北信厂ZPW-200A设备介绍说明

ZPW-2000A无绝缘

移频自动闭塞介绍北京铁路信号工厂2008年1月主要内容第一章概述第二章区间系统设备原理介绍第三章设备结构及使用说明第四章测试仪器仪表第一章概述一、移频自动闭塞的发展

我国移频自动闭塞制式于70年代开始在全路推广应。先经历了4信息、8信息、18信息时期。由于其采用有绝缘轨道电路、载频选择频率低等原因，存在抗干扰能力差、不能完成断轨检查、不适用于电气化区段大牵引电流等问题，制约了中国铁路的发展。铁道部于89年引进UM71无绝缘轨道电路，91年开始生产，相继在郑武、广深、京郑、沈山几京山等大干使用。UM71存在造价高，调谐区无断轨检查、调谐区存在死区段（20m）、雨季低道床出现红光带等问题。在铁道部的大力支持下，2000年北京全路通信信号设计院和北京铁路信号工厂两家联合组成ZPW-2000A型无绝缘轨道电路攻关小组，进行系统及设备的研制开发。该系统于2000年完成了提高轨道电路传输安全性现场试验；2001年对提高轨道电路传输长度、解决低道碴电阻道床等系统问题在京广线武胜关进行了现场试验；2002年5月28日，在完成现场扩大试验基础上，通过铁道部技术鉴定，决定在全路推广应用。ZPW-2000A型无绝缘轨道电路，是在法国UM71无绝缘轨道电路技术引进、及国产化基础上，结合国情进行提高系统安全性、系统传输性能及系统可靠性的技术再开发。前者较后者在轨道电路传输安全性、传输长度、系统可靠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提高。该也适用于城市轻轨及地下铁道。二、ZPW-2000A在CTCS中的作用近年来随着中国经济的高速增长铁路运能运力不足的问题已中国经济的高速增长的瓶颈，为解决这一问题中国铁路要实现跨越式发展。发展高速铁路是解决铁路运能运力不足问题的关键。列车控制系统又是发展高速铁路的关键问题之一。根据欧洲发展高速铁路的经验在充分研究欧洲列车控制系统四级标准ETCS（E-1至Z-4)的基础上制定了中国铁路列车控制系统五级标准简称CTCS（C-0至C-4)。ZPW-2000A型无绝缘轨道电路系统在C-0到C-3中都是重要的基础设备。

在中国铁路列车控制系统标准中实现了通信、信号、列车控制、行车指挥一体化。ZPW-2000A型无绝缘轨道电路在其中的作用主要有：检查轨道区段的空闲与占用；钢轨断轨检查；向机车传送当前区段的最大允许速度；前方空闲区段数量；控制机车信号显示等。

三、主要技术特点充分肯定、保持UM71无绝缘轨道电路技术特点及优势。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传输。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、低道碴电阻传输长度要求，又提高了一般长度轨道电路工作稳定性。用SPT国产铁路信号数字电缆取代法国ZCO3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75mm2铜引接线，利于维修。发送、接收设备四种载频频率通用，由于载频通用，使器材种类减少，可降低总的工程造价；发送器和接收器均有较完善的检测功能，发送器可实现“N+1”冗余，接收器可实现双机互为冗余。

四、主要技术条件1环境条件ZPW-2000A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：-30℃～+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：74.8kPa～106kPa（相对于海拔高度2500m以下）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。载频频率下行：1700-11701.4Hz上行：2000－12001.4Hz1700-21698.7Hz2000－21998.7Hz2300-12301.4Hz2600－12601.4Hz2300-22298.7Hz2600－22598.7Hz频偏：±11Hz输出功率：105W（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）。4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。

5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。传输长度见表1。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。第二章区间系统设备原理一、系统构成及原理

