08年郑州铁路局ZPWA信号工骨干培训班教案.docx
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08年郑州铁路局ZPWA信号工骨干培训班教案
郑州铁路局青年信号工骨干培训班
ZPW-2000A课程教案
一、主要技术条件
1、环境条件
ZPW-2000A型无绝缘移频轨道电路设备在下列环境条件下应可靠工作:
（1周围空气温度:
室外:
-30℃~+70℃;室内:
-5℃~+40℃
（2周围空气相对湿度:
不大于95%（温度30℃时
（3大气压力:
74.8kPa~106kPa（相对于海拔高度2500m以下
2、发送器
（1低频频率:
10.3+n×1.1Hz,n=0~17
即:
10.3Hz、11.4Hz、12.5Hz、13.6Hz、14.7Hz、15.8Hz、16.9Hz、18Hz、19.1Hz、20.2Hz、21.3Hz、22.4Hz、23.5Hz、24.6Hz、25.7Hz、26.8Hz、27.9Hz、29Hz。
（2载频频率
下行:
1700-11701.4Hz上行:
2000-12001.4Hz
1700-21698.7Hz2000-21998.7Hz
2300-12301.4Hz2600-12601.4Hz
2300-22298.7Hz2600-22598.7Hz
（3频偏:
±11Hz
（4输出功率:
不小于70W
3、接收器
轨道电路调整状态下:
主轨道接收电压不小于240mV;主轨道继电器电压不小于20V（1700Ω负载,无并机接入状态下;小轨道接收电压不小于33mV;小轨道继电器或执行条件电压不小于20V（1700Ω负载,无并机接入状态下。
4、工作电源
（1直流电源电压范围:
23.5V~24.5V;
（2设备耗电情况:
发送器在正常工作时负载为400Ω,功出为1电平的情况下,耗电为5.55A;当功出短路时耗电小于10.5A;
（3接收器正常工作时耗电小于500mA。
5、轨道电路
（1分路灵敏度为0.15Ω,分路残压小于140mv（带内。
（2主轨道无分路死区;调谐区分路死区不大于5m;
（3有分离式断轨检查性能;轨道电路全程断轨,轨道继电器可靠落下。
二、系统原理
ZPW-2000A型无绝缘轨道电路系统,与UM71无绝缘轨道电路一样采用电气绝缘节来实现相邻轨道电路区段的隔离。
电气绝缘节长度改进为29m,电气绝缘节由空芯线圈、29m长钢轨和调谐单元构成。
调谐区对于本区段频率呈现极阻抗,利于本区段信号的传输及接收,对于相邻区段频率信号呈现零阻抗,可靠地短路相邻区段信号,防止了越区传输,实现了相邻区段信号的电气绝缘。
同时为了解决全程断轨检查,在调谐区内增加了小轨道电路。
ZPW-2000A型无绝缘轨道电路分为主轨道电路和调谐区小轨道电路两部分,小轨道电路视为列车运行前方主轨道电路的所属“延续段”。
主轨道电路的发送器由编码条件控制产生表示不同含义的低频调制的移频信号,该信号经电缆通道（实际电缆和模拟电缆传给匹配变压器及调谐单元,因为钢轨是无绝缘的,该信号既向主轨道传送,也向调谐区小轨道传送,主轨道信号经钢轨送到轨道电路受电端,然后经调谐单元、匹配变压器、电缆通道,将信号传至本区段接收器。
调谐区小轨道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继电器执行条件送至本区段接收器,本区段接收器同时接收到主轨道移频信号及小轨道电路继电器执行条件,判决无误后驱动轨道电路继电器吸起,并由此来判断区段的空闲与占用情况。
该系统“电气—电气”和“电气—机械”两种绝缘节结构电气性能相同。
现按“电气—机械”结构进行系统原理介绍,系统原理构成见图2-1,Δ为补偿间距。
主轨道电路调谐区小轨道电路
图1ZPW-2000A系统原理图
主轨道和小轨道检查原理图
三、设备构成:
（一室内设备组成及原理:
发送器、接收器、衰耗盘、电缆模拟网络盘、防雷单元、无绝缘移频自动闭塞机柜、网络接口柜、电缆模拟网络组匣等。
1、发送器:
（1作用:
