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毕业论文ZPW自动闭塞论文
毕业论文---ZPW-2000自动闭塞论文
ZPW-2000自动闭塞论文
绪论
铁路信号是组织行车运行，保证行车安全，提高运输效率，传递信息，改善行车人员劳动条件的关键技术。
铁路信号是铁路运输生产的一个生产部门，它在铁路现代化建设和国民经济发展中起着极其重要的作用。
向发展当前，由于铁路运输已向着高速.高密和重载的方，所以铁路信号以成为实现运输管理自动化和列车运行自动控制以及改善铁路员工劳动条件的重要技术手段。
铁路信号系统按其应用场所可分为车站信号控制系统、编组站调车控制系统、区间信号控制系统、铁路行车指挥控制系统及列车运行自动控制系统等。
区间信号自动控制是铁路区间信号.闭塞及区段自动控制.远程控制技术的总称，是确保列车在区间内安全运行的技术之一。
由于列车在线路上运行，不能以相互避让的方法避免迎面相撞。
加之列车速度快、质量大，从开始制动到停车需要行走较长的距离，这就产生了后续列车追撞前行列车的可能。
闭塞设备是保证列车在区间运行安全的设备。
铁路线路以车站（线路所）为分界点划分为若干区间，区间的界限在单线上以两个车站的进站信号机柱的中心线为车站与区间的分界线，在双线或多线上，分别以各线路的进站信号机柱或站界标的中心线为车站与区间的分界线。
为了提高线路通过能力，在自动闭塞区段又将一个区间划分为若干个闭塞分区，以同方向两架通过信号机作为闭塞分区的分界线。
为了保证列车在区间内的运行安全，列车由车站向区间发车时必须确认区间（分区）内没有列车并须遵循一定的规律组织行车，以免发生列车正面冲突或追尾等事故。
这种按照一定规律组织列车在区间内运行的方法一般叫做行车闭塞法简称闭塞。
随着高速铁路的发展，列车运行自动控制设备水平也在不断提高，由列车超速防护提高到列车自动限速和列车自动运行等新技术。
机车信号和列车超速防护系统的行车命令目前还是来自地面自动闭塞的轨道中传递的信息。
随着数字化、无线传输技术、漏泄电缆及卫星定位技术的发展，依靠这些技术实现列车和地面控制中心、列车和列车之间的信息传输，就不需要将区间划分为固定的若干分区，来调整列车之间的追踪间隔。
而是两个列车通过数据传输，自动的计算出实时的列车追踪安全间隔，使两列车之间的间隔最小，从而提高了行车密度和区间通过能力。
这种列车运行间隔自动调整又可称为移动自动闭塞，这种设备代表了区间闭塞技术的发展方向。
目前为了保证行车安全，加强信号设备管理.检测信号设备的运用质量和更好的进行科学的故障分析，所以大量的新技术、新设备在铁路信号系统尤其是区间信号系统中得到广泛的应用，使铁路信号设备的技术水平得到了很大的提高。
像以数字信号处理技术为基础的通用式机车信号系统，引进的法国高速铁路所使用的U-T系统，以及我国自行研制的新型移频自动闭塞系统，如ZPW-2000A，都已被广泛的应用。
本次设计完成对XX下行自动闭塞区间工程设计的部分图纸。
分别有:
闭塞分区电路图.区间信号平面图、区间N+1电路图、移频柜、综合柜布置图、移频柜零层配线表、组合架设备布置图，设备主要采用ZPW-2000A，主要介绍了ZPW-2000A的工作原理、设备构成及相关图纸的设计方法。
第一章ZPW-2000A无绝缘移频自动闭塞系统概述一.ZPW-2000A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引进、国产化基础上，
结合国情进行的技术再开发。
较之UM71，ZPW-2000A型无绝缘移频自动闭塞在轨道电路传输安全性、传输长度、系统可靠性、可维修性以及结合国情提高技术性能价格比、降低工程造价上都有了显著提高。
该系统自1998年开始研究。
2000年10月底，针对郑州局、南昌局接连两次发生因钢轨电气分离式断轨，轨道电路得不到检查，客车脱轨的严重事故，该系统提出了解决“全程断轨检查”等四项提高无绝缘轨道电路传输安全性的技术创新方案，获得了铁道部运输局、科技司的肯定。
2001年，针对郑——武UM71轨道电路雨季多处“红光带”，该系统围绕“低道碴电阻道床雨季红光带”问题，通过对轨道电路计算机仿真系统的开发，提出了提高轨道电路传输性能的一系列技术方案，从理论和实践结合上实现了传输系统的技术优化。
2002年5月28日，该系统通过铁道部技术鉴定，确定推广应用。
二.ZPW-2000A型无绝缘移频自动闭塞系统特点系统的特点体现在以下几方面:
1.分肯定、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ZC03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75m?
