ZPWA无绝缘轨道电路的结构和工作原理.docx

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ZPWA无绝缘轨道电路的结构和工作原理

一、发送器

1.结构：

 发送器为模块化结构，内部由数字板、功放板两块集成电路板组成，外罩为黑色网罩。

底座固定在机柜内，由6块NS1模块座构成，通过机柜内的U型槽将发送器固定在底座上，并用钥匙顺时针旋紧锁闭。

 发送器的实物和底座如图所示。

2.作用

1）用于产生高精度、高稳定的18种低频信号调制的8种移频信号；      

2）有输出足够功率的移频信号； 

3）所产生移频信号的电平可以满足不同轨道电路的使用。

3.工作条件

1）电源。

+24V和024V，且电压符合《维规》标准，极性正确。

必须给发送器供入24V直流电，发送器得到能量才能工作；      

2）载频条件。

有且只有1路载频的选择，且有-Ⅰ型或-Ⅱ型的选择； 

3）低频条件。

有且只有1路低频的选择；

4）电平条件。

发送器设立了10级输出电平，必须指明是哪一级且对电平连接端子做相应连接，发送器才能工作；

5）功出无短路。

4.工作原理

1）检测

第一级检测，CPU1命令移频发生器产生的Fc信号回送到CPU1和CPU2进行检测、校对，正确后输出控制信号，打开控制与门，Fc到达数/模转换器。

不正确不输出控制信号，Fc终止向下传输；

第二级检测，经过功率放大的Fc再回送到CPU1和CPU2进行检测、校对，正确后输出控制信号，打开安全与门，使FBJ吸起，信号向钢轨方向传送。

不正确则安全与门关闭，FBJ落下，信号终止向钢轨方向传送，此时FS的工作由冗余FS代替；  

2）转换。

移频发生器产生的信号是数字信号，不能在轨道电路中传输，必须经过模拟转换； 

3）功放。

数/模转换器输出的信号幅值很小，仍然不能在轨道电路中传输，需要放大。

5.底座端子名称、用途

底座上共装有6块NS1端子，共43个接线点。

这些接线点分别接向机柜零层端子，用作电源引入、低频条件、载频条件、电平条件、FBJ线圈、输出等，如图所示。

F1~F18为低频控制端子，1700、2600、-1、-2为载频控制端子，1~12为电平控制端子，S1、S2为功放输出端子，V1、V2为功放测试端子，FBJ1、FBJ2为FBJ线圈端子，+24和024为电源输入端子。

6.输出电平的控制

发送器设计了10级电平，通过调整底座端子来改变发送器输出信号的电平等级数，从而控制输出信号的大小，底座端子和电平等级的对应如表。

7.输出载频的控制

发送器设计了8种载频，通过底座端子接入+24V电源控制载频的输出，底座端子连接与输出载频的对应。

-1代表+1.4Hz，-2代表-1.3Hz。

8.输出低频的控制

本闭塞分区内传送低频频率为多少的信号，取决于前方闭塞分区的占用情况，亦即低频要受到前方轨道继电器条件的控制，把这种控制称为“低频编码”，对应的电路称为低频编码电路。

通过继电器条件的连接，可以输出10.3～29Hz间隔为1.1Hz的18种低频频率。

发送器底座端子连接和输出低频的对应。

9.冗余

    发送器采用+1方法冗余，即车站两端上行线所有发送器设置一个发送器作为备用、车站两端下行线所有发送器设置一个发送器作为备用。

    任意一个主发送器故障，由备用发送器接替工作，并报警。

两个及其以上发送器故障，只能接替靠近电路“始端”的主发送器工作，其他故障的发送器不被接替工作。

发送器的冗余电路如图。

N+1”故障转换电路说明

     多台设备故障时，只能倒换其中一台。

所以“+1”发送盘FS，在用于区间各信号点发送盘FS故障倒换时，应按优先级别进行。

优先级由工程设计时确定。

一般可按先下行、后上行、先离去、后接近、再一般闭塞分区的顺序进行倒换。

     由于“+1”发送盘FS随时需要“顶替”不同区段、不同信号点处的发送盘FS进行工作，同时还需满足不同区段、不同信号点对发送盘的不同要求。

因此“+1”发送盘FS必须有相应的故障倒换电路来保证这些要求的实现。

     “N+1”故障转换电路主要考虑三方面问题，一是发送通道的选择，即决定“+1”发送盘产生的移频信号送往哪个闭塞分区；二是编码条件选择，决定“+1”发送盘应该选用哪个区段的编码条件进行编码；三是载频选择，决定“+1”发送盘此时采用何种载频进行移频信号调制。