用于产生高精度、高稳定、一定功率的移频信号。
用途:
ZPW-2000A型无绝缘轨道电路发送器,在区间适用于非电化和电化区段18信息无绝缘轨道电路区段,供自动闭塞、机车信号和超速防护使用。
在车站适用于非电化和电化区段站内移频电码化发送。
（2冗余方式:
系统采用发送N+1冗余方式。
故障时,通过FBJ接点转至“+1”FS。
2、接收器
（1主要作用:
ZPW-2000A型无绝缘轨道电路将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”。
该“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通过（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之一。
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
（XG、XGH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。
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。
另外,还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。
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,保证接收系统的高可靠运用。
（2冗余方式:
系统采用接收器成对双机并联冗余方式。
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。
B主机输出与A并机输出并联,动作B主机相应执执行对象。
3、衰耗盘（1主要作用:
用做对主轨道电路及调谐区短小轨道电路的调整（含正反向。
给出发送、接收用电源电压、发送功出电压、轨道输入输出GJ,XGJ测试条件。
给出发送、接
A主机输入
B主机输入
A主机输出
B主机输出
收故障报警和轨道占用指示灯等。
（2主轨道输入电路
主轨道信号V1、V2自C1、C2变压器B2输入,B2变压器阻抗约为36~55Ω（1700~2600Hz,以稳定接收器输入阻抗,该阻抗选择较低,利于抗干扰。
变压器B2其匝比为116:
（1~146。
次级通过变压器抽头连接,可构成1~146共146级变化。
（3短小轨道电路输入电路
根据方向电路变化,接收端将接至不同的两端短小轨道电路。
故短小轨道电路的调整按正、反两方向进行。
正方向调整用A11~A23端子,反方向调整用C11~C23端子,负载阻抗为3.3kΩ。
为提高A/D模数转换器的采样精度,短小轨道电路信号经过1:
3升压变压器B4输出至接收器。
4、电缆模拟网络
电缆模拟网络设在室内,按0.5、0.5、1、2、2、2×2km六节设计,用于对SPT电缆长度的补偿,电缆与电缆模拟网络补偿长度之和为10km。
5、系统防雷
系统防雷由两部分构成:
（1室内防雷:
该防雷设在室内发送端和接收端,实现对从电缆引入雷电冲击的横向、纵向防护。
（2室外防雷:
对钢轨引入雷电冲击进行保护。
横向防护防雷单元设在匹配变压器轨道输入端。
纵向防护防雷单元设在空芯线圈中心线与地之间。
完全横向连接处不设防雷单元。
6、防雷模拟网络盘
（1用作对通过传输电缆引入室内雷电冲击的横向、纵向防护。
通过0.5、0.5、1、2、2、2×2km六节电缆模拟网络,补偿SPT数字信号电缆,使补偿电缆和实际电缆总长度为10km,以便于轨道电路的调整和构成改变列车运行方向。
（2结构:
防雷电缆模拟网络盘是盒体结构,盒内装有两块模拟电缆板及防雷变压器,盒体正面有测试塞孔,可以测量电缆侧的电压,也可以测量设备侧的电压。
盒体是通过35线插头与组匣相连接,通过调整35线插座的端子进行电缆长度的调整。
（二室外设备构成及原理:
匹配变压器、调谐单元、空心线圈、机械绝缘空心线圈、补偿电容、钢轨引接线。
1、调谐区
