闭环电码化讲义.docx

1、闭环电码化讲义闭环电码化技术北京全路通信信号研究设计院2005年4月 北京前 言车站电码化技术是保证铁路运输安全的一项重要技术。本书主要介绍ZPW2000系列站内闭环电码化技术及配套器材的内容，从科研角度，对电码化闭环检查的必要性、关键技术、电路原理和主要设计原则等方面进行了阐述。其中包括非电化牵引区段交流连续式轨道电路（480轨道电路）及25 Hz相敏轨道电路叠加ZPW2000系列闭环电码化技术。电化牵引区段25Hz相敏轨道电路叠加ZPW2000系列闭环电码化技术。ZPW2000系列闭环电码化主要包括下面六种类型： 二线制电化区段25 Hz相敏轨道电路叠加ZPW2000闭环电码化。 二线制非

2、电化区段25 Hz相敏轨道电路叠加ZPW2000闭环电码化。 二线制非电化区段480轨道电路叠加ZPW2000闭环电码化。 四线制电化区段25 Hz相敏轨道电路叠加ZPW2000闭环电码化。 四线制非电化区段25 Hz相敏轨道电路叠加ZPW2000闭环电码化。 四线制非电化区段480轨道电路叠加ZPW2000闭环电码化。本资料只对前四种类型进行详细介绍，另外两种类型可参照执行。1系统简介1.1项目的必要性在信号系统设备中，电码化技术是一个重要的组成部分，它对于加强站内行车安全以及机车信号的发展一直起着重要作用。为保证提速后铁路运输的安全，站内电码化信息应能够连续不断地向机车发送，使机车能够随时

3、可靠地接收到电码化信息。目前切实可行的解决办法就是采用逐段预叠加电码化方式。逐段预先发码时，列车接近后任一瞬间均有两个区段在发码，为防止相邻轨道的送、受电端相混以及列车头部所在区段的入口电流值满足机车信号接收灵敏度的要求，故在设计控制电路时必须保证发送盒任一瞬间每一路只向一个区段发码。目前，国内铁路繁忙区段均采用预叠加电码化方式。预叠加电码化主要分为：站内交流连续式轨道电路（俗称480轨道电路）预叠加国产8、18信息、ZPW2000系列移频电码化，应用在非电化区段。站内25 Hz相敏轨道电路预叠加国产8、18信息；法国UM71、国产WG-21A、ZPW2000系列移频电码化，主要应用在电化区段

4、。根据铁路信号自动闭塞工程需要，为满足机车在站内能通过轨道接收到机车信号信息的要求，站内轨道电路必须实施电码化。而且要求正线电码化在列车行驶过程中，要确保连续性。侧线电码化为占用发码方式的叠加电码化。自1988年下半年起，在全路推行“车站股道电码化”时，我专题组曾按部科技司下达的科研任务的要求，研制了多种轨道电路的多种机车信号电码化，并在全路已推广数千车站。但因当时没有提出适应超速防护装置的需要，即对发码连续性的要求，故该制式是只在满足列车运行速度100 km/h以下时，保证机车信号工作的前提下，同时解决轨道电路的自动恢复问题，故而采用了叠加的发码方式，但不符合预叠加电码化的要求。正线区段电码

5、化在时间上不允许有中断时间，原来“车站股道电码化”的叠加发码方式必须改为“预先发码”的方式，即列车占用前一个区段时，本区段就应预先发码。采用预叠加电码化，列车占用正线区段内任一区段时，其前方（指列车前进方向）区段应预先发码，彻底消除了中断时间。采用逐段预先发码的叠加方式，不难看出：任一瞬间均有两个区段在发码，即发送盒的输出端子接向轨道，而叠加发码时轨道电路的送、受电端与电码化发送线是并联的，这就造成相邻两个区段送、受电端也相连，即我们俗称的“相混”，这当然是不允许的，必须予以克服。发码方式为叠加发码，发码和轨道电路送、受电端是并接的，由此引起轨道电路附加支路的衰耗。由于改变了轨道电路的调整和分