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，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。
三.ZPW-2000A型无绝缘轨道电路系统构成
3700mm主轨道电路调谐区Δ/2Δ/2（短小轨道电路）
机空补偿电容调空调调械芯谐心谐谐绝线单线单单缘圈元圈元元节1G,F1,
Δ
匹配匹配匹配
2000mm变压器变压器变压器
室外
SPT电缆SPT电缆SPT电缆
相当总长相当总长
（一）室外部分:
1.调谐区
按29m设计，调谐区包括调谐单元和空芯线圈，实现两相邻轨道电路电气隔绝。
2.机械绝缘节
由“机械绝缘节空芯线圈”与调谐单元并接而成，其节特性与电气绝缘节相同。
3.匹配变压器
一般条件下，按0.25~1.0Ω•km道碴电阻设计，实现轨道电路与SPT传输电缆的匹配连接。
4.补偿电容
根据通道参数兼顾低道碴电阻道床传输，考虑容量，使传输通道趋于阻性，保证轨道电路良好传输性能。
5.传输电缆
SPT型铁路信号数字电缆，Φ1.0mm，一般条件下，电缆长度按10km考虑。
根据工程需要，传输电缆长度可按12.5km、15km考虑。
6.调谐区设备引接线
采用3600mm、1600mm钢包铜引接线构成。
用于BA、SVA、SVA’等设备与钢轨间的连接。
（二）室内部分
1.发送器
用于产生高稳定高精度的移频信号源，采用微电子器件构成。
该设备中，考虑了同一载频、同一低频控制条件下，双CPU电路。
为实现双CPU的自检、互检，两组CPU及一组用于产生FSK移频信号的可编程控制器各自采用了独立的石英晶体源。
发送设备的放大器均采用了射极输出器方式构成，防止故障时功出电压的升高。
设备考虑了对移频载频、低频及幅度三个特征的检测。
两组CPU对检测结果符合要求时，以动态信号输出通过“安全与门”控制执行环节——发送报警继电器（FBJ）将信号输出。
系统采用N+1冗余设计。
故障时，通过FBJ接点转至“+1”FS。
2.接收器
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”。
接收器的作用有:
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。
接收器除接收本主轨道电路频率信号外，还同时接收相邻区段小轨道电路的频率信号。
接收器采用DSP数字信号处理技术，将接收到的两种频率信号进行快速付氏变换，获得
两种信号能量谱的分布，并进行判决。
上述“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，作为轨道继电器（GJ）励
磁的必要检查条件（XGJ、XGJH）之一
本轨道电邻轨道电
调谐区路路主轨短小轨
道道
F
S
CPU2CPU2CPU1CPU1XGJ、JSJS
XGJH
XG、XGH
XG、XGHG、GHG、GH
1GJ3GJ
综上，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。
接收器外线连接示意图
接收器端子代号及用途
序号代号用途
D1地线
+242，24V电源
（+24）3，24V电源（由设备内给出，用于载频及类型选择）
0244024V电源
1700（Z）5主机1700HZ载频
2000（Z）6主机2000HZ载频
2300（Z）7主机2300HZ载频
2600（Z）8主机2600HZ载频
1（Z）9主机1型载频选择
2（Z）10主机2型载频选择
X1（Z）11主机小轨道1型载频选择
X2（Z）12主机小轨道2型载频选择
ZIN（Z）13主机轨道信号输入