调谐区按29m设计,设备包括调谐单元及空芯线圈,其参数保持原“UM71”参数。
功能是实现两相邻轨道电路电气隔离。
电气绝缘节及调谐单元
电气绝缘节长29m,在两端各设一个调谐单元。
（1对于较低频率轨道电路（1700Hz、2000Hz端,设置L1、C1两元件F1型调谐单元;
（2对于较高频率轨道电路（2300Hz、2600Hz端,设置L2、C2、C3三元件的
电气绝缘节原理图
2300（2600Hz
轨道电路
F1
=1700
F2型调谐单元。
（3f1（f2端调谐单元的L1、C1（L2、C2、C3对f2（f1端的频率为串联谐振,呈现较低阻抗,称“零阻抗”,相当于短路,阻止了相邻区段信号进入本区段。
（4f1（f2端调谐单元对本区段的频率呈现容性并与调谐区的钢轨、空芯线圈的综合电感构成并联谐振,呈现高阻抗,称为“极阻抗”,相当于开路,减少了对本区段信号的衰耗。
综上所述:
调谐单元与空芯线圈、29m钢轨、电感等参数配合,实现了两个相邻轨道电路信号的隔离,即完成了“电气绝缘节”功能。
2、空芯线圈
（1用途:
逐段平衡两钢轨的牵引电流回流,实现上、下行线路间的等位连接,改善电气绝缘节的Q值,保证工作的稳定性。
该线圈用19×1.53mm电磁线绕制,其截面积为35mm2,电感约为33μH,直流电阻4.5mΩ。
中间点引出线作等电位连接用。
（2电路原理简要说明:
空芯线圈设置在29m长调谐区的两个调谐单元中间,由于它对50Hz牵引电流呈现很小的交流阻抗（约10mΩ,即可起到平衡牵引电流的作用。
如上图:
I1、I2有100A不平衡电流,可近似将空芯线圈视为短路,则有I3=I4=（I1+I2
/2=450A
由于空芯线圈对牵引电流的平衡作用,减少了工频谐波干扰对轨道电路的影响。
3、匹配变压器
（1作用:
匹配变压器用于钢轨对SPT电缆的匹配连接,变比为1:
9,L1用作对电缆容性的补偿,并作为送端列车分路的限流阻抗。
C1、C2电解电容按同极性串接,形成无极性,在直流电力牵引中用于隔离直流（如地下铁道。
V1、V2接至钢轨,E1、E2接至SPT电缆。
F为带劣化指示的防雷单元,该压敏电阻选择~75V防护等级。
（2原理说明
4、机械绝缘节空心线圈
按电气绝缘节29m钢轨及空芯线圈等参数设计,该机械绝缘节空芯线圈分为（1700Hz、2000Hz、2300Hz、2600Hz四种频率。
与相应频率调谐单元相并联,可获得与电气绝缘节阻抗相同的效果,用在车站与区间衔接的机械绝缘节处（对于进站和出站口均设有机械绝缘节。
5、调谐区用钢包铜引接线
为加大调谐区设备与钢轨间的距离,便于工务维修等原因,加长了引接线长度。
其材质为多股钢包铜注油线,满足耐酸、碱,耐冻,耐磨,耐高温性能。
其长度为2000mm,3700mm各两根并联运用。
6、室外防雷:
对钢轨引入雷电冲击进行保护。
横向防护防雷单元设在匹配变压器轨道输入端。
纵向防护防雷单元设在空芯线圈中心线与地之间。
完全横向连接处不设防雷单元。
7、补偿电容
（1
为抵消钢轨电感对移频信号传输的影响,采取在轨道电路中,分段加装补偿
电容的方法,使钢轨对移频信号的传输趋于阻性,接收端能够获得较大的信号能量。
另外,加装补偿电容能够实现钢轨断轨检查。
在钢轨两端对地不平衡条件下,能够保证列车分路。
（2补偿电容规格及技术指标
1700Hz:
55μF±5%（轨道电路长度250~1450m
2000Hz:
50μF±5%（轨道电路长度250~1400m
2300Hz:
46μF±5%（轨道电路长度250~1350m
2600Hz:
40μF±5%（轨道电路长度250~1350m
（3补偿电容的安装方法,是按照等间距设置补偿电容的方法。
其具体方法如下:
Δ表示等间距长度;轨道电路两端调谐单元与第一个电容距离为Δ/2,
安装允许误差±0.5m。
计算公式:
Δ=L/Nc,
其中,L:
轨道电路两端调谐单元的距离（并非轨道电路长
Nc:
根据优选设计确定的补偿电容数量
补偿电容的配置,其容量根据轨道电路频率的不同而不同,其数量按照轨道电路的长度来确定.