6、路性能，其极限长度能否达到1.2 km，是必须加以确认的技术问题。电码化轨道电路在机车信号入口电流和轨道电路的调整和分路两方面均应满足各自的技术要求。由于本项目必须叠加发码方式，这就要求接口设备中的隔离元件具有故障安全性能，使电缆芯线间的电码化电压当隔离元件出现任何故障时，串入到JZXC-480或JRJC1-70/240二元二位轨道继电器的电流或电压均不得使之错误励磁。现有的站内电码化由于是两个技术叠加合成，存在两层皮问题，系统发出的机车信号信息仅仅是叠加在轨道电路上，而其信息是否确实发送到了轨道上，并未得到有效的检测（现有的检测报警电路只是检测发送设备本身是否正常工作，而不能检测整个系统的工

7、作是否完好）。随着列车运行速度进一步提高，靠地面信号机的显示已不足以保证行车安全，装备主体机车信号已势在必行的情况下，现有车站电码化技术将不能保证列车在站内的行车安全。解决这一问题的办法，就是对站内电码化发码电路实现闭环检查（报警），有条件时可纳入联锁。目前的叠加预发码只能做到逐段闭环检查，不满足全部进路检查的需求。因此，应开展这方面的研究，寻找妥善解决办法。要实现机车信号主体化，控制列车运行的多种信息由地面信号设备通过轨道向列车的车载信号设备发出，这就对地面信息发送设备的安全性和可靠性提出了更高的要求，对地面设备来说，首先应实现地面设备信息发送的闭环检测，即能够实时检测信息是否确实发送至轨道

8、，若检测出信息未能发至轨道，系统将立即作出反应，向列车发出足以保证运行安全的信息，并发出设备故障报警。具有闭环检查的电码化是由电码化发送设备、传输通道、电码化闭环检查设备等设备构成，用于给机车信号提供可靠的地面信息，保证行车安全和提高运输能力的系统。结合中国铁路实际，考虑到未来的发展，本着叠加配置、系统升级、兼容的原则。针对我国主要干线设备装备现状，在现有模式下采取强化改造措施，实现主体化机车信号。1.2研制过程 2004年6月2、10、15日，7月4、20日，9月16日铁道部召集通号总公司研究设计院、铁科院通号所、北京交通大学等单位的工程技术人员，专题研究了站内轨道电路机车信号主体化（含超速

9、防护（ATP）专题会议。会议根据我国铁路跨越式发展的战略部署，以机车信号主体化与200km/h提速区段ATP为目标，重点研究了我国铁路站内轨道电路的现状，机车信号主体化（含ATP）面临的问题，确定了研究的课题，明确了任务。站内电码化由于是两个技术叠加合成，存在两层皮问题，解决这一问题的办法，就是对站内电码化发码电路实现闭环检查（报警），并纳入联锁关系。叠加预发码只能做到逐段闭环检查，不满足全部进路检查的需求。因此，应开展这方面的研究，寻找妥善解决办法。2004年9月17日铁道部组织在北京召开闭环电码化方案审查会。“ZPW-2000闭环电码化及机车信号载频自动切换方案”，重点解决了站内电码化闭环

10、检查功能；克服了邻线干扰对主体化机车信号所带来的安全隐患；从地面到车载设备提出了系统解决机车信号载频自动切换方案。该方案为实施机车信号主体化奠定了重要技术基础。为进一步验证该方案的可行性，决定在乌鲁木齐局结合兰新线自动闭塞“三改四”工程进行现场试验验证。根据会议精神，项目组在9月底完成室内实验和设计工作，2004年10月12日、19日分别开通七克台和红旗坎两试点站。两站均为非电化区段480轨道电路叠加ZPW-2000A闭环电码化。1.3技术审查意见2004年11月910日在乌鲁木齐通过铁道部审查。审查意见如下：1.3.1 闭环电码化在既有车站叠加预发码技术的基础上，采用闭环实时检测技术、相邻股