XIN（Z）14主机邻区段小轨道信号输入
GIN（Z）15主机轨道信号输入共用回线
G（Z）16主机轨道继电器输出线
GH（Z）17主机轨道继电器回线
XG（Z）18主机小轨道继电器（或执行条件）输出线
XGH（Z）19主机小轨道继电器（或执行条件）回线
XGJ（Z）20主机小轨道检查输入
XGJH（Z）21主机小轨道检查回线
1700（B）22并机1700HZ载频
2000（B）23并机2000HZ载频
2300（B）24并机2300HZ载频
2600（B）25并机2600HZ载频
1（B）26并机小轨道1型载频选择
2（B）27并机小轨道2型载频选择
X1（B）28并机正向运行选择
X2（B）29并机反向运行选择
ZIN（B）30并机轨道信号输入
XIN（B）31并机邻区段小轨道信号输入
GIN（B）32并机轨道信号输入共用回线
G（B）33并机轨道继电器输出线
GH（B）34并机轨道继电器回线
XG（B）35并机小轨道继电器（或执行条件）输出线
XGH（B）36并机小轨道继电器（或执行条件）回线
XGJ（B）37并机小轨道检查输入
XGJH（B）38并机小轨道检查回线
JB+39接收故障报警条件“，”
JB-40接收故障报警条件“,”3.衰耗
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
+24电源电压、发送供出电压、接收GJ、XGJ测试条件。
4.电缆模拟网络
设在室内，按0.5、0.5、1、2、2、2×2km六段设计，用于对SPT电缆的补偿，总补偿距离
为10km。
（三）系统防雷
系统防雷可分为室内、室外两部分:
1.室外:
（1）一般防护从钢轨引入雷电信号，含横向、纵向。
横向:
限制电压在~75KV、10KA以上
纵向:
?
根据设计，一般可通过空芯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纵向防雷元件。
电化牵引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~500V、5KA以上。
非电化区段则只考虑50Hz~220V电流影响,纵向限制电压选在~280V（或~275V）、10KA以上。
（2）防雷地线电阻要严格控制在10Ω以下。
对于采取局部土壤取样不能真实代表地电阻的石质地带，必须加装长的铜质地线，具体长度需视现场情况定。
（3）对于多雷及其以上地区，特别对于石质地层的地区，有条件应加装贯通地线。
2.室内:
防护由电缆引入的雷电信号。
横向:
限制电压在~280V、10KVA以上。
纵向:
利用低转移系数防雷变压器进行防护。
（四）系统主要技术条件
1环境条件
ZPW2000A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:
?
周围空气温度:
室外:
-40?
~+70?
;室内:
-5?
~+40?
;
?
周围空气相对湿度:
不大于95%（温度30?
时）;
?
大气压力:
70.0kPa~106kPa（相对于海拔高度3000m以下）;
?
周围无腐蚀和引起爆炸危险的有害气体;
?
振动条件:
室外:
在1~35Hz时应能承受加速度为10m/s的正稳态振动。
室外:
在1~35Hz时应能承受加速度为5m/s的正稳态振动。
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
载频（Hz）-1（Hz）-2（Hz）
17001701.41698.7
20002001.41998.7
23002301.42298.7
26002601.42598.7
（3）频偏:
?