7、传输电缆
采用SPT型铁路信号数字电缆,线径为Φ1.0mm,总长10km。
主要电气参数:
导线线径:
1mm;
直流电阻:
47Ω/km;
线间电容:
29±10%nF/km。
四、ZPW-2000A设备测试
1、在衰耗盘测试:
（测试周期:
季
衰耗盘上共有5个指示灯,12个测试孔。
5个指示灯分别是:
发送工作灯O-----绿灯（正常
接收工作灯O-----绿灯（正常
轨道O-----绿灯（正常
正向O-----黄灯（正常
反向O------反向运行时点亮
12个测试孔分别是:
SK1“发送电源”----发送器24V工作电源（23.5~24.5DC
SK2“接收电源”----接收器24V工作电源（23.5~24.5DC
SK3“发送功出”----发送器输出电平测试,与调整表范围一致（用选频表按频率测试
注:
基地设备使用4电平为111V
实际设备电压大约:
~108V左右（实际值
SK4“轨入”----接收器接收到的电压（主轨道与相邻小轨道叠加主轨道输入与调整表范围一致,小轨道应大于等于42mv。
基地设备为:
5655G主轨2300-1时为:
小轨1700-1时为48mv。
（用选频表,按频率分别测试主轨和小轨道轨入电压
SK5“轨出1”----来自主轨道,即主轨道信号经过调整后的轨出电压与调整表范围一致（用选频表,按频率测试大于等于240mv
SK6“轨出2”----来自小轨道,经过衰耗电阻分压后,按小轨道调整表连接相应端子。
（正向连接a列,反向连接c列使轨出2输出范围在110~130mv。
（用选频表,按频率测试基地为:
SK7“GJ（Z”----主机轨道继电器电压大于20V
SK8“GJ（B”----并机轨道继电器电压大于20V
SK9“GJ”----轨道继电器电压大于20V
SK10“XGJ（Z”----主机小轨道继电器（或执行条件电压大于20VSK11“XGJ（B”----并机小轨道继电器（或执行条件电压大于20VSK12“XGJ”----小轨道继电器（或执行条件电压大于30V,空载大于50V2、防雷电缆模拟网络盘的测试
网络盘正面有3个测试孔:
①可以测量电缆侧的电压
②可以测量设备侧的电压
③可以测量防雷侧的电压
3、电缆通道至室外发送端、接收端箱合的测试
4、轨道电路分路残压的测试
室外用0.15Ω分路线进行测试,室内在轨出1插孔测试不大于140mv（测试周期:
季
5、各测试孔之间的关系图
五、故障处理
（一故障原理分析
接收信号进入衰耗盘,可在衰耗盘上测试孔测得轨入电压,轨入电压中既有本区段主轨信号电压,又有相邻区段小轨道传来的信号电压。
轨入电压进入衰耗盘后分为并联的两条支路,一路经变压器（116∶（1~146调整后送入接收器,作为主轨道电平输入接收器即“轨出1”;另一路按正、反两方向进行调整,经正（反向小轨道调整电阻调整后再经1∶3升压作为小轨道电平输入接收器即轨出2。
接收器一方面对主轨道电路移频信号进行解调,同时配合与送电端相连接的本区段调谐区小轨道电路的检查条件（由运行前方区段接收端送来的XGJ、XGJH条件动作本区段轨道继电器。
另一方面接收器还对与受电端相邻调谐区小轨道电路（运行后方相邻区段的“延续段”的移频信号进行解调,给出短小轨道执行条件（XG、XGH,经衰耗盘送至相邻区段接收器。
1、故障原因分析:
（以下分析针对两端电气绝缘节轨道电路
ZPW-2000A型轨道电路故障时显现的现象主要有:
无车占用一个区段红光带、无车占用相邻两个区段同时红光带和无红光带但控制台移频报警。
为方便讲述我们以某区间5257G、5217G、5205G三个区段为例,这三个区段间的关系如下图:
（1无车占用一个区段红光带（5217G红光带
由于ZPW-2000A轨道电路主轨信号由本区段接收器解调,小轨信号由运行前方相邻区段接收器解调,若只有本区段在无车占用时出现红光带,本区段从受电端调谐单元至室内接收器这整个接收通道应是完好的（否则其相邻区段5257G将得不到小轨检查条件也将出现红光带。
查找故障应重点从室内该区段的发送器开始经室外送端至受端轨面,如:
发送器故障;
发送端模拟网络故障;
送端电缆接地断线或混线;
送端匹配变压器故障或调谐单元开路;
钢包铜线断线;
轨面异常分路或电容开路。
这些都会造成受端电压降低,可测试一下本区段的功出、轨出1、轨出2。
这里要注意:
还要测试一下前方区段（5205G的轨出1、轨出2,因为如果5205G受端调谐单元开路故障会使接收到的小轨（5217G电压升高5-7倍,使轨出2高出接收器小轨高落门限值而关闭向5217G接收器送出的小轨检查条件XG、XGH,这种情况同时会使5205G的主轨接收电压降低,但降低的幅度不至于使轨出1低于接收器的主轨落下门限,所以只会造成5217G一个区段红光带。