11、道（线路）配置不同载频和机车信号载频锁定等措施，解决了机车信号邻线干扰问题，满足主体化机车信号的要求，为列车超速防护系统创造了条件。1.3.2 机车信号载频自动切换采用在特定地点和特定时机发送25.7Hz识别码的方法，实现了机车信号载频的自动识别和锁定；股道两端发码能兼顾通用机车信号。方案简便易行，实施性、操作性强。1.3.3 正线采用多路并联发码，检测盘采用了8路A/D转换、多路DSP数字信号处理技术、双CPU安全与门输出、可预选设定正反向载频解码及灵活控制检测条件与时机等新技术。系统设计紧凑，具有较好的技术经济比，检测盘采用双套热备、并机工作，提高了可靠性，技术上有较大创新。1.3.4 主

12、体化机车信号车载设备能够准确识别并自动锁定载频，逻辑正确、动作正常、工作稳定，达到了技术要求。1.3.5 在没有列车折返作业的车站，股道应采用一套发码设备。1.3.6 闭环电码化系统符合故障安全的要求，具备了接入联锁的条件。经现场测试和试验，闭环电码化满足系统设计要求，不影响轨道电路的安全工作特性。审查委员会认为该项技术基本成熟，同意通过技术审查，可上道使用。经现场测试和试验，闭环电码化满足系统设计要求，不影响轨道电路的安全工作特性。审查委员会认为该项技术基本成熟，同意通过技术审查，可上道使用。1.4项目总体设计原则1.4.1 “着眼当前、兼顾未来”为原则，结合中国实际，研究适于干线铁路提速需

13、要的既有线实现主体化机车信号电码化控制系统技术方案；1.4.2 采用先进、成熟的系统方案；分析研究国外相关技术的发展，消化吸收引进设备的先进技术，积极采用国内现有的研究成果；1.4.3 规范制订中充分考虑未来发展，选用系统化、模块化的结构，便于系统的升级换代。1.5系统总体设计方案既有线实现主体化机车信号电码化控制系统的基本构成如下：图1.既有线实现主体化机车信号电码化控制系统框图系统主要由5大部分设备构成：电码化发送设备；电码化闭环检测设备；轨道电路设备；电码化和轨道电路接口设备；电码化和轨道电路信息传输媒介。利用轨道电路检查车列的占用，利用闭环检查的电码化通过信息传输媒介轨道电路、点式信息

14、传送给安装在列车上的车载设备，自动监控列车，确保列车安全、高效地运行。1.6系统功能描述1.6.1 为主体化机车信号提供安全信息传输设备。1.6.2 地对车安全信息传输设备是实现主体化机车信号的关键设备，设备除满足信息传输的功能需求外，还必须符合信号故障安全的设计原则，达到可靠性、可用性和稳定性。1.6.3 实现监测、故障报警的功能。1.6.4 系统设置维护终端，可实现对系统设备状态的监测、故障报警功能。根据需要，还可为集中监测系统提供必要的监测信息。1.7主要工作原理采用冗余的电码化控制系统，实时监测电码化的完好，不影响站内轨道电路正常工作。为机车信号设备提供安全可靠的地面信息。集中检测维护

15、机：监测各模块或单元板的故障，故障记录，站内报警，构成局域网，向远端维护站工区，段站传送数据。2闭环电码化技术条件（暂行）2.1范围本标准确立了铁路车站电码化的基本原则，是电码化技术研究和工程设计的技术准则。本标准界定了电码化相关的术语。本标准适用于铁路车站及枢纽。2.2规范性引用文件下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。TB 454-81 铁路信号名词术语TB 1000799 铁

