，调谐单元断线检查，拍频干扰防护等技术难题。
采用单片机和数字信号处理技术，提高了抗干扰能力。
1.1系统特点
（1）保持UM71无绝缘轨道电路整体结构上的优势。
（2）解决了调谐区断轨检查，实现轨道电路全程断轨检查。
（3）减少调谐区分路死区。
（4）实现对调谐单元断线故障的检查。
（5）实现对拍频干扰的防护。
（6）通过系统参数优化，提高了轨道电路传输长度。
（7）提高机械绝缘节轨道电路传输长度，实现与电气绝缘节轨道电路等长传输。
（8）轨道电路调整按固定轨道电路长度与允许最小道碴电阻方式进行。
既满足了1Ω·km标准道碴电阻、低道碴电阻最大传输长度要求，又为一般长度轨道电路最大限度提供了调整裕度，提高了轨道电路工作稳定性。
（9）用SPT国产铁路数字信号电缆取代法国ZCO3电缆，减小铜芯线径，减少备用芯组，加大传输距离，提高系统技术性能价格比，降低工程造价。
（10）采用长钢包铜引接线取代75mm2铜引接线，利于维修。
（11）系统中发送器采用“N+1”冗余，接收器采用成对双机并联运用（0.5+0.5），提高系统可靠性，大幅度提高单一电子设备故障不影响系统正常工作的时间
1.2系统构成
ZPW-2000A闭塞系统主要由室内设备、室外设备、系统防雷三大部分组成。
1.2.1室内设备
由发送器、接收器、衰耗盘、电缆模拟网络等组成。
发送器用于产生高精度、高稳定移频信号源，采用“N+1”冗余设计。
故障时，通过FBJ接至“+1”FS.
接收器为“0.5+0.5”主备使用。
ZPW-2000A型无绝缘轨道电路分为主轨道电路和调谐区短小轨道电路两个部分，并将短小轨道电路视为列车运行前方主轨道电路的所属“延续段”。
“延续段”信号由运行前方相邻轨道电路接收器处理，并将处理结果形成小轨道电路轨道继电器执行条件（XG、XGH）送至本轨道电路接收器，做为轨道继电器（GJ）励磁的必要检查条件（XGJ、XGJH）之一，见下图
综上所述，接收器用于接收主轨道电路信号，并在检查所属调谐区短小轨道电路状态（XGJ、XGJH）条件下，动作本轨道电路的轨道继电器（GJ）。
另外，接收器还同时接收邻段所属调谐区小轨道电路信号，向相邻区段提供小轨道电路状态（XG、XGH）条件。
接收器采用成对双机并联运用方式。
（3）衰耗盘，用于实现主轨道电路、小轨道电路的调整。
给出发送接收故障、轨道占用表示及发送、接收用+24V电源电压、发送功出电压、接收GJ、XGJ测试条件。
（4）电缆模拟网络，通过0.5、0.5、1、2、2、2*2km六节电缆模拟网络，补偿实际SPT数字信号电缆，使补偿电缆和实际电缆总距离为10km。
1.2.2室外设备
（1）电气绝缘节（调谐区）
电气绝缘节由调谐单元（ZW.T1（F1）、ZW.T1（F2））、空芯线圈（ZW.XK1）、设备引接线、及29m钢轨组成。
用于实现两相邻轨道电路间的电气隔离。
（2）机械绝缘节
由“机械绝缘节空芯线圈（ZPW.XKJ）”与调谐单元并接及设备引接线组成，其特性与电气绝缘节相同。
（3）匹配变压器（ZPW.BP）
实现轨道电路与传输电缆的匹配连接（道碴电阻一般在0.25～1.0Ω的情况下）。
（4）补偿电容
根据通道参数兼顾低道碴电阻道床传输，采用分段加装补偿电容方法，在一定程度上减少钢轨电感对移频信号传输的影响，延长（或保证）轨道电路长度；保证轨道电路的传输性能。
（5）传输电缆
ZPW-2000A采用铁路内屏蔽数字信号电缆，其电缆芯线直径为Φ1.0mm，一般条件下，电缆长度按10Km考虑。
（6）设备引接线
采用3600mm、1600mm钢包铜注油线，用于调谐单元、空芯线圈、匹配变压器等设备与钢轨间的连接
1.2.3系统防雷
系统防雷可分为室内和室外两部分
1.室内
（1）一般防护从钢轨引入的雷电信号，包括横向防雷、纵向防雷。
横向：
限制电压在75V、10KA以上。
纵向：
根据设计，一般可通过空心线圈中心线直接接地进行纵向雷电防护。