还不能排除室内接收设备故障,如5205G衰耗盘故障导致送不出XIN信号使接收器接收不到小轨信号或5205G向5217G送的小轨检查条件线开、短路等;还有本区段衰耗盘故障无法送出ZIN信号,使接收器主、并机接收不到主轨信号。
另外如果QGJ故障也会造成控制台相应区段红光带。
（如果是机械绝缘节轨道电路红光带就要考虑送、受端整个通道。
（2无车占用相邻两个区段红光带（5217G、5205G同时红光带
由于ZPW-2000A轨道电路受电端至室内衰耗盘间的接收通道同时传输本区段（5205G接收端的主轨道信息和相邻区段（5217G的小轨道信息,这一通道故障会导致本区段接收不到主轨信息,出现红光带,同时影响相邻区段因得不到小轨检查条件而红光带。
除接收通道故障外,若衰耗盘本身故障送不出ZIN和XIN信息,也会造成本区段和相邻区段红光带。
（3无车占用无红带但控制台移频报警
造成这种现象的原因有:
发送器或接收器内部故障;
发送器或接收器正常工作的外围条件不满足;
衰耗盘内部光耦故障;
衰耗盘间的报警条件连接线断线;
加1发送器故障。
这些会造成报警检查条件无法正常送出,YBJ失磁落下使控制台发出移频报警。
由于ZPW-2000A系统有充分的冗余措施（发送器采用N+1冗余,接收器采用主、并机冗余,器材故障不至于影响系统的正常工作,不会导致QGJ落下,也就不会出现红光带。
但YBJ一旦落下就失去了它的移频故障总报警的
功能,若同时系统出现其它故障就不能及时被发现,所以出现这类现象也要及时排除。
查找这样的故障可以观察衰耗盘上的发送、接收故障报警指示灯是否灭灯,很直观地查到对应故障的发送器或接收器。
4、YBJ继电器电路
移频柜103-16接第一个衰耗隔离盒的a27,03-14接第一个衰耗隔离盒的c28。
轨出2的电压值,光耦损坏导致移频报警条件中断、控制台移频报警。
如果移频报警的同时发送和接收故障指示灯仍点亮,测量衰耗盘后面的BJ1、BJ2、BJ3条件端子（BJ1与BJ2间是发送报警条件,BJ2与BJ3间是接收报警条件,YBJ的+24V电源通与断之间即为对应的发送或接收条件光耦损坏,及时更换衰耗盘。
5、常见故障分析
（1一个区段红光带（5217G,在故障区段（5217G的衰耗盘上测功出正常,轨出1、轨出2也正常,运行前方相邻区段（5205G轨出2电压为0或低于接收器小轨落下门限。
可判断本区段主轨的发送和接收通道都是正常的,问题出在室外小轨,小轨开路,不会影响相邻区段（5205G,小轨轨面短路会使相邻区段（5205G受端主轨电压降低,可以测一下相邻区段（5205G的轨出1若低到接收器主轨落下门限,其也会出现红光带。
（2无车占用没有红光带,但当列车出清本区段（5217G占用下一区段（5205G时本区段红光带不能及时消失。
这种情况可能是本区段（5217G送端调谐单元开路,本区段（5217G送端电压降低造成小轨电压降低,但相邻区段（5205G轨出2列车出清本区段进入下一区段时由于调谐区电气绝缘特性受到破坏,轨出2的值不会升到吸起门限以上,所以红光带不消失。
（3无车占用时相邻两个区段红光带（5217G、5205G,测5217G功出、轨出1、轨出2均正常,5205G功出正常,轨出1降低,轨出2升高5-7倍。
这说明运行前方相邻区段（5205G受端调谐单元开路。
由于轨出2高于接收盒小轨高落门限,因此本区段（5217G红光带。
对于前方相邻区段（5205G若5205G轨出1降低不到落下门限以下,其不会出现红光带,若在落下门限以下也会出现红光带,这个不一定。
（4补偿电容在ZPW-2000A轨道电路中起补偿高频条件下钢轨呈现出的感性,从而降低传输通道对高频信号的衰减,若补偿电容缺失或击穿短路都会影响接受端电压降低。
特别是在轨道电路的送端,缺失电容对接收电压的影响更为显著,由于区段的长度与道床阻抗值的差别,现场运用中的区段接收电压值有差别,电容开路后降低的幅度也不等,所以缺失电容不一定都会造成红光带,只有当降低至接收器主轨落下门限值以下才会出现红光带,所以平时要按要求做好轨道电路的测试,随时观察电压值的变化及时发现及时解决。
（二、室内故障分析
1、移频柜器材故障
ZPW-2000A轨道电路移频柜中设置有发送端设备—发送器、发送防雷模拟网络盘;接收端设备—衰耗盘、接收器、接收防雷模拟网络盘。
这些器材故障或工
作条件不满足时会发出移频报警,通过观察器材指示灯再配合简单的测试可以很快找到故障原因,下面简单介绍以上器材故障如何查找。
1、发送器
发送器正常工作所需条件:
①有24V直流工作电源且极性正确;
②有且只有一个载频选择条件（包括选型条件;
③有且只有一个低频选择条件。
功出电平调整与测试
另外,当发送电平调整跳线虚接时（可通过观察、晃动跳线或测量跳线两端
是否有不该有的电压来判断
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