ZPW-2000A型无绝缘轨道电路系统，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，电气绝缘节由空芯线圈、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，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型无绝缘轨道电路分为主轨道电路和调谐区小轨道电路两部分，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，也向调谐区小轨道传送，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继电器执行条件送至本区段接收器，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。现按“电气—机械”结构进行系统原理介绍，系统原理构成见图2-1，Δ为补偿间距。设备构成：发送器ZPW·F接收器ZPW·J衰耗盘ZPW·PS电缆模拟网络盘ZPW·PML1匹配变压器ZPW·BP1调谐单元ZPW·T1空心线圈ZPW·XK1\ZPW·XKJ空心线圈网络接口柜ZPW·GL-2000A电缆模拟网络组匣ZPW·XML机械绝缘空心线圈ZPW·XKJ补偿电容CBG1无绝缘移频自动闭塞机柜ZPW·G-2000A轨道防雷组合ZPW·ULG钢轨引接线图2-1ZPW-2000A区间系统设备原理1室外设备介绍调谐区调谐区按29m设计，设备包括调谐单元及空芯线圈，其参数保持原“UM71”参数。功能是实现两相邻轨道电路电气隔离。机械绝缘节由“机械绝缘节空芯线圈”（按载频分为1700、2000、2300、2600Hz四种）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0.3～1.0Ω·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并兼顾低道碴电阻道床传输，选择电容器容量。使传输通道趋于阻性，保证轨道电路具有良好传输性能。传输电缆采用SPT型铁路信号数字电缆，线径为Φ1.0mm，总长10km调谐区设备与钢轨引接线采用3700mm、2000mm钢包铜引接线各两根构成。用于调谐单元、空芯线圈、机械绝缘节空芯线圈等设备与钢轨间的连接。2室内设备介绍发送器：用于产生高精度、高稳定性移频信号。系统采用发送N+1冗余方式。故障时，通过发送报警继电器FBJ接点转至“＋1”FS。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”。该“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。图2-2主轨道和小轨道检查原理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（XG、XGH）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（XGJ、XGJH）条件。系统采用接收器成对双机并联冗余方式。衰耗盘用于实现主轨道电路、小轨道电路的调整。给出发送和接收器故障、轨道占用表示及其它有关发送、接收用＋24V电源电压、发送功出电压、接收GJ、XGJ测试条件等。电缆模拟网络电缆模拟网络设在室内，按0.5、0.5、1、2、2、2×2km六节设计，用于对SPT电缆长度的补偿，电缆与电缆模拟网络补偿长度之和为10km。3系统防雷系统防雷由两部分构成：发送端、接收端的“站内防雷”，该防雷设在室内，实现对从电缆引入雷电冲击的横向、纵向防护。对从钢轨引入雷电冲击保护。横向防护防雷单元，设在匹配变压器轨道输入端。纵向防护防雷单元设在空芯线圈中心线与地之间。完全横向连接处不设防雷单元。二、设备原理介绍1发送器用途：ZPW-2000A型无绝缘轨道电路发送器，在区间适用于非电化和电化区段18信息无绝缘轨道电路区段，供自动闭塞、机车信号和超速防护使用。在车站适用于非电化和电化区段站内移频电码化发送。电路原理介绍同一载频编码条件、低频编码条件源，以反码形式分别送入两套微处理器CPU中，其中CPU1产生包括低频控制信号Fc的移频信号。移频键控信号FSK分别送至CPU1、CPU2进行频率检测。检测结果符合规定后，即产生控制输出信号，经“控制与门”使“FSK”信号送至“滤波”环节，实现方波—正弦波变换。功放输出的FSK信号，送至两CPU进行功出电压检测。两CPU对FSK信号的低频、载频和幅度特征检测符合要求后使发送报警继电器励磁，并使经过功放的FSK信号输出。当发送输出端短路时，经检测使“控制与门”有10S的关闭（装死或称休眠保护）。图2-3发送器原理框图2接收器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。图2-4接收器双机并联运用示意图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并机。B主机输入接至B主机，且并联接至A并机。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主机相应执执行对象。图2-5接收器原理框图主轨道A/D、小轨道A/D：模数转换器，将主机、并机输入的模拟信号转换成计算机能处理的数字信号。CPU1、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1～4：将两路CPU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CPU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，首先确定接收盒的中心频率。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CPU对外部四路信号进行单独的运算，判决处理。双CPU再把处理的结果通过串行通信，相互进行比较。如果判决结果一致，就输出3kHz的脉冲驱动安全与门安全与门收到两路方波后信号后，将其转换成直流电压带动继电器。如果双CPU的结果不一致，就关掉给安全与门的脉冲，同时报警。电路中增加了安全与门的反馈检查，如果CPU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，接收器也报警。如果接收盒收到的信号电压过低，就认为是列车分路。3衰耗盘用做对主轨道电路及调谐区短小轨道电路的调整（含正反向），给出发送、接收用电源电压、发送功出电压、轨道输入输出GJ，XGJ测试条件。给出发送、接收故障报警和轨道占用指示灯等。

图2-6衰耗盘原理主轨道输入电路主轨道信号V1、V2自C1、C2变压器B2输入，B2变压器阻抗约为36～55Ω（1700～2600Hz），以稳定接收器输入阻抗，该阻抗选择较低，利于抗干扰。变压器B2其匝比为116：（1～146）。次级通过变压器抽头连接，可构成1～146共146级变化。短小轨道电路输入电路根据方向电路变化，接收端将接至不同的两端短小轨道电路。故短小轨道电路的调整按正、反两方向进行。正方向调整用A11～A23端子，反方向调整用C11～C23端子，负载阻抗为3.3kΩ。