在不能直接接地时，应通过空心线圈中心线与地间加装横向、纵向防雷元件。
电气化区段考虑牵引回流不畅条件下，出现的纵向不平衡电压峰值，限制电压选在AC500V、5KA以上。
非电气化区段则只考虑50HZ、AC220V电流影响，纵向电压选在AC280V（或AC275V）、10KA以上。
（2）防雷地线电阻要严格控制在10欧姆以下。
（3）对于多雷地区、石质地层的地区，有条件应加装贯通地线。
2.室外
防护由电缆引入的雷电信号。
横向：
限制电压在AC280V、10KA以上。
纵向：
利用低转移系数防雷变压器进行防护。
第二章系统及各设备工作原理
2.1系统工作原理
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。
如下图所示，若下行线有两列列车A、B运行，A列车运行在1G分区，B列车运行在5G分区。
由于1G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2G发送以26.8Hz调制的中心载频为2300Hz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16.9Hz调制的中心载频为17000Hz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显示绿黄灯。
同理，3信号点的发送设备又自动地向闭塞分区4G发送以13.6Hz调制的中心载频为2300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。
1信号点的发送设备会自动向5G发送11.4HZ调制1700HZ的移频信号。
由于续行列车B已进入5G分区，该区段的接收设备接收不到11.4HZ调制1700HZ的移频信号，防护后续区段的信号机点红灯。
道理同1G区段。
此时B车司机可按绿灯显示定速运行。
如果列车A由于某种原因停在1G分区续行列车B进入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，司机使用常用制动措施，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。
ZPW2000A移频自动闭塞的工作原理
2.2各设备工作原理
1、匹配变压器电路图
电路分析
（1）、V1V2经调谐单元端子接至轨道，L1L2经SPT电缆接至室内。
（2）、考虑到1.0Ω·km道碴电阻，并兼顾低道碴电阻道床，该变压器变比优选为9：
1。
（3）钢轨侧电路中，串联接入二个16V，4700μF电解电容（C1、C2）该二电容按相反极性串接，构成无极性联结，起到隔直及交连作用。
保证该设备在直流电力牵引区段运用中，不致因直流成分造成匹配变压器磁路饱和。
（4）F为匹配变压器的雷电横向防护元件。
2、电气绝缘节电路图
电气绝缘节由调谐单元、空芯线圈及29m钢轨组成。
用于实现两相邻轨道电路间的电气隔离，即完成电气绝缘节的作用。
电气绝缘节长29米，在两端各设一个调谐单元（下称BA），对于较低频率轨道电路（1700、2000Hz）端，设置L1、C1两元件的F1型调谐单元；对于较高频率轨道电路（2300、2600Hz）端，设置L2、C2、C3三元件的F2型调谐单元。
“f1”（f2）端BA的L1C1（L2C2）对“f2”（f1）端的频率为串联谐振，呈现较低阻抗（约数十毫欧姆），称“零阻抗”相当于短路，阻止了相邻区段信号进入本轨道电路区段，见图（C）左端（图（b）右端）。
“f1”（f2）端的BA对本区段的频率呈现电容性，并与调谐区钢轨、SVA的综合电感构成并联谐振，呈现较高阻抗，称“极阻抗”（约2欧），相当于开路。
以此减少了对本区段信号的衰耗。
3、补偿电容作用
等效电路
钢轨呈现感性在1700Hz、2600Hz有着甚高的感抗值阻碍了信息的传输为此在钢轨上一段距离内加装有补偿电容见上图。
