ZPWR系统原理维护.docx

1、ZPWR系统原理维护教 案科 目： ZPW-2000R系统原理维护 培训职名： 信号工 任课教师： 孟祥贵 授课期间： 2007-12-2427 单 位： 龙江车间 哈尔滨铁路局劳卫处制授 课 计 划备课日期2007年 月 日审批人课 题ZPW-2000R系统原理维护授课节数教学目的学习 ZPW-2000R系统原理和维护方法教学目标基本掌握 ZPW-2000R系统原理和维护方法教学重点教学难点教学方式教具授课时间12月24日出席人数缺度人数复习提问导入新课板书设计ZPW-2000R型无绝缘移频自动闭塞系统说明第一章 移频自动闭塞基本知识第一节 自动闭塞概述一、 自动闭塞的基本概念铁路信号的概念

2、：铁路信号是在列车运行时及调车工作中对列车乘务人员及其它有关行车人员发出的命令，有关行车人中必须按信号指示办事，以保证行车安全并准确的组织列车运行及调车工作。为发出这些命令，铁路信号又分为固定信号、移动信号、手信号、信号表示器、信号标志及听觉信号等。它在铁路运输中对保证行车、提高运输效率和改善行车工作人员劳动条件等，均发挥着十分重要的作用。目前，我们铁路采用的行车闭塞方法主要有半自动闭塞和自动闭塞两种。闭塞的概念：为使列车安全运行，在一个区间，同一时间内，只允许一个列车运行，保证列车按这种空间间隔运行的技术方法称为闭塞。区间的划分：为了保证列车运行的安全的提高运输效率，铁路线路以车间、线路所及

3、自动闭塞的通过色灯信号机为分界点划分为若干区间。区间分为三种：1、 站间区间车站与车站间构成的区间。2、 所间区间两线中所间或线中所与车站间构成的区间。3、 闭塞分区自动闭塞区间的两个同方向相邻的通过色灯信号机间或进站（站界标）信号机与通过信号机间。自动闭塞的概念：是实现列车运行自动化的基础设备，它对保证列车行车安全、提高区间通过能力起着重要的作用。所谓自动闭塞，就是办理闭塞的过程全部实现自动化而不需要人工操纵。这种闭塞制式，是通过色灯信号机把区间分成若干个小区段，称为闭塞分区。在每个闭塞分区内装设轨道电路，用于检查闭塞分区是否有车占用，这样色灯信号机可随着列车运行而改变显示，以指示追踪列车的

4、运行。根据列车运行及有关闭塞分区状态，自动变换通过信号机显示的闭塞方法称为自动闭塞。自动闭塞的优点：自动闭塞不需要办理闭塞手续，并可开行追踪列车，既保证了行车安全，又提高了运输效率。和半自动闭塞相比，自动闭塞有以下优点：（1） 由于两站间的区间允许列车追踪运行，就大幅度地提高了行车密度，显著地提高区间通过能力。（2） 由于不需要办理闭塞手续，简化了办理接发列车的程序，因此既提高了通过能力，又大大减轻了车站值班员的劳动强度。（3） 由于通过信号机的显示能直接反映运行前方列车所在位置在以及线路的状态，因而确保了列车在区间运行的安全。（4） 自动闭塞还能为列车运行超速防护提供连续的速度信息，构成更高

5、层次的列车运行控制系统，保证列车高速运行的安全。二、单向和双向自动闭塞按照行车组织方法，自动闭塞可分为单向自动闭塞和双向自动闭塞。在复线上是采用单方向列车运行的，即一条线路只允许上行列车运行，而另一条线路只允许下行列车运行。为此，对于每一条线路仅在一侧装设通过色灯信号机，这样的自动闭塞叫做单向自动闭塞，如图11所示。在单线区段上，因为线路需要双方向行车，为了调整双方向列车运行，而在线路两侧都装设色灯通过信号机，这样的自动闭塞叫双向自动闭塞，如图12所示。对于双向自动闭塞，为了防护列车的头部，平时规定一个方向的色灯通过信号机亮灯，另一方向信号机则全部灭灯。需要改变运行方向时，必须在区间空闲条件下

