ZPWA型轨道电路的原理.docx

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ZPWA型轨道电路的原理

题目ZPW-2000A型轨道电路的原理和技术条件

摘要

ZPW-2000无绝缘轨道电路换装施工是全路第五次提速调图工程中最重要，最紧迫的信号工程，此次工程要求高、任务重、工期短，而且全路没有现成的开通测试项目集经验。

通过对ZPW-2000无绝缘轨道电路的开通，维护测试，我们认为该轨道电路技术指标的测试调整是开通过程中最关键的无绝缘轨道电路的开通，维护测试，我们认为该轨道电路技术指标的测试调整是开通过程中最关键的一个环节，也是日常维护工作中的最重要的一个环节。

本论文主要阐述了ZPW-2000A无绝缘轨道电路是通过仿真技术开发的，是我国目前最先进的无绝缘、对信息移频轨道电路，其传输安全性、传输长度、可靠性、可维修性能较好，对器材的安装标准和系统指标要求十分严格。

本论文主要阐述了ZPW-2000A无绝缘移频自动闭塞系统的特点、构成、原理说明、区间通过信号机的设置、补偿电容的设置、闭塞区分电路等。

通过本次设计，初步掌握了ZPW-2000A的工作原理、故障处理步骤、方法、内容。

关键词ZPW-2000A；无绝缘；轨道电路

Abstract

ZPW-2000jointlesstrackcircuitdeviceconstructionisregionfifthspeed-increasingandreschedulingprojectthemostimportant,themosturgentsignalengineering,theengineeringrequirements,thetaskisheavy,shortconstructionperiod,andthewholeregionwithoutoff-the-pegopeningtestprojectexperience.BasedontheZPW-2000jointlesstrackcircuitisopened,maintenanceandtest,wethinkthatthetrackcircuittestingadjustmentisopenedduringthemostcriticalofjointlesstrackcircuitopening,maintenanceandtest,wethinkthatthetrackcircuittestingadjustmentisopenedduringthemostcruciallink,anddailymaintenanceintheworkofoneofthemostimportantlinks.

ThispapermainlyexpoundstheZPW-2000Ajointlesstrackcircuitisthroughthesimulationtechnologydevelopment,iscurrentlyChina'smostadvancedwithoutinsulation,oninformationfrequencyshifttrackcircuit,thetransmissionsecurity,thetransmissionlength,reliability,goodperformanceofequipmentrepair,installationstandardandsystemofindicatorsareverystrict.

Throughthisdesign,thepreliminarymasterZPW-2000A'sworkingprinciple,faultprocessingsteps,methods,content

KeywordsZPW-2000A;jointlesstrackcircuit;

第2章ZPW-2000A无绝缘移频自动闭塞系统概述3

2.1ZPW-2000A概述3

2.2ZPW-2000A型无绝缘移频自动闭塞系统特点3

2.4.1环境条件5

2.4.2发送器5

2.4.3接收器5

2.4.4直流电源电压范围5

2.4.5系统冗余方式6

2.5轨道电路传输安全性6

第3章原理说明7

3.1系统原理8

3.2电路工作原理及冗余设计8

3.2.1发送器9

3.2.2接收器9

3.2.3衰耗盘9

3.2.4防雷模拟网络盘9

3.2.5空心线圈9

3.2.6补偿电熔10

第4章区间通过信号机布置11

4.1区间通过信号机布置原则11

第5章移频柜和综合柜布置图12

5.1移频柜12

5.2综合架设备布置图12

5.3区间组合架设备布置图12

结论13

致谢14

参考文献15

第1章绪论

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。

第2章ZPW-2000A无绝缘移频自动闭塞系统概述

2.1ZPW-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。

DS6-K5B系统的联锁软件，在通号院DS6系统联锁软件基础上移植生成。

保留了通过铁道部计算机联锁检验站测试的联锁软件的核心程序和数据结构。

保证新系统的联锁功能满足我国车站计算机联锁技术条件的要求。

控显机和监测机的应用软件，由我院承担，在WindowsNT操作平台重新进行了开发，使得操作界面得到改善，功能进一步提高。

2.2ZPW-2000A型无绝缘移频自动闭塞系统特点

分肯定、保持UM71无绝缘轨道电路整体结构上的优势；解决了调谐区断轨检查，实现轨道电路全程断轨检查；减少调谐区分路死区；实现对调谐单元断线故障的检查；实现对拍频干扰的防护；通过系统参数优化，提高了轨道电路传输长度；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；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；采用长钢包铜引接线取代75m㎡铜引接线，利于维修；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时间。

2.3ZPW-2000A型无绝缘轨道电路系统构成

2.1.1室外部分

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。

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。

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。

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。

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。

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。

2.1.2室内部分

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。

发送器“N+1”冗余系统原理及接线图将在第六章进行详细阐述。

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：

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。

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。

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。

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。

2.4系统主要技术条件

2.4.1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。

2.4.2发送器

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。

载频频率载频（Hz）-1（Hz）-2（Hz）17001701.41698.720002001.41998.723002301.42298.726002601.42598.7