由于L与C的补偿抵消了钢轨电感，使钢轨呈现阻性并在BB、CC呈现较高的阻抗和较高的电压。
当电容断线故障时由于补偿作用的消失钢轨感性的作用使信号在钢轨上产生较大的衰减，从而降低了接收端电压使系统导向安全。
其补偿原理可理解为将每补偿段钢轨L与电容C视为串联谐振，见下图。
以此在补偿段入口端（A、B）取得一个趋于电阻性负载R。
并在出口端（C、D）取得一个较高的输出电平。
一般载频频率低，补偿电容容量大；最小道碴电阻低，补偿电容容量大；轨道电路只考虑加大机车信号入口电流，不考虑列车分路状态时，电容容量大。
电缆模拟网络
电缆模拟网络按0.5、0.5、1、2、2、2*2km六节对称π型网络，以便串接构成0-10km按0.5km间隔任意设置补偿模拟电缆值。
空芯线圈
电力牵引区段，对于有机械结缘节的轨道电路，采用扼流变压器沟通和平衡牵引电流回流，由于要通过较大牵引电流，在牵引电流不平衡条件下，又不能造成扼流变压器饱和，造成变压器体积大、重量大、维修工作量大等缺点。
但是扼流变压器起到了在每一个轨道电路段平衡一次牵引电流的作用。
在无绝缘轨道电路区段，在每一个轨道电路区段亦设置一个起到平衡牵引电流的空芯线圈。
在两轨间该线圈应对50Hz形成较低的阻抗，对不平衡电流电势起到短路、平衡作用。
另外，该线圈若设在调谐区中间，适当确定参数，并可起到改善调谐区阻抗作用。
该线圈也可用作复线区段，上下行线路间等电位连接、渡线绝缘两端牵引电流平衡以及防雷接地等作用。
空芯线圈SVA结构特点：
SVA由直径1.53mm、19股电磁线绕制，截面为35mm。
在20℃时，以1592Hz信号测试，电感量为：
L＝33±μH，电阻值为25mΩ≥R≥14mΩ。
直流电阻为R0＝4.5±0.5mΩ。
铜线敷有耐高温的玻璃丝包。
SVA作用：
（1）平衡牵引电流回流SVA设置在29米长调谐区两个调谐单元的中间，由于它对于50Hz牵引电流呈现甚小的交流阻抗（约10mΩ），故能起到对不平衡牵引电流电动势的短路作用。
（2）对于上、下行线路间的两个SVA中心线可做等电位连接。
一方面平衡线路间牵引电流，一方面可保证维修人员安全。
（3）作抗流变压器见下图，如在道岔斜股绝缘两侧各装一台SVA，二中心线连接。
应该指出，SVA作抗流变压器时，其总电流≤200安
（4）SVA对1700Hz感抗值仅有0.35Ω，对2600Hz也只有0.54Ω。
在调谐区中，不能把它简单作为一个低阻值分路电抗进行分析，而应将其作为并联谐振槽路的组成部分。
SVA参数的适当选择，可为谐振槽路提供一个较为合适的Q值，保证调谐区工作的稳定性。
发送器作用
1）、产生18种低频信号8种载频（上下行各四种）的高精度、高稳定的移频信号；
2）、产生足够功率的输出信号；
3）、调整轨道电路；
4）、对移频信号特征的自检测，故障时给出报警及N+1冗余运用的转换条件。
1．原理框图（如上图）
“安全与门”在确认两组动态信号同时存在条件下，方可驱动执行继电器，其原理框图如下图：
两数字电路间的联系为数字交换或自检、互检及闭环检查等。
发送器“安全与门”电路如下图
方波1、方波2分别表示由CPU1、CPU2单独送出的方波动态信号。
“光耦1”、“光耦2”用于模拟电路与数字电路间的隔离。
变压器B1将“方波1”信号变化读出，经“整流桥1”整流及电容C1滤波，在负载R0上产生一个独立的直流电源U0。
该独立电源反映了方波1的存在，并作为执行电路开关三级管的基级偏置电源。
“方波2”信号通过“光耦2”控制开关三级管偏置电路。
在“方波1”、“方波2”同时存在的条件下，通过变压器B2，“整流桥2”整流及电容滤波使发送报警继电器（FBJ）励磁。
由以上分析可以看出，FBJ↑反映“方波1”“方波2”的同时存在。
电路中，R1用于限流。
C1采用四端头，为检查电容断线，防止独立电源U0出现较大的交流纹波。
Rb1为上偏置电阻，Rb2作为漏泄电阻，保证无“方波2”信号时，三级管的可靠关闭。