6、，车站值班员才能办理改变运行方向手续。图11 复线单向自动闭塞 图12 单线双向自动闭塞三、四显示各种灯光的用途：在四显示制度中，信号机显示除了红、黄、绿三种灯光外，增加绿黄灯光，信号能预告列车前方三个闭塞分区的状态。信号机的显示关系比较复杂一些，它要取决于前方三个轨道电路的状态。绿灯：表示前方至少有三个闭塞分区空闲，准许列车按规定速度运行。绿黄灯：表示前方至少有二个闭塞分区空闲，它对不同列车有着不同的意义。对于重量大、速度高的列车则要求在通过该信号机后开始减速并进行制动，以便在显示红灯的色灯信号机前停车；对于重量小、速度低的列车则可按规定速度运行。这样既可保证高速列车的运行安全，又不影响低速

7、列车的行车密度。黄灯：表示前方有一个闭塞分区空闲，要求列车注意并减速运行。红灯表示该通过色灯信号机所防护的闭塞分区有车占用或设备发生故障，要求列车停车。四、轨道电路轨道电路是以铁路的两条钢轨作为传输导体，两端设有绝缘节，一端设有送电设备，一端设有受电设备所构成的电气回路。轨道电路应该完成以下两项基本任务：1、当轨道电路上没有机车车辆占用时，应该发出轨道电路空闲信息。2、当轨道电路上有机车车辆占用，钢轨绝缘破损或轨道电路中元件发生故障时，应该发出轨道电路占用的信息。根据上述要求，在设计、计算及研究轨道电路时，应满足轨道电路调整状态、分路状态、断轨状态的要求。同时，由于轨道电路既要承担轨道区段占用

8、检查功能，又要完成向机车信号机发送信号状态信息的功能，因此，还应满足机车信号接收状态的要求。铁路的两条钢轨作为信号的传输媒介，其信号传输特性与长线传输特性是相同的，因此，钢轨线路的电气性能是由它的一次参数，道床漏泄电阻及钢轨阻抗决定的。对于钢轨线路和传输信号确定的情况下，钢轨阻抗是相对固定的，因此，导致信号传输性能变化的因素是道床漏泄电阻。轨道电路传输的工作信号类型、信息调制方式、信息量是衡量轨道电路性能的重要条件。我国曾经用于自动闭塞的轨道电路有交流计数、极频和移频轨道电路。交流计数轨道电路采用50Hz交流信号作为工作信号，以不同的时间间隔周期性输出交流信号代表不同的信息。极频轨道电路采用极

9、性脉冲作为工作信号，不同的极性和频率代表不同的信息。由于交流计数和极频轨道电路的存在信息量少、应变时间长、抗干扰能力较低、不能满足电化区段运用要求等缺点，已经不再推广运用。移频轨道电路采用移频信号作为工作信号，移频信号的调制低频代表不同的信息。移频信号信息量大、抗干扰能力较强，能够适应电化区段运用的要求，因此，移频轨道电路在自动闭塞系统中被广泛采用。五、机车信号在自动闭塞区段，可以在机车上装设机车信号机。通过机车感应器接收在钢轨上传输的轨道电路信息，机车信号机可以复示运行列车前方地面信号的显示状态。同时，为了保证行车安全，在机车上还可以装设列车超速防护系统。列车超速防护系统，可以根据机车信号显

10、示、线路数据、机车工况等对列车实施监督和控制。轨道电路要满足机车信号接收状态的要求，必须符合轨道电路分路电流大于机车信号接收灵敏度值条件。六、自动闭塞系统的组成自动闭塞系统由轨道电路设备和结合电路两部分组成。轨道电路设备一般采用电子技术实现，主要完成轨道区段占用检查、钢轨断轨检查、设备状态检查和机车信号信息发送等功能。结合电路一般采用安全型继电器电路实现，主要完成信号点灯、方向转换和轨道电路编码等功能。自动闭塞系统结构框图见图14。图14 自动闭塞系统结构框图第二节 ZPW-2000R型无绝缘移频轨道电路性能和特点ZPW-2000R型无绝缘移频轨道电路是在消化吸收法国UM71系统的基础上，通过