以上三个方面的条件选择，均由故障倒换电路完成。

      当某发送盘FS的发送报警继电器FBJ落下时，则通过FBJ落下接点自动将通道转接至发生故障的区段，自动接入该区段的编码条件，自动选通相应载频电路。

    +1发送器接替主发送器工作时，必须做到与主发送器的“三个一致”，即低频要与主发送器一致，载频要与主发送器一致，电平要与主发送器一致通过主发送器的FBJ接点，为+1FS接通相应条件做到了三个一致。

    +1FS只有在自身状态良好时才能接替故障主发送器工作，即只有在+1FBJ吸起时，+1FS才有输出。

+1FS平时工作在低频29Hz、载频2600Hz、电平5级状态下，如果+1FS平时不工作，+1FBJ落下，仍然报警。

10.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。

11.载频频率

下行：

1700-1  1701.4Hz    上行：

2000－1  2001.4Hz

      1700-2  1698.7Hz           2000－2  1998.7Hz

      2300-1  2301.4Hz           2600－1　2601.4Hz

      2300-2  2298.7Hz           2600－2  2598.7Hz

频偏：

±11Hz

输出功率：

105W（400Ω负载）

二、电缆模拟网络   

1.作用

1）雷电防护。

由于电缆敷设在室外，很容易将雷电引入到室内，所以要对电缆引入室内的雷电进行防护;

2）补偿电缆长度。

同一条线路上运行的列车有正向运行和反向运行两种情况。

为了在这两种情况下使机车能够连续地接收到轨道电路内传输的信号，在反向运行时要求轨道电路的发送端和接收端交换位置。

2.防雷方式

1）横向雷电防护。

采用耐压为280V防护等级的压敏电阻防护，电阻具有模块化、阻燃性;