Re作为“光耦2”长期固定导通时的恒流保护，同时作为FBJ继电器电压的调整。
Ce为交流旁路电容。
采用B1、B2变压器耦合提取交流信号、都为了保证电路的“故障—安全”。
表示灯设置及故障检测：
（1）“工作”表示灯
设在衰耗盘内，与FBJ线圈条件相并联，如右图
R用作限流，“N”为“工作”指示灯，光耦提供发送报警接点。
发送工作正常：
工作表示灯亮，报警接点通。
发送故障：
工作表示灯灭，报警接点切断车站移频报警
盒报警继电器YBJ电路。
（2）故障表示灯
为便于检修所对复杂数字电路的维修，盒内针对每一套CPU设置了一个指导维修人员查找设备故障的“故障表示灯”。
用其闪动状况，表示它可能出现的故障点。
闪动次数
含义
可能的故障点
1
低频编码条件故障
低频编码条件线断线或混线；相应的光耦被击穿或断线；相应的稳压管二级管被烧断或击穿。
2
功出电压检测故障
负载短路；功放电路故障；功出电压检测故障滤波电路故障；
其他故障引起；
3
低频频率检测故障
JT3或JT4或N16故障；J1断线；
4
上边频检测故障
JT3或JT4或N16故障；J1断线；
5
下边频检测故障
JT3或JT4或N16故障；J1断线；
6
型号选择条件故障
型号选择条件线断线或混线；相应的光耦击穿或断线；
相应的稳压管二级管被烧断或击穿；
7
载频编码条件故障
载频编码条件线断线或混线；相应的光耦被击穿或断线。
[注]：
闪光方式为灯闪N次后，暂停一段时间，然后继续闪动，其中N=1～7
接收器作用：
接收器接收端及输出端均按双机并联运用设计，与另一台接收器构成相互热机并联运用系统（或称0.5+0.5），保证接收系统的高可靠运用。
1、用于对主轨道电路移频信号的解调，并配合与送电端相连接调谐区短小轨道电路的检查条件，动作轨道继电器。
2、实现对与受电端相连接调谐区短小轨道电路移频信号的解调，给出短小轨道电路执行条件，送至相邻轨道电路接收器。
3、检查轨道电路完好，减少分路死区长度，还用接收门限控制实现对BA断线的检查。
原理框图及原理说明：
接收器由本接收“主机”及另一接收“并机”两部分构成（如下图）
ZPW-2000A系统中A、B两台接收器构成成对双机并联运用，即：
A主机输入接至A主机，且并联接至B并机；
B主机输入接至B主机，且并联接至A并机。
A主机输出与B并机输出并联，动作A主机，相应执行对象（AGJ）
B主机输出与A并机输出并联，动作B主机，相应执行对象（BGJ）
接收器原理框图（如上图）
主轨道A/D、小轨道A/D：
模数转换器，将主机、并机输入的模拟信号转换成计算机能处理的数字信号。
CPU1、CPU2：
是微机系统，完成主机、并机载频判决、信号采样、信息判决和输出驱动等功能。
安全与门1～4：
将两路CPU输出的动态信号变成驱动继电器（或执行条件）的直流输出。
载频选择电路：
根据要求，利用外部的接点，设定主机、并机载频信号，由CPU进行判决，确定接收盒的接收频率。
接收盒根据外部所确定载频条件，送至两CPU，通过各自识别，并通信、比较确认一致，视为正常，不一致时，视为故障并报警。
外部送进来的信号，分别经过主机、并机两路模数转换器转换成数字信号。
两套CPU对外部四路信号进行单独的运算，判决处理。
表明接收信号符合幅度、载频、低频要求时，就输出3kHz的方波，驱动安全与门。
安全与门收到两路方波后，就转换成直流电压带动继电器。
如果双CPU的结果不一致，安全与门输出不能构成，且同时报警。
电路中增加了安全与门的反馈检查，如果CPU有动态输出，那么安全与门就应该有直流输出，否则就认为安全与门故障，接收盒也报警。
如果接收盒收到的信号电压过低，就认为是列车分路。
接收报警电路：
来自两个CPU的信号，经过一个与非门后，控制报警电路。
如果正常，CPU就输出一个高电平1，与非门输出一个低电平（0），这时衰耗盘接收工作表示灯点亮，光耦导通。
给外部提供一个导通的条件，构成总移频报警电路。