11Hz
（4）输出功率:
70W（400Ω负载）
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42mv;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直流电源电压范围
（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;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，分路残压小于等于140mA（带内）。
（2）传输长度
轨道电路传输长度
1.0
Ω.km
0.6
0.5
0.4
Ω.km
0.3
Ω.km
1700Hz15008246745744242000Hz15008246745744242300Hz15008246245244242600Hz1460774624524424
注:
轨道电路有三种情况，规定如下:
电气绝缘节—电气绝缘节:
由空心线圈—空心线圈组成;
电气绝缘节—机械绝缘节:
由空心线圈—机械绝缘节空心线圈组成;
机械绝缘节—机械绝缘节:
由机械绝缘节空心线圈—机械绝缘节空心线圈组成。
这三种轨道电路的传输长度是一致的。
（3）主轨道无分路死区;调谐区分路死区不大于5m。
（4）有分离式断轨检查性能;轨道电路全程（含主轨及小轨）断轨，有关轨道继电器可靠失磁。
6系统冗余方式
发送器采用N+1冗余，实行故障检测转换。
接收器采用成对双机并联运用。
五（轨道电路传输安全性
1发送器
用于产生高稳定高精度的移频信号源。
采用微电子器件构成该设备中，考虑了同一载频、同一低频控制条件下，双CPU电路。
为实现双CPU的自检、互检，两组CPU及一组用于产生FSK移频信号的可编程控制器各自采用了独立的石英晶体源。
发送设备的放大器均采用了射极输出器方式构成，防止故障时功出电压的升高。
设备考虑了对移频载频、低频及幅度三个特征的检测。
两组CPU对检测结果符合要求时，以动态信号输出通过“安全与门”控制执行环节——发送报警继电器（FBJ）将信号输出。
2接收器
用于对接收移频信号特征的解调。
控制执行环节——轨道继电器（GJJ及小轨道执行条件）。
接收设备也采用双CPU电路。
在同一设定载频条件下，双CPU对接收信号的载频、低频及幅度三个特征进行解调判断。
为保证故障——安全，双CPU除需对载频控制条件进行比较查对外，还需检查载频、低频信号，满足通频带及能量谱相对幅值要求时，以动态信号输出，通过“安全与门”控制执行环节。
3电缆模拟网络
为防止电容断线时，电压升高，采用四端头电容。
电感线圈采用高强度漆包线等工艺加强措施。
4调谐区短小轨道电路安全性的一般分析
（1）对小轨道电路“另阻抗”、“极阻抗”的分析
对f2而言，L1C1构成“零阻抗”。
对f1而言，L2C2构成“零阻抗”。
当构成“零阻抗”的元件故障时，均会造成“零阻抗”值的升高，降低两相邻轨道电路信号间的隔离性能，构成信号的越界传输。
对f1而言，L1C1与Lv构成“极阻抗”。
对f2而言，L2C2C3与Lv构成“极阻抗”。
当构成极阻抗回路元件故障时，一般均会构成并联谐振电路工作的破坏，使“极阻抗”值降低。
极阻抗降低一般在发送端造成送端轨面电压降低，同时也在接收端造成受端轨面电压降低及室内接收电压的降低，使故障倒向安全。
（2）小轨道电路工作稳定性及与故障检测判断的关系
轨道电路阻抗变化的影响:
主轨道电路发送器信号通过处于“极阻抗”的BA将信号送至主轨道电路和小轨道电路，轨道电路端阻抗由主轨道电路及小轨道电路的阻抗构成。
其中，主轨道电路的阻抗由于补偿电容的作用受道碴电阻rd的变化影响较小，约1Ω左右，小轨道电路阻抗受道碴电阻rd的变化影响更小。
这样送到轨面的送端信号电压基本处于恒定状态，小轨道电路工作较为稳定。
5调谐区断轨检查
将调协区做为一段仅29m长的短小轨道电路，正常工作时，接收端电流属于并联谐振槽路大电流的一部分。
在规定道碴电阻条件下，调谐区钢轨断轨时，该电流大幅度下降，使轨道继电器失磁。
6调谐单元BA断线的检查
调谐区轨道电路工作较为稳定。
利用BA断线对本区段频率信号绝缘节阻抗降低，对相邻区段频率信号绝缘节阻抗升高的原理，用调谐区轨道电路工作门限值即可实现对BA断线的检测。
经计算和经验表明:
1（送端BA断线，接收端电压降低约50%
2（受端BA断线，接收端电压升高约500~700%
接收器据1、2两项变化设置接收门限进行检测。
7轨道电路全程断轨检查
轨道电路全程断轨检查包括主轨道电路及与发送端相连的调谐区轨道电路两部分。