2）纵向雷电防护。

采用低转移系数（隔离模式）防雷变压器防护。

3.电路原理

1）模拟网络的每一节由两个四头电容、一个隔离变压器、两个电阻组成，相当于一个四端网络。

2）一个站防雷模拟网络由6节电路构成，这6节电路补偿的电缆长度分别为0.5km两节、1km一节、2km两节、2x2km一节、横向防雷一节、纵向防雷一节。

3）电缆模拟网络电路图。

4）模拟长度-实际电缆长度=要接入模拟的长度。

接入模拟长度由0.5km、1km、2km、4km电路节搭配接入组成。

电缆模拟网路及其组匣实物如图。

5）实例

规格型号：

ZPW·XML1

外形尺寸：

880×484×178（mm） 

重量：

约30kg

三、匹配变压器   

1.作用

1）匹配。

高频信号在传输过程中要求传输线路的阻抗保持一致，否则在阻抗交换点处就会形成很大的衰减，从而使高频信号不能跨越阻抗交换点而影响信号的传输。

发送器的内阻非常高，钢轨的内阻非常低，发送器发送的高频信号经电缆传至钢轨，这中间必然存在阻抗转换点，因而必须在这中间加设阻抗匹配器。

阻抗匹配器起到了这个作用。

2）变压。

为了降低电缆线路上的损耗，发送器发送的高频信号必须是高电平，这个高电平到达钢轨后不能直接加在钢轨上，需要变压降低后加载。

匹配变压器在这里起到了降低电压的作用，匹配变压器内的变压器变比为1：

9。

2.工作原理

匹配变压器安装在轨道边，盒内的V1、V2端子用引接线和调谐单元的引线端子连接，E1、E2端子用电缆线接至分线盘或分线盒。

送电端：

室内送来的高频信号经过L1、L2到变压器的一次侧，经过降压到二次侧，经过C1、C2到钢轨。

受电端：

钢轨送来的高频信号经过C1、C2到变压器的二次侧，经过升压到一次侧，经过L1、L2到分线盘或分线盒。

四、电气绝缘节   

1.调谐单元

1）调谐单元分为两种。

一种由一个电感和一个电容构成，称为F1,安装在钢轨上传输1700Hz、2000Hz频率信号一侧；

一种由一个电感和两个电容构成，称为F2,安装在钢轨上传输2300Hz、2600Hz频率信号一侧。

2）F1、F2成对配置，不能互换位置，相距29m。

3）调谐单元电路类型及实物如图所示。

2.空芯线圈

1）作用。

①在电气化牵引区段平衡钢轨中的牵引电流

②在复线电气化牵引区段将上、下行对应空芯线圈中心抽头连接起来，平衡上、下行线的牵引电位

③改善电气绝缘节的品质因数，提高调谐区工作的稳定性。

2）材料。

采用直径1.53mm、19股电磁绕制而成，电感量为33μH，直流电阻为4.5mΩ，交流电阻为4.5mΩ。

3）实物图。

4）空芯线圈的安装

通过螺栓固定在轨道旁的基础上，通过带绝缘护套的多芯铜线与两根钢轨相连。

多芯铜线长度为3m和1.5m。

为保证安全每边通常使用两根；一根焊接在固定的轨低上部，另一根采用塞钉固定在轨腰上。

SVA和BA一样，只检测不修，故障报废。

3.闭塞分区载频频率的配置

根据电气绝缘节的工作要求，整个自动闭塞区间相邻的闭塞分区内传输的移频信号的载频不能相同。

依据这个原则，自动闭塞区间内各闭塞分区传输的移频信号的载频遵循“交叉配置”的原则配置，即下行线用1700-1、2300-1、1700-2、2300-2四种载频交叉配置，上行线用2000-1、2600-1、2000-2、2600-2四种载频交叉配置。

4.作用

1）由空芯线圈和成对的调谐单元组成。

2）调谐单元安装在29m的调谐区两端，空芯线圈安装在29m调谐区的中央。

3）这三个器材与钢轨内存在的电感共同作用，完成两段闭塞分区的电气隔离。

5.工作原理

（1）调谐单元BA1700的L1C1串联谐振在2300HZ，对2300HZ呈现较低阻抗（约几十毫欧姆），称“零阻抗”相当于短路，使2300HZ的信息不能进入载频为1700HZ（2000HZ）的轨道电路1区段。

（2）调谐单元BA2300的L2C2串联谐振在1700HZ，对1700HZ呈现较低阻抗（约几十毫欧姆），称“零阻抗”相当于短路，使1700HZ的信息不能进入载频为2300HZ（2600HZ）的轨道电路2区段。

（3）BA1700对载频1700HZ来说，L1C1串联支路相当于一个电容，此电容与调谐区钢轨电感（29m）、空芯线圈电感构成并联谐振，并联谐振阻抗较大（2欧姆左右），相当于开路状态,使1700Hz调制信息向轨道电路1传送。

（4）BA2300对载频2300HZ来说，L2C2串联支路相当于一个电感，此电感与调谐区钢轨电感（29m）、空芯线圈电感一起与BA2300的并联电容C3构成并联谐振，呈现较高阻抗，并联谐振阻抗约2欧姆，对接收轨道电路2传来的2300HZ调制信息产生较高电压，被接收器接收，动作轨道继电器。