如果发现故障，CPU就输出低电平（0），与非门输出高电平，工作表示灯灭，光耦断开，构成报警电路。
故障表示灯：
为便于检修所对复杂数字电路的维修，盒内针对每一套CPU设置了一个指导维修人员查找设备故障的“故障表示灯”。
具体情况如表。
G闪动次（N）
含义
可能的故障点
1
CPU故障
RAM故障；CPU内部RAM故障
2
主机载频故障
载频输入条件没有或有两个及以上；相应的光耦被击穿。
3
备机载频故障
载频输入条件没有或有两个及以上；相应的光耦被击穿。
4
通信故障
CPLD故障或另一CPU故障
5
安全与门1故障
安全与1输出电路故障
6
安全与门2故障
安全与2输出电路故障
7
安全与门3故障
安全与3输出电路故障
8
安全与门4故障
安全与4输出电路故障
9
EPROM故障
[注]：
闪光方式为灯闪N次后暂停一段时间然后继续闪动其中N=1-9
第三章设备故障判断、处理与维护
3.1故障处理程序
3.1.1一般有报警故障处理程序
（1）通常控制台声光报警（YBJ落下）得知故障，由于发送、接收有冗余设计，系统正常工作有可能不中断、有可能中断。
（2）查看SH上各发送、接收的工作灯（绿）是否灭灯；
（3）灭灯设备为故障；
（4）迅速判断故障是否影响行车。
如只有一台发送故障并已转为“+1FS”工作，接收仍正常工作，不影响行车。
如只有一台接收故障，由于双机并联运行另一方保持工作，不影响行车；
（5）发现故障一般处理程序：
对发送；检查电源、保安器、低频编码电源、功出电压等，区分发送器内外故障；对接收：
检查电源、保安器、输入电压（主轨道、小轨道）等，区分接收器内外故障。
并机仍可保证GJ工作，多为单一接收故障，可更换接收盒。
3.1.2无报警故障处理程序
无故障报警一般多为无检测飞冗余环节故障。
这类故障多由控制台红光带指示及司机行车受阻报告得知。
如发送功出→组合柜→防雷柜→分线盘→室外轨道电路；
接收输入→衰耗盘→组合柜→防雷柜→分线盘→室外轨道电路机。
再如：
区间信号机的点灯电路从室内室外，以上线路均存在故障可能。
处理故障中应迅速判断故障范围属于室内或室外，进而做相应处理。
室内外故障划分躲在分线盘处测量确定。
3.2故障判断
3.2.1发送器
发送器正常工作应具备的条件
（1）24V电源有，保持极性正确；
（2）低频编码条件有，且只有一个；
（3）载频条件有，且只有一个；
（4）“-1”“-2”选择条件有，且只有一个；
（5）发送输出电平正常。
发送器的作用
（1）产生18种低频信号8种载频（上下行各四种）的高精度、高稳定的移频信号
（2）产生足够功率的输出信号
（3）调整轨道电路
（4）对移频信号特征的自检测，故障时给出报警及N+1冗余运用的转换条件
故障判断
当衰耗盘上发送工作指示灯点亮时表明发送器工作正常，FBJ吸起，当发送工作指示灯灭灯时表明发送器发生故障或工作条件不具备。
（1）首先判断上述5个工作条件是否具备，用直流电压表在另层（或发送器）端子上将负表笔放在024V上，正表笔分别在18个低频、4个载频及“-1”“-2”上测量，应该有且只有一个+24V。
（2）当判断出上述5个工作条件都具备时而发送器仍不工作，则说明发送器出现故障，更换发送器即可。
3.2.2接收器
接收器正常工作应具备的条件（接送器工作指示灯亮）
（1）24V电源有，保持极性正确；
（2）载频条件有，且只有一路；
（3）“-1”“-2”及X
（1）、X
（2）选择条件有（主机并机都应具备）。
具备上述条件后接收工作指示灯应点亮，接收器工作正常。
接收器轨道继电器的吸起应具备的条件
（1）从轨出1测出主轨道的信号达到可靠工作值240mV。
（2）前方相邻接收送来的小轨道执行条件+30V电源。
具备上述两条件后轨道继电器应吸起。
接收器的作用
接收器接收端及输出端均按双机并联运用设计，与另一台接收器构成相互热机并联运用系统（或称0.5+0.5），保证接收系统的高可靠运用。
（1）用于对主轨道电路移频信号的解
升级会员 