为提高A/D模数转换器的采样精度，短小轨道电路信号经过1:3升压变压器B4输出至接收器。发送工作灯、接收工作灯均将发送、接收报警条件接入，直接接通有关发光二极管，并构成报警接点条件（BJ-1、BJ-2、BJ-3）。轨道占用灯通过GJ继电器条件采样，当GJ断电时，光耦受光器端关闭，轨道占用灯L4接通。移频报警继电盘YBJ，由移频架第一位衰耗器YB+引出，逐一串接各衰耗盘BJ-1，BJ-2条件，至024。通过N7A受光器导通，使外接YBJ励磁。4防雷模拟网络盘用作对通过传输电缆引入室内雷电冲击的横向、纵向防护。通过0.5、0.5、1、2、2、2×2km六节电缆模拟网络，补偿SPT数字信号电缆，使补偿电缆和实际电缆总长度为10km，以便于轨道电路的调整和构成改变列车运行方向。图2-7防雷模拟网络盘原理图横向采用压敏电阻采用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。电缆模拟网络按0.5、0.5、1、2、2、2×2km六节设置，以便串接构成0-10km,按0.5km间隔任意设置补偿模拟电缆值。模拟电缆网络值基本按以下数值设置：

R:23.5Ω/km；L:0.75mH/km；C:29nF/km。R、L按共模电路设计，考虑故障安全,C采用四头引线5电气绝缘节及调谐单元电气绝缘节长29m，在两端各设一个调谐单元，对于较低频率轨道电路（1700Hz、2000Hz）端，设置L1、C1两元件F1型调谐单元；对于较高频率轨道电路（2300Hz、2600Hz）端，设置L2、C2、C3三元件的F2型调谐单元。图2-8电气绝缘节原理f1（f2）端调谐单元的L1C1（L2C2）对f2（f1）端的频率为串联谐振，呈现较低阻抗,称“零阻抗”,相当于短路,阻止了相邻区段信号进入本区段。

f1（f2）端调谐单元对本区段的频率呈现电容性，并与调谐区的钢轨、空心线圈的综合电感构成并联谐振，呈现高阻抗，称“极阻抗”，相当于开路，减少了对本区段信号的衰耗。调谐单元与空心线圈、29m钢轨电感等参数配合，实现了两个相邻轨道电路信号的隔离，即完成“电气绝缘节”功能。6空芯线圈逐段平衡两钢轨的牵引电流回流，实现上下行线路间的等电位连接，改善电气绝缘节的Q值，保证工作稳定性。该线圈用19×1.53mm电磁线绕制，其截面积为35mm2，电感约为33μH，直流电阻4.5mΩ。中间点引出线作等电位连接用。图2-9钢轨牵引回流平衡示意图空芯线圈设置在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，可近似将空芯线圈视为短路，则有I3=I4=(I1+I2)/2=450A。由于空芯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芯线圈中心线可等电位连接，一方面平衡线路间牵引电流，一方面可保证维修人员安全。7匹配变压器匹配变压器用于钢轨对SPT电缆的匹配连接，变比为1：9，L1用作对电缆容性的补偿，并作为送端列车分路的限流阻抗。原理见图2-10。

C1、C2电解电容按同极性串接，形成无极性，在直流电力牵引中用于隔离直流（如地下铁道）。V1、V2接至钢轨，E1、E2接至SPT电缆。F为带劣化指示的防雷单元图2-10匹配变压器原理图8机械绝缘节空芯线圈按电气绝缘节29m钢轨及空心线圈等效参数设计。该机械节空心线圈分四种频率，与相应频率调谐单元相并联，可获得与电气绝缘节阻抗相同的效果。用在车站与区间衔接的机械绝缘处。9调谐区用钢包铜引接线为加大调谐区设备与钢轨间的距离，便于工务维修等原因，加长了引接线长度。其材质为多股钢包铜注油线，满足耐酸、碱，耐冻，耐磨，耐高温性能。其长度为2000mm，3700mm各两根并联运用。10补偿电容为抵消钢轨电感对移频信号传输的影响，采取在轨道电路中，分段加装补偿电容的方法，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。另外，加装补偿电容能够实现钢轨断轨检查。在钢轨两端对地不平衡条件下，能够保证列车分路。在ZPW-2000A系统中，补偿电容容量、数量均按轨道电路具体参数及传输要求确定。11SPT数字电缆主要电气参数：导线线径：1mm；直流电阻：47Ω/km；线间电容：29±10%nF/km。第三章设备结构及使用说明一、机柜1结构特征用于安装室内发送器、接收器、衰耗盘等设备，每台机柜可放置10套轨道电路的设备，机柜布置示意见图3-1（正面视），外形图片见图3-2。图3-1ZPW-2000A机柜布置示意图型号规格：