11、技术创新，进行完善提高的新型无绝缘移频自动闭塞系统。该系统与UM71系统相比，系统性能和特点主要通过以下几方面体现。一、系统的安全性通过对调谐区信号的接收和处理，缩短了调谐区的分路死区，实现了轨道全程断轨检查，从而提高了系统的安全性。在实现方案上，独创性地提出调谐区五点布局的方案和调谐区检查采用浮动门限的方法。提出调谐区五点布局的方案主要目的是提高调谐区信号的幅度，利于提高信号处理的可靠性。二、系统的可靠性和可用性由于发送器和接收器各种载频通用，并且具备自检测功能，因此可以实现发送设备“N+1”和“1+1”的冗余方式，提高了系统的可靠性和可用性。三、系统的工作性能系统设备采用了数字信号处理技术

12、实现信号的调制与解调，极大地提高了系统的抗电化干扰能力。 轨道信号传输采用精补偿方案，优化信号传输的网络匹配关系，从而增加了轨道电路极限长度。第二章 轨道电路工作第一节 电气结构系统设备由室内设备和室外设备两大部分组成，系统电气结构图参见图21。室内设备包括区间发送器、区间功放器、接收器、衰耗滤波器、电缆模拟单元和区间防雷单元、组合架、继电器、分线盘等。室外设备包括轨道匹配单元、调谐单元、平衡线圈、补偿电容器、钢包铜引接线、轨端接续线、数字电缆、贯通地线等。第二节 工作原理一、移频信号所谓移频，就是一种频率调制制式，它的载频信号的频率是随调制信号的脉冲和周期而改变的。如图22所示。当调制信号输

13、出脉冲时，载频信号的频率为f1，当调制信号输出间隔时，载频信号的频率变为f2。因此，移频信号是一种频率由f1和f2交替变换的周期波，其交替变换的速率即是调制信号的频率，习惯上称之为调制低频fc。而对于f1和f2，我们称之为上边频和下边频。从频谱上分析，f1和f2之间存在一个中心频率f0，f0与f1、f2的差即为频偏f。本轨道电路的移频信号载频的中心频率f0有四个，分别为：1700Hz、2000Hz、2300Hz、2600Hz。为了系统的安全性考虑，我们又将每个中心频率进行偏移处理，分别加上或减去一个很小的偏移量。该偏移量的确定，要保证偏移后的中心频率在机车信号接收的带宽内。经过处理后，每个中心

14、频率演变为两个中心频率，共有八个中心频率，分别标称为：1700F1、1700F2、2000F1、2000F2、2300F1、2300F2、2600F1、2600F2。但对于机车信号接收来说，仍然是四个中心频率。频偏f为11Hz，调制低频fc有18个，分别为：10.3Hz、11.4Hz、12.5Hz、13.6Hz、14.7Hz、15.8Hz、16.9Hz、18.0Hz、19.1Hz、20.2Hz、21.3Hz、22.4、H25.7Hz、26.8Hz、27.9Hz、29.0Hz。图22 移频信号波形图图21 系统电气结构图二、信号传输流程发送器根据编码电路的接点条件产生相应的移频信号，该移频信号通

15、过功放器进行功率放大后，经发送“N+1”转换电路、红灯转移电路、方向电路、电缆模拟单元、防雷单元、室外电缆及轨道匹配单元被送至轨道。被送到轨道送端的移频信号在有补偿电容的道床上传输到轨道受端，经轨道匹配单元、室外电缆、防雷单元、电缆模拟单元、方向电路及衰耗滤波器被送到接收器。三、电气绝缘节工作原理轨道电路信号在钢轨上传输，由于闭塞分区间没有机械绝缘节，为了实现电气隔离，采用电气绝缘节方式。电气绝缘节用于实现两相邻轨道电路间的电气隔离，它由调谐单元、平衡线圈及30m钢轨组成。两个调谐单元分别设于30m钢轨的两端，平衡线圈设于中点，如图23所示。图23 电气绝缘节结构图两个相邻轨道区段G1和G2的