16、路信号设计规范TB 100712000 铁路信号站内联锁设计规范TB 30602002 机车信号信息定义及分配TB/T 3073-2003 铁道信号电器设备电磁兼容性试验及其限值 EC62278 铁路应用：可靠性、可用性、可维护性和安全性（RAMS）规范和说明IEC61508 电气/电子/可编程电子安全相关系统的功能安全2.3术语和定义下列术语和定义适用于本标准。2.3.1电码化由轨道电路转发或叠加机车信号信息技术的总称。2.3.2车站股道电码化车站内到发线的股道及正线实施的电码化。2.3.3车站接发车进路电码化车站内按列车进路实施的电码化。2.3.4预叠加电码化 列车进入本区段时，不仅本区段

17、且其运行前方相邻区段也实施的电码化。2.3.5闭环电码化 具有闭环检查功能的电码化。2.3.6电码化轨道电路具有轨道电路和电码化双重功能的轨道电路。2.3.7入口电流机车第一轮对进入轨道区段时，钢轨内传输机车信号信息的电流。2.3.8出口电流机车在电码化轨道电路发送端短路时，钢轨内传输机车信号信息的电流。2.3.9机车信号钢轨最小短路电流值地面信号设备发送的机车信号信息被列车轮对短路时的最小电流值。2.3.10机车信号灵敏度使机车信号设备工作（稳定译码）的最小的钢轨短路电流值。2.3.11机车信号应变时间车载信号设备从钢轨线路接收到机车信号新信息开始，到给出相应机车信号显示所需要的时间。2.3

18、.12机车信号邻线干扰相邻线路上的机车信号信息对本线机车信号设备的干扰。2.3.13机车信号信息由地面向机车上传递反映线路空闲与进路状况的信息。2.3.14载频自动切换锁定机车信号设备根据地面传递的载频切换信息，实现接收载频的自动切换和锁定。2.4总则2.4.1 闭环电码化系统是由闭环电码化设备和载频自动切换锁定设备构成的系统。设备的研究、设计应按系统考虑。2.4.2 闭环电码化系统应满足铁路信号“故障-安全”原则。2.4.3 闭环电码化发码设备应与区间自动闭塞制式一致。2.4.5 闭环电码化是主体机车信号系统的地面设备，钢轨内应提供正确的机车信号信息。2.4.6 闭环电码化应采取邻线干扰防护

19、措施。2.4,7 电气化牵引区段，在钢轨回流为1000 A、不平衡系数10%的电气化区段，闭环电码化设备应正常工作。对于特殊区段，抗电气化干扰的能力应根据实际要求确定。2.5技术要求2.5.1实施车站闭环电码化的范围2.5.1.1 列车占用的股道区段。2.5.1.2 经道岔直向的接车进路，为该进路中的所有区段。2.5.1.3 半自动闭塞区段，包括进站信号机的接近区段。2.5.1.4 自动闭塞区段，经道岔直向的发车进路，为该进路中的所有区段； 2.5.2设计原则2.5.2.1 电路设计必须满足铁路信号故障安全的原则。室内故障或室外电缆一处混线时，不应发送晋级显示的信息和向其它区段发码。2.5.2

20、.2 在最不利条件下，入口电流应满足机车信号的工作需要。2.5.2.3 在最不利条件下，出口电流不损坏电码化轨道电路设备。2.5.2.4 相邻线路的电码化可采用不同的ZPW-2000信号发送载频，由车载设备锁定接收本线载频来防止邻线干扰；当与邻线载频相同或车载设备不能锁定某一载频时，电码化设计时应保证邻线干扰不会造成机车信号错误显示。2.5.2.5 电码化不应降低原有轨道电路的基本技术性能。2.5.2.6 已发码的区段，当区段空闲后，轨道电路应能自动恢复到调整状态。2.5.2.7 列车冒进信号时，至少其内方第一区段发禁止码或不发码。2.5.2.8 股道占用时，不终止发码。2.5.2.9 有效电