调谐区断轨检查的原理前面已叙及，以下仅就主轨道电路进行分析。
1（钢轨断轨分析的理论依照《轨道电路的分析与综合》（[苏]阿（米（布列也夫）关于由于钢轨断轨，两轨电流不平衡，形成两轨间互感的理论进行。
2（在直接用数学方法不能完成计算的前提下，根据《轨道电路的设置与性能》（[苏]阿（米（布列也夫）关于轨道电路的室内断轨实验电路，按照ZPW-2000轨道电路一次参数布置轨道模拟盘。
3（依影响“断轨检查”效果的诸因素，如:
载频频率、轨道电路长度、断轨地点、道碴电阻、补偿电容、钢轨对地不平衡（两端同侧接地）等，并按照既有ZPW-2000参数及仿真计算软件优选的参数进行试验，结论如下:
（1）主轨道电路在不利的断轨条件下，具有断轨检查保证，具有足够余量（断轨的接收器残压约为可靠落下值的50%以下）。
（2）主轨道电路在较长的传输长度条件下，具有断轨检查，其中补偿电容的设置起到关键的作用。
（3）在不设置补偿电容条件下，ZPW-2000载频频率满足断轨检查的轨道电路长度仅约700m
（测试数据略）。
（4）ZPW-2000轨道电路在钢轨同侧两端接地的条件下，仍具有断轨检查及0.15Ω的分路。
8钢轨对地不平衡对传输安全的影响及防护
钢轨对地不平衡系指轨道电路钢轨同侧两端部接地或与其它金属物相通形成第三轨的情况。
在实际运营中，现场已出现多次钢轨通过送受电端引接线、金属机箱外壳与地线相通，亦出现过与线路旁待更换长轨相碰出现第三轨的情况。
在ZPW—2000轨道电路中两运用钢轨由于电容补偿，已近似呈阻性传输状态。
“第三轨”的出现因与原二运用钢轨无补偿作用，对高频信号均呈感性线路（含两长运用钢轨及“第三轨”）。
故“第三轨”对ZPW-2000轨道电路传输调整、分路、甚至断轨检查、机车信号入口电流等均无显著影响。
ZPW—2000轨道电路在钢轨对地不平衡条件下，仍具有较高的安全性。
9补偿电容断线故障
钢轨呈现感性，在1700Hz~2600Hz有着甚的感抗值，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。
由于L与C的补偿，抵消了钢轨电感。
使AB、A’B’、BC、B’C’均呈现阻性，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。
5ZPW无绝缘轨道电路机械绝缘节的安全性
进站口、出站口机械绝缘节处，按照电气绝缘节参数设置ZPW的机械绝缘节时，用特制的SVA’替代29m调谐区参数Lv，与BA并联构成极阻抗。
当BA及SVA’任一环节发生故障时，均会造成“极阻抗”值的下降。
对于进站出口，将造成发送端轨面电压下降，从而使接收器输入信号下降，对于出站口，则造成受端轨面电压下降。
使故障导向安全。
六.结论:
1.法国UM71无绝缘轨道电路设备以其无机械绝缘、抗干扰性强、工作稳定及可升级为数字轨道电路（430系列）等特点，在世界21个国家有4万余套的广泛应用，韩国汉城——釜山高速线路也含其中。
有了时速300km高速铁路及1700A牵引电流重载线路的长期、成熟运用经验。
机车信号作为主体信号已运用20余年。
2.ZPW-2000型无绝缘轨道电路是在法国UM71无绝缘轨道电路技术引进基础上，结合国情进行提高系统安全性和系统传输性能的技术再开发。
3.当前，在评价轨道电路问题时已不在局限于简单的调整、分路、机车信号入口电流几项传统要求。
根据国外轨道电路现状及国内多年运用已经几度出现的重大安全问题，如:
断轨检查;钢轨对地不平衡分路;轨道电路运用中接收器固有信干比等。
另外，钢轨对地不平衡时的断轨、分路死区、轨道电路的隔离性能及故障条件下的检测等诸多问题。
这些都已成为评价轨道电路传输，特别是传输安全性的重要因素，得到人们的普遍理解和认同。
这些问题也构成了考虑“机车信号作为主体信号”安全性的必然前提条件。
4.ZPW-2000无绝缘移频自动闭塞无论在电气还是在机械绝缘节轨道电路中，较法国UM71轨道电路都有着长得多的传输距离，在满足我国0.25,1.5Ω•km各种道碴电阻道床传输、20km,30km的站间距离及采用国产SPT数字信号电缆等方面都使系统性能价格比大幅度提高。
第一章原理说明
1（系统原理
ZPW-2000A型无绝缘移频轨道电路系统，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，由空心线圈、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
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