16、载频f1和f2是不相同的，而调谐单元由LC电路构成，它对不同的频率呈现不同的阻抗。调谐单元BA1对于区段G1的载频f1呈现极阻抗，而对区段G2的载频f2呈现零阻抗，因此，区段G2的载频f2信号不能传到区段G1。调谐单元BA2对于区段G2的载频f2呈现极阻抗，而对区段G1的载频f1呈现零阻抗，因此，区段G1的载频f1信号不能传到区段G2。两个相邻轨道区段的信号不能越区传输，实现了电气隔离的目的。电气绝缘节性能可以用隔离度指标去衡量。所谓隔离度，即是在某一载频情况下，电气绝缘节两端头信号幅度的比值。隔离度值越高，说明电气绝缘节性能越好，越区传输的信号就越小。四、轨道电路信号传输补偿由于钢轨的阻抗呈

17、感性，因此信号在钢轨上传输，其衰耗量是很大的。理论分析得出，如果两根钢轨间并联有均匀分布电容，这将大大改善钢轨电路的传输特性，信号的衰耗量将大大减少，这对提高轨道电路的性能是非常有好处的。但是要做到完全均匀的补偿是比较困难的，实际工程实现上是每隔一定距离并接一处电容来实现的，我们称该电容为补偿电容。加装补偿电容器后的轨道电路，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，保证轨道电路传输距离和接收端信号有效信干比。同时，降低了轨道电路的特性阻抗，减少了轨道电路在道碴电阻变化的动态范围，使轨道电路能够保证断轨检查性能，以及在轨道电路两端对地不平衡条件下轨道电路的分路性能。五、轨道

18、占用检查由于存在30m长度的调谐区，为了轨道电路分析方便，可以把整个轨道分成两部分：主轨道和调谐区。主轨道在整个轨道的出口端，轨道信号传输方向为正向，与列车运行方向相反。调谐区在整个轨道的入口端，轨道信号传输方向为反向，与列车运行方向相同。轨道设备布局示意图见图24。图24 轨道设备布局示意图主轨道的占用检查原理与一般轨道电路相同。本区段的发送信号经主轨道传输到接收器的信号称之为主轨道接入信号。在调整状态下，主轨道接入信号电压高于接收器的可靠工作值，轨道继电器吸起。当在主轨道分路时，主轨道接入信号电压低于接收器的落下值，轨道继电器落下。对于调谐区，后方相邻区段的发送信号经调谐区反向传输到接收器

19、的信号称之为调谐区接入信号。如果调谐区的占用检查采用常规方法，直接以调谐区接入信号为判据，由于调谐区是电压发送、电压接收工作方式，那么轨道电路存在较长的提前分路距离。显然这不符合运用的要求。当在调谐区分路时，对于主轨道也有提前分路的作用，主轨道的提前分路区与调谐区重叠。因此，可以利用主轨道提前分路特性实现调谐区占用检查。但是，通过理论计算可得出，主轨道提前分路距离小于调谐区长度。也就是说，采用该方法，调谐区有分路死区，我们称之为固有分路死区。利用主轨道提前分路特性实现调谐区占用检查的方案是可行的，但是必须采取有效措施缩短分路死区。唯一可以采用的方法是提高接收器落下值，加长主轨道的提前分路距离，

20、以缩短分路死区。但是，无条件地提高接收器落下值势必大大降低系统的可靠性。结合调谐区接入信号，可以采取有条件地提高接收器落下值的方案。该条件就是调谐区接入信号的变化规律。当接收器的调谐区接入信号电压下降到门限值（440 mV）以下时，接收器软件启动调谐区占用检查功能，此时若接收器的主轨道接入信号电压下降到原调整状态数值的80%以下时，即判定为调谐区内有车占用，轨道继电器落下。这种调谐区占用检查方法称之为浮动门限法，采用该方法，调谐区还有5m的分路死区。六、轨道断轨检查对于主轨道，在极限长度情况下，钢轨单轨条在轨道电路中点电气分离时，接收器主轨道接入电压低于可靠落下值，轨道继电器落下，实现主轨道断