五、补偿电容   

1.作用

1）提高运输效率。

2）提高分路灵敏度。

3）实现断轨检查。

2.设置方法

1）数量。

按照公式确定数量。

主轨道长度÷100=N，N为整数，则补偿电容数M=N;N为整数+分数，则补偿电容数M=N+1。

2）间隔。

主轨道长度÷M=间隔长度△（此长度小于或等于100m）

3）设置。

补偿电容采用等间距布置。

①靠近调谐单元的补偿电容距调谐单元1/2间距；②其他补偿电容等间距设置。

布置如图。

3.工作原理

①问题

高频信号在钢轨中传输时，钢轨表现出较高阻抗，这个阻抗远远大于道床电阻，因此大部分信号被道床电阻分流，信号的传输距离大大缩短，使轨道电路无法正常工作。

②解决方法

在两条钢轨间每隔一定距离加设一个电容，加设的电容和钢轨中的电感形成谐振，从而降低了钢轨阻抗，提高了传输距离，使钢轨中的信号可以从送端顺利地传输到受端。

③注意事项

补偿电容是易损器材，在维修中要加强检查、加强维修。

特别是靠近调谐单元的电容，由于这个电容既起对信号的补偿作用，又参与了调谐单元的谐振，因而靠近调谐单元的电容更重要。

处在主轨道中间的一个电容故障可能不会导致轨道电路故障，但靠近调谐单元的电容故障，就会导致轨道电路故障。

在维修中要周期性地测量判断电容的好坏，确保轨道电路工作正常。

六、衰耗器   

1.作用

1）将钢轨送来的轨道信号，变换为两路，一路为轨出1信号，一路为轨出2信号。

2）调整轨出1、轨出2信号的大小，便于接收器使用。

3）将轨道电路各个电气测试点，引至盘面测试孔，便于测试掌握轨道电路各点电压，诊断轨道电路的运用情况。

4）提供电源使用和轨道电路空闲、占用表示。

5）接通移频报警和为微机监测提供条件。

2.衰耗器工作原理

1）信号变换。

由轨道电路受电端送来的信号称为轨入信号，轨入信号经c1、c2端子进入衰耗器，经B1变压器输出，成为接收器使用的轨出1信号。

在B1一次侧再引出一路信号，该信号经过调整电阻、B2变压器输出，成为接收器使用的轨出2信号。

2）幅值调整。

接收器要求轨出1中的主轨信号大于330mV，当主轨信号的幅值小于330mV时，可以通过调整B1变压器二次抽头实现。

现场把主轨信号调整到700～1000mV。

接收器要求轨出2中的小轨信号在110～330mV之间。

当小轨信号小于110或大于330mV时，通过调整电阻将小轨信号调整在110～330mV范围内。

主轨信号、小轨信号的调整应该按照《铁路信号维护规则》技术标准中的调整表进行。

衰耗器信号变换幅值调整电路如图。

3）电平测试、状态表示。

将轨道电路各个电气测试点，引至盘面测试孔，便于测试掌握轨道电路各点电压，诊断轨道电路的运用情况。

为了掌握轨道电路的运用情况，了解发送器、接收器的工作情况，在衰耗器面板上设计了3个表示灯、13对（4组）测试孔，如图。

4）报警监测。

①报警

衰耗器为YBJ设计了光电通路，当每个发送器的FBJ吸起条件构成，即各发送器工作正常时，光电通路打开，YBJ吸起；任意一个FBJ落下，YBJ就会落下，接通移频报警电路，控制台发出声光报警信号。

②监测

衰耗器为微机监测设计了采集条件，监测FBJ、JBJ的状态。

报警监测电路如图2-21所示。

3.底座端子用途

衰耗器底座端子固定使用，各端子用途见表。

衰耗器类型

使用两种类型：

ZPW·PS型与ZPW·PS1型

两者作用、原理都基本一样，仅在测试塞孔引出方面有差异。

七、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33.3mV;

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）。

接收器双机并联运用原理框图

  由本接收“主机”及另一接收“并机”两部分组成，构成成对双机并联运用。

接收器工作原理框图 

  主轨道A/D、小轨道A/D为模数转换器，并机输入的模拟信号转换成计算机能处理的数字信号。

  CPUl、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：

将两路处理器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，由处理器进行判决，确定接收盒的接收频率。

  接收盒根据外部所确定载频条件，送至两处理器，通过各自识别，并通信，比较确认—致，视为正常，不—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。

两套处理器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。

   如果双处理器的结果不一致，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，如果处理器有动态输出，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。

接收器工作必备的条件

1.有工作电源+24V、O24V，且电压符合《维规》标准；

2.有且只有1路载频的选择；    

3.有-1型或-2型的选择；    

4.有X1型或X2型的选择。

工作电源

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。

轨道电路

分路灵敏度为0.15Ω，分路残压小于140mv（带内）。

主轨道无分路死区；调谐区分路死区不大于5m；

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。

传输长度。

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。