频偏：

±11Hz

输出功率：

70W（400Ω负载）。

2.4.3接收器

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。

2.4.4直流电源电压范围

直流电源电压范围：

23.5V~24.5V。

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。

 3.1.3复核驱动层

2.4.2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  。

2.5轨道电路传输安全性

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。

 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。

调谐区短小轨道电路安全性的一般分析对小轨道电路“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。

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。

第3章原理说明

3.1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，这样便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型无绝缘移频轨道电路将轨道电路分为主轨道电路和调谐区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”。

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。

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。

3.2电路工作原理及冗余设计

3.2.1发送器

用途ZPW-2000A型无绝缘移频轨道电路发送器在区间适用于非电码化和电码化区段18信息无绝缘移频自动闭塞，供自动闭塞、机车信号和超速防护使用。

在车站可适用于非电码化和电码化区段站内移频电码化发送，并可作站内移频轨道电路使用。

3.2.1发送器

用途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.

接收器双机并联运用原理接收器由本接收“主机”及另一接收“主机”两部分构成。

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主机。

B主机输入接至B主机，且并联接至A主机。

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主机相应执行对象。

3.2.3衰耗盘

用途用作对主轨道电路及调谐区小轨道电路的调整（含正、反方向）；给出发送器、接收器用电源电压，发送器功出电压和轨道继电器（含GJ、XGJ）电压测试条件；给出发送器、接收器的故障报警、轨道状态及正反向运行指示灯等。

3.2.4防雷模拟网络盘

用途用作对通过传输电缆引入至室内雷电冲击的防护（横向、纵向）。

通过0.5、0.5、1、2、2、2×2km，以便于轨道电路的调整和构成改变列车运行方向。

电路原理介绍横向压敏电阻采用V20-C/1280V20KA（OBO）或275V20KA（DEHNguard），用于对室外通过传输电缆引入的雷电冲击信号的防护。

低转移系数防雷变压器用于对雷电冲击信号的纵向防护，特别在目前钢轨线路旁没有设置贯通地线的条件下，该防雷变压器对雷电防护有显著作用。

3.2.5空心线圈

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，保证工作稳定性。

电路原理简要说明该线圈用19×1.53mm电磁线绕制，其截面积为35mm，电感约为33μH，直流电阻4.5mΩ。

中间点引出现作等电位连接。

空心线圈设置在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。

设I1、I2有100A不平衡电流，可近似将空心线圈视为短路，则有I3=I4=（I1+I2）/2=450A。

由于空心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。

对于上、下行线路间的两个空心线圈中心线可等电位连接，一方面平衡线路间牵引电流，一方面保证维修人员安全。

3.2.6补偿电熔

保证轨道电路传输距离；2、保证接收端信号有效信干比；3、实现了对断轨状态的检查；4、保证了钢轨同侧两端接地条件下，轨道电路分路及断轨检查性能

第4章区间通过信号机布置

自动闭塞区段的区间划分成若干闭塞分区，每个闭塞分区的分界处设立通过信号机，站内和区间均装设轨道电路。

当闭塞分区由列车占用或线路断轨故障时，通过轨道电路的传输和信号机的显示，将闭塞分区的占用状态自动的通知追踪列车，实现区间自动闭塞。

采用这种设备的区间，两站之间同时同方向可以运行两列或两列以上的列车，因而提高了区间通过能力，为了确保行车安全，《铁路技术管理规程》第63条规定：

“通过信号机应设在闭塞分区或所间区间的分界处。

自动闭塞区段的通过信号机，不应设在停车后可能脱钩的处所，并尽可能不设在起动困难的地点。

”“当采用8min及以下列车追踪运行间隔时间，在满足列车制动距离及自动停车装置动作过程中列车走行距离的条件时，可小于1200m,但不可小于1000m。

”等等。

可以看出，通过信号机的设置位置与机车牵引重量、运行速度、时间、线路条件及制动距离等因素关系极为密切。

4.1区间通过信号机布置原则

.区间通过信号机在以货运为主的线路上，应按货物列车运行速度曲线及时间点布置，但闭塞分区长度应满足高速旅客列车的制动距离要求；在以客运为主的线路上，应按旅客列车运行速度曲线及时间点布置；.区间通过信号机应在车站进站、出站信号机位置确定后开始布置

.为了节省投资及维修方便，上、下行方向的通过信号机，在不影响行车效率和司机了望的情况下，尽可能并列布置；在利用动能闯坡和在列车停车后可能脱钩的处所，不宜设置信号机。

在起动困难的坡道上，也应尽量避免设置信号机，如必须设置时，应装设容许信号。

但进站信号机前方第一架通过信号机不得装设容许信号，并应涂三条黑斜线，进站信号机前方第二架通过信号机应涂一条黑斜线，以与其它通过