21、轨检查功能。对于调谐区，钢轨单轨条电气分离时，接收器调谐区接入信号低于检查门限值，轨道继电器落下，实现调谐区断轨检查功能。因此，轨道电路可以实现全程断轨检查功能。七、调谐单元断线检查调谐单元断线和断轨检查是在后方区段空闲时进行的。调谐单元断线检查分两种情况：一种是发送端调谐单元断线，一种是接收端调谐单元断线。对于发送端调谐单元断线检查功能，由该调谐区接收端的接收器或者说是由前方区段的接收器完成。在正常情况下，该接收器接收相对固定幅度的调谐区信号。当调谐区发送端调谐单元断线时，使发送端极阻抗丧失，破坏了并联谐振，调谐区信号幅度下降，约是原调整状态下限值的一半。这个电压下降的突变给接收器提供了检查

22、发送端调谐单元断线的条件。对于接收端调谐单元断线检查功能，由该调谐区接收端的接收器或者说是由本区段的接收器完成。由于接收端调谐单元对调谐区信号是一个零阻抗，当接收端调谐单元出现断线故障时，调谐区信号由于没有零阻抗的分路作用，接收端的轨面调谐区信号电压上升，接收器接收的调谐区信号幅度也上升，大约达到调整状态上限值的2倍以上。这个电压上升的突变给接收器提供了检查接收端调谐单元断线的条件。八、设备冗余当区间发送设备（区间发送器、区间功放器）发生故障时，通过发送报警继电器落下，完成“N+1”转换，备机自动投入使用。接收器采用双机并用工作方式，当其中一个接收器发生故障时，通过接收报警继电器落下，实现故障

23、报警。另一个接收器持续工作，系统不停用。九、雷电防护根据系统设备分布特点，经过分析得出雷电的入侵途径：1、雷电感应过电压、过电流通过信号电缆线，侵入室内收、发设备；2、直击雷通过钢轨传导，破坏室内外信号设备；3、感应雷产生的过电压、过电流，通过钢轨破坏室内、外信号设备。系统的雷电防护对象主要是：室内发送设备、室内接收设备、室外调谐单元BA、匹配变压器、室外空心线圈。运用防雷技术，可以确定雷电防护原则：通过对轨间及室外设备的横向和纵向抑制，以及对室内设备前沿多级防护，达到安全可靠、全8面有效地保护核心主机设备的防护效果。系统雷电防护点有两个，一个是室外设备连接钢轨的端口，横向和纵向均采用避雷器放

24、电的方式；第二个是室内设备连接信号电缆的端口，横向采用避雷器放电的方式，而纵向采用防雷型变压器隔离方式。第四节 主要技术指标和参数一、移频信号频率1、载频中心频率见表21所示。表21 载频中心频率载频类型中心频率（Hz）载频类型中心频率（Hz）1700Hz(F1)1701.42300Hz(F1)2301.41700Hz(F2)1698.72300Hz(F2)2298.72000Hz(F1)2001.42600Hz(F1)2601.42000Hz(F2)1998.72600Hz(F2)2598.7载频共有8种，4种载频 +1.4，-1.3。2、低频调制频率共有18种，分别为：10.3Hz、11.

25、4Hz、12.5Hz、13.6Hz、14.7Hz、15.8Hz、16.9Hz、18.0Hz、19.1Hz、20.2Hz、21.3Hz、22.4Hz、23.5Hz、24.6Hz、25.7Hz、26.8Hz、27.9Hz、29.0Hz。（自10.3+1.1至29.0）3、载频频偏为f=11Hz。二、接收参数1、吸起门限：200mV210mV。2、落下门限：170mV。3、吸起时间：2.6s3.5s。4、落下时间：2.0s2.5s。5、检查启动值：440mV460mV。6、检查落下值：调整值的80% 85%。三、发送功率区间功放最大输出功率为70W（负载电阻为400），分1、2、3、4、5五挡。四、

26、电源额定功耗采用DC48.0V0.5V，区间每个信号点最大功耗200VA。五、机车信号接收电流轨道电路极限长度条件下，用0.15电阻分路，当载频频率为1700Hz、2000Hz、2300Hz时，机车信号入口电流不小于500mA，当载频频率为2600Hz时，不小于450mA。六、轨道电路可靠工作电压和分路残压工作电压（调整状态）：轨道电路在满足规定的传输条件下，道碴电阻最低时，主轨道接收工作电压应不小于240 mV。调接入电压应在750850 mV。分路残压（分路状态）：在道碴电阻无穷大时，主轨道内用0.15分路电阻分路时，接收工作电压应不大于140 mV；调谐区接收工作电压应不小于550 mV