21、码中断的最长时间，应不大于机车信号允许中断的最短时间。2.5.2.10 闭环电码化的发码及检测设备应采用冗余设计。2.5.2.11 闭环检测设备未收到检测信息时，系统报警，条件具备时应关闭防护该进路的列车信号机。2.5.2.12 闭环电码化发码设备应加装监测装置。2.5.2.13电码化设计应满足防雷和电磁兼容要求。2.6闭环电码化设备2.6.1 功能闭环电码化设备根据车站联锁条件及地面信号显示发送机车信号信息，并通过钢轨传输机车信号信息。2.6.2 构成闭环电码化系统由闭环电码化和载频自动切换锁定设备构成。2.6.3 ZPW-2000系列闭环电码化发送和检测设备:载频为1700Hz、2000H

22、z、2300Hz、2600Hz，载频偏移范围小于1.5Hz。对于1700-1、2000-1、2300-1、2600-1载频偏移应在Hz范围内，对于1700-2、2000-2、2300-2、2600-2载频偏移应在Hz范围内。2.6.4 ZPW-2000系列闭环电码化调制频率为10.3 Hz、11.4 Hz、12.5 Hz、13.6 Hz、14.7 Hz、15.8 Hz、16.9 Hz、18 Hz、19.1 Hz、20.2 Hz、21.3 Hz、22.4 Hz、23.5 Hz、24.6 Hz、25.7 Hz、26.8 Hz、27.9 Hz、29 Hz，调制频率的频率偏移应小于0.1Hz。2.6.

23、5 机车信号信息的定义应符合TB/3060-2002标准，见表1。表1 机车信号的信息定义序号信息名称信息定义1L3准许列车按规定速度运行，表示运行前方5个及以上闭塞分区空闲。2L2准许列车按规定速度运行，表示运行前方4个及以上闭塞分区空闲。3L准许列车按规定速度运行。4LU准许列车按规定速度注意运行。5LU2要求列车减速到规定的速度等级越过接近的地面信号机，并预告次一架地面信号机显示一个黄色灯光。6U要求列车减速到规定的速度等级越过接近的地面信号机。7U2S要求列车减速到规定的速度等级越过接近的地面信号机，并预告次一架地面信号机显示一个黄色闪光和一个黄色灯光。8U2要求列车减速到规定的速度等

24、级越过接近的地面信号机，并预告次一架地面信号机显示两个黄色灯光。9U3要求列车减速到规定的速度等级越过接近的地面信号机，表示接近的地面信号机显示一个黄色灯光，并预告次一架信号机为进站或出站信号机且显示一个红色灯光。10UUS要求列车限速运行，表示列车接近的地面信号机开放经18号及以上道岔侧向位置进路，且次一架信号机开放经道岔的直向或18号及以上道岔侧向进路；或表示列车接近设有分歧道岔线路所的地面信号机开放经18号及以上道岔侧向位置进路。11UU要求列车限速运行，表示列车接近的地面信号机开放道岔侧向位置的进路。12HB表示列车接近的进站或接车进路信号机开放引导信号或通过信号机显示容许信号。13H

25、U要求及时采取停车措施。14H要求列车立即采取紧急停车措施。2.6.6 ZPW-2000系列闭环电码化低频信息分配及机车信号显示见表2。表2 ZPW-2000系列闭环电码化低频信息分配及机车信号显示序 号信息名称低频频率 Hz机车信号显示备注1L3码10.3L 绿2L2码12.5L 绿3L码11.4L 绿4LU码13.6LU 绿黄5LU2码15.8U 黄6U码16.9U 黄7U2S码20.2U2S 黄2闪8U2码14.7U2 黄29U3码22.4U 黄10UUS码19.1UUS 双黄闪11UU码18UU 双黄12HB码24.6HUS 红黄闪13HU码26.8HU 红黄14H码29H 红15载频

26、切换码25.716闭环检测码27.9无码H 红无码B 白2.6.7 列车信号开放后，闭环电码化设备应在列车进路中（道岔侧向的接、发车进路的道岔区段除外）提供连续的机车信号信息。2.6.7.1 站内正线接发车进路、到发线股道应采用与区间同制式的电码化发送设备，实现闭环电码化，向机车提供连续的机车信号信息。2.3.7.2 经道岔侧向的接、发车进路，道岔区段可不提供机车信号信息。2.6.8 相邻股道应采用不同载频交错设置。2.6.9闭环电码化设备应和车站联锁设备结合，闭环电码化故障时应给出表示。2.6.10为了车载设备实现接收载频锁定或载频自动切换功能，电码化设备应发送正确的载频切换信息码。2.6.