ZPW·G-2000A外形尺寸：900X400X2350mm重量：约200Kg2安装与使用

ZPW·G-2000A型机柜安装在机械室内，配线从顶端出线；使用时将发送器、接收器、衰耗盘按照施工图装入对应位置，发送器、接收器挂在U形槽上，用钥匙锁紧，衰耗盘插入对应的框架内。机柜在出厂时已按照施工图将发送器、接收器的频率选择用跨线封好。二、发送器1结构特征发送器为带NS1底座的6M插座型盒体,内部由数字板、功放板两块电路板构成，外部装有黑色网罩及锁闭杆。2规格型号型号：ZPW·F外形尺寸：220mm×100mm×383mm重量：约5.0kg图3-4发送器外形及底座图片3安装与使用发送器安装在继电器室内ZPW·G-2000A型机柜的U形槽上，用钥匙将锁闭杆锁紧。图3-5发送器底座示意图

三、接收器1结构特征接收器为带NS1底座的2M插座型盒体,内部由数字板、I/O板、CPU板三块电路板构成，外部装有黑色网罩及锁闭杆。2规格型号型号：ZPW·J外形尺寸：220×100×123(mm)重量：约1.5kg图3-6接收器外形及底座图片3安装与使用接收器安装在继电器室内ZPW·G-2000A型机柜的U形槽上，用钥匙将锁闭杆锁紧。接收器底座端子示意如下图，端子代号及用途说明见表4。图3-7接收器底座示意图四、衰耗盘1结构特征衰耗盘是带有96芯连接器的盒体结构。盒体正面有测试塞孔，可以测量发送电源电压、接收电源电压、发送功出电压、主轨道输入电压、主轨道输出电压、小轨道输出电压、轨道继电器和小轨道继电器电压。具有发送和接收正常工作、故障指示，轨道空闲和占用指示功能。2规格型号型号：ZPW·PS外形尺寸：188×68×178(mm)重量：约1.0kg图3-8衰耗盘外形图片3安装与使用衰耗盘放置在ZPW·G-2000A型机柜上,使用时将衰耗盘插入机柜上所对应的外框内，然后根据该轨道电路的实际情况按照轨道电路调整表进行调整。发送工作接收工作轨道占用发送电源发送功出接收电源输入主轨出小轨出GJXGJ衰耗盘面板示意图4轨道电路调整主轨道电路的调整主轨道电路的调整是按照接收电平调整表3-5在衰耗盘后的96芯插座上进行跨线实现的。小轨道电路的调整首先用CD96-3专用选频表在衰耗盘面板输入塞孔上测出小轨道的输入信号，然后按照下表在衰耗盘后的96芯插座上进行跨线。例：若正向时测出的小轨道信号为46mV，则对照下表第9项正向端子联接在衰耗盘后的96芯插座上进行跨线。若反向时测出的小轨道信号为50mV，则对照下表第13项反向端子联接在衰耗盘后的96芯插座上进行跨线。五、接口柜1结构特征网络接口柜用于安装防雷电缆模拟网络盘，柜内最上一层为零层，可安装两排18柱端子板，共32个。零层以下最多可放9层网络组匣，每层可放10台电缆模拟网络盘。2型号规格：ZPW·GL-2000A

外形尺寸：2350mm×900mm×500mm3安装与使用网络接口柜放置在机械室内，使用时将防雷电缆模拟网络盘插入所对应的组匣内，背面用手拧螺丝固定，电缆模拟网络的调整是通过网络盘35芯连接器的跨线进行。4防雷电缆模拟网络组匣结构特征防雷电缆模拟网络组匣是防雷电缆模拟网络盘的另一种安装方式，它装在机械室组合架上，每台组匣可放置8台防雷电缆模拟网络盘，带恻面端子，用户可根据现场实际情况选用此安装方式。规格型号：ZPW·XML1外形尺寸：880×484×178(mm)重量：约30kg

图3-11防雷电缆模拟网络组匣图片六、防雷电缆模拟网络盘1结构特征防雷电缆模拟网络盘是盒体结构，盒内装有两块模拟电缆板及防雷变压器，盒体正面有测试塞孔，可以测量电缆侧的电压，也可以测量设备侧的电压。盒体是通过35线插头与组匣相连接，通过调整35线插座的端子进行电缆长度的调整。2规格型号ZPW·PML1外形尺寸：408×76×178(mm)重量：约3kg3安装与使用机柜安装方式组匣安装方式七、匹配变压器1结构特征匹配变压器的盒体采用不饱和聚脂材料，盒