27、，不大于750 mV。调谐区内发送调谐单元处用0.15分路电阻分路时，调谐区接收工作电压应不大于150 mV。七、轨道电路极限长度在道碴电阻为1.0km、分路电阻为0.15、 送受端电缆长度为10km条件下，轨道电路的极限传输长度见表22。表22 道碴电阻1.0km极限传输长度表载频（Hz）补偿电容器（F）极限传输长度（m）1700401500200033150023003015002600281500第三章 基本设备原理及作用一、发送器1、功能、特性及用途发送器能够根据载频编码和低频编码条件产生相应的移频信号，该信号既作为轨道电路占用检查的工作信号，也作为机车信号机接收的信号。发送器内部具备

28、自检测和检测功放器的功能，当内部电路或功放器发生故障，驱动的报警继电器能够安全地失电落下。发送器各种载频通用，配合报警继电器的接点切换，可实现发送设备N+1转换功能。2、工作原理电路原理如图25所示。图25 区间发送器电路原理框图根据低频控制条件、载频、F1、F2状态，经双CPU处理后，控制编码电路产生移频信号经双CPU校核一致后，打开安全门输出移频信号，送至区间功放器（与区间功放器配合使用时，工作正常面板上安全门灯、报警灯、一个载频灯、F1或F2、一个低频灯应点亮）。3、端子定义（1）载频设置：载频设置公共端、载频设置端、载频偏移设置端载频设置端有4个，以4个载频中心频率命名。载频偏移设置端

29、有2个，F1表示正偏、F2表示负偏。载频设置公共端是动态编码信号的输出端，载频设置端和载频偏移设置端是动态编码信号的输入端。载频设置公共端与一个载频设置端及一个载频偏移设置端连接，构成一个有效载频设置状态。共有8个载频设置状态，分别对应于4个中心频率的正偏（F1）和负偏（F2）情况。无效载频设置状态有两种情况，一种情况是，载频设置公共端未与任何载频设置端连接，或未与任何载频偏移设置端连接；另一种情况是，载频设置公共端与一个以上的载频设置端连接，或与一个以上的载频偏移设置端连接。在无效载频设置状态下，发送器处于故障状态，报警继电器落下。（2）低频编码：低频编码公共端、低频编码端低频编码端有18个

30、，以18个低频命名。低频编码公共端是动态编码信号的输出端，低频编码端是动态编码信号的输入端。低频编码公共端与一个低频编码端连接，构成一个有效低频编码状态。共有18个低频编码状态，分别对应于18个低频。无效低频编码状态有两种情况，一种情况是，低频编码公共端未与任何低频编码端连接；另一种情况是，低频编码公共端与一个以上的低频编码端连接。在无效低频编码状态下，发送器处于故障状态，报警继电器落下。（3）移频输出：移频输出+、移频输出-该输出端子连接到功放器的移频输入，发送器产生的移频信号经过功率放大后才能作为轨道电路的工作信号。（4）报警输出：报警输出+、报警输出-其中，“+”号代表直流电压正极，“-

31、”号代表直流电压负极。输出为直流24V电压，可直接驱动JWXC-1700安全型继电器。（5）功放器状态检查：功放检查输入+、功放检查输入-发送器输出的移频信号要经过功放器的功率放大，该端子输入经过功放器放大后的移频信号，以此作为判断功放器工作状态的依据。（6）工作电源：DC48V输入+、DC48V输入-其中，“+”号代表直流电压正极，“-”号代表直流电压负极。（7）电磁兼容防护：保护地该端子接系统综合地线。（8）维护机检测端子：检测输出公共端、低频检测输出、报警检测输出。二、功放器1、功能、特性及用途功放器能将发送器输出的移频信号进行功率放大，向区间轨道电路发送移频信号。功放器各种载频通用，与发送器构成一个整体，实现N+1转换功能。输出功率有不同挡别，可通过端子跳线进行设置。2、工作原理电路原理如图26所示图26 功放器电路原理框图发送器输