27、10.1机车收到UU/UUS码后如果接收不到信息，在点白灯前，只接收HU/HUS码；在点白灯后，只接收载频切换信息码。2.6.10.2车站开放侧向接车进路时，在车载设备接收股道信息前电码化设备应发送载频切换信息码。2.6.10.3车站开放侧向发车进路时，在列车到达区间前电码化设备应发送载频切换信息码。2.6.10.4其他进路需要实现车载设备载频自动切换时，电码化设备应发送载频切换信息码。2.6.10.5 发送载频切换信息码的时间应不小于2s，载频切换信息码的频率、功能应符合表3要求。表3 载频切换信息码使用载频及低频功能1700-1, 25.7Hz车载设备锁定接收1700Hz2000-1, 2

28、5.7Hz车载设备锁定接收2000Hz2300-1, 25.7Hz车载设备锁定接收2300Hz2600-1, 25.7Hz车载设备锁定接收2600Hz1700-2, 25.7Hz车载设备切换到接收1700/2300Hz2000-2, 25.7Hz车载设备切换到接收2000/2600Hz2300-2, 25.7Hz车载设备切换到接收1700/2300Hz2600-2, 25.7Hz车载设备切换到接收2000/2600Hz2.6.11 ZPW-2000系列闭环电码化，在最不利条件下，入口电流值应满足表4的规定。表4 ZPW-2000 系列电码化入口电流载频频率 （Hz）17002000230026

29、00入口电流 （mA）5005005004502.6.12 ZPW-2000系列闭环电码化，在最不利条件下，出口电流值不大于6A。2.6.13闭环电码化轨道电路机械绝缘节处信号发送设备的连接线应交叉铺设以保证机车信号接收连续。连接线应采用绝缘护套防护，同时不影响轨道电路的正常工作。2.6.14闭环电码化主要设备应采用冗余结构。主机和备用机都应有工作正常或故障表示。2.6.15应具用通信接口扩展功能。2.6.16电源应采用双套电源，一套故障时另一套能保证系统正常工作。2.6.17载频频谱的排列2.6.17.1下行正线，咽喉区正向接车、发车进路的载频为1700-2。为防止进、出站处钢轨绝缘破损，-

30、1、-2载频可与区间ZPW-2000轨道电路-1、-2载频交错。正线股道的载频为1700-2。2.6.17.2上行正线，咽喉区正向接车、发车进路的载频为2000-2。为防止进、出站处钢轨绝缘破损，-1、-2载频可与区间ZPW-2000轨道电路-1、-2载频交错。正线股道的载频为2000-2。2.6.17.3侧线股道下行正方向，各股道按下行方向载频2300-1 Hz、1700-1 Hz交错排列。上行正方向，各股道按上行方向载频2600-1 Hz、2000-1 Hz交错排列。到发线股道以1700-1 Hz/2000-1 Hz或2300-1 Hz/2600-1 Hz选择载频配置。2.6.18补偿电容的设置2.6.18.1当电码化区段超过300 m时，应设置补偿电容2.6.18.2发送1700-1、1700-2、2000-1、2000-2载频时，补偿电容采用80F；2.6.18.3发送2300-1、2300-2、2600-1、2600-2载频时，补偿电容采用60F。2.6.18.4设置方法补偿电容的安装方法，按照等间距设置补偿电容的方法。其具体方法如下：等间距 数量：=N+AN：百米位数A：个位、拾位数为0时为0