ZPW2000A轨道电路的调整及维护研究.doc

毕业论文

题 目： ZPW2000A轨道电路的调整及维护研究
专 业： 自动化(铁路信号)
学 号： 09920723
姓 名： 邬阳
指导教师： 杨扬
学习中心： 武汉学习中心

西 南 交 通 大 学
网 络 教 育 学 院
2011年 9月 5 日
院系 专 业 自动化(铁路信号)
年级 自动化091 学 号 09920723 姓 名 邬阳
学习中心 武汉学习中心 指导教师 杨扬
题目 ZPW2000A轨道电路的调整及维护研究

指导教师
评 语

是否同意答辩 过程分(满分20)
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成 绩

答辩组组长 (签章)

年 月 日
毕 业 论 文 任 务 书
班 级 自动化091 学生姓名 邬阳 学 号 09920723 开题日期：2011 年 08月 31 日 完成日期：2011 年 9 月 30 日
题 目 ZPW2000A轨道电路的调整及维护研究
本论文的目的、意义:
一是对我的知识相能力进行一次全面的考核，更加熟悉铁路信号方面的知识。二是对我进行科学研究基本功的训练，培养我综合运用所学知识独立地分析问题和解决问题的能力，为以后撰写专业学术论文打下良好的基础。
学生应完成的任务
1.根据论文题目认真填写毕业设计任务书。2.参考文献、阅读相关书籍、学习和课题有关知识。3.注意内容的相关性和紧密性。4.注意书写格式和检查工作。5.做好与毕业设计有关的其他相关工作
1、 论文各部分内容及时间分配：（共 6 周）
第一部分 开题 ( 1周)
第二部分 拟定初稿 ( 4周)
第三部分 完成最终稿 ( 1 周)
第 部分 ( 周)
第 部分 ( 周)
评阅或答辩 ( 周)
2、 参考文献
[1]中国铁路通信信号公司. 铁道信号设计规范[M]. 北京:中国铁道出版社
[2] 北京全路通信信号研究设计院. ZPW-2000A无绝缘移频自动闭塞系统技术培训教材[M]. 北京:中国铁道出版社
[3] 赵怀东,王改素. ZPW-2000A型自动闭塞设备安装与维护[M]. 北京:中国铁道出版社,2010
[4] 董昱.区间信号与列车运行控制系统[M]. 北京:中国铁道出版社,2008
[5] 张擎. 电气集中工程设计指导[M]. 北京:中国铁道出版社,1991
[6] 高继祥.铁路信号运营基础[M]. 北京:中国铁道出版社,1998
[7] 赵志熙. 车站信号控制系统[M]. 北京: 中国铁道出版社,1993. 12
[8] 王秉文. 6502电气集中工程设计[M]. 北京:中国铁道出版社,1997
[9] 阮振铎. 铁道信号设计与施工[M]. 北京:中国铁道出版社
[10] 钟华. AutoCAD 2004标准教程[M]. 北京:中国宇航出版社
[11] 齐进宽. ZPW-2000A模拟试验电路及常见故障分析[M]. 铁道通信信号,2005 .
[12]李文海．ZPW-2000A移频自动闭塞系统原理、维护和故障处理。中国铁道出版社，2010，8
备 注

指导教师： 年 月 日
审 批 人： 年 月 日
诚信承诺

一、 本论文是本人独立完成；
二、 本论文没有任何抄袭行为；
三、若有不实，一经查出，请答辩委员会取消
本人答辩（评阅）资格。

　　　　　　　　　　　　　　　承诺人（钢笔填写）：
2011年 09月05日

目 录

第一章 ZPW-2000A轨道电路的概述…………………………………………………………4
第一节 轨道铁路的概述…………………………………………………………………4
第二节 研究内容的概述…………………………………………………………………6
第二章 ZPW-2000A轨道电路的作用及结构………………………………………………8
第一节 系统结构…………………………………………………………………………8
2.1.1 无绝缘轨道电路的含义及原理
2.1.2 小轨道的含义及作用
2.1.3室内设备
2.1.4室外设备
第二节 作用………………………………………………………………………………11
2.2.1发送器的作用
2.2.2发送器的原理
2.2.3接收器的作用
2.2.4接收器的原理
2.2.5衰耗器的作用
2.2.6衰耗器的原理
2.2.7电缆模拟网络
第三章 ZPW-2000A移频轨道电路的调整…………………………………………………15
第一节 主轨道电路的调整……………………………………………………………16
第二节 小轨道电路调整………………………………………………………………17
第四章 ZPW-2000A轨道电路的整治及维护………………………………………………18
第一节 对道床清理整治和轨道电路的分割…………………………………………18
第二节 处理及设备的测试……………………………………………………………19
第三节 发送器及接收器的调整及完善技术标准……………………………………20
第四节 案例
4.4.1现场调查
4.4.2 解决方案探讨
4.4.3 方案实施后效果
4.4.4 巩固措施
4.4.5 结束语

总 结…………………………………………………………………………………………25
辞 谢…………………………………………………………………………………………26
参考文献………………………………………………………………………………………27

26

西南交通大学网络教育毕业设计（论文） 26
摘 要
摘要：ZPW-2000A轨道电路充分吸收了UM71的技术优势，并实现了重大技术改进和创新。它克服了UM71在传输安全性和传输长度上存在的问题。在轨道电路传输长度方面。为改善轨道电路的传输性能，对调谐区、匹配电压器、机械绝缘节、补偿电容、传输电缆等都重新设计优选。在同等道床情况下，轨道电路传输长度可达1.3km，较UM71有大幅度增加。在轨道电路传输安全性方面，接受设备采用DSP数字信息处理技术进行解调，并同时接收主轨道电路和相邻区段发送设备在调谐区内的两组信号，利用1GJ1和1GJ2同时励磁作为1G的空闲检查条件。ZPW-2000A型无绝缘轨道电路解决了原UM71存在的问题，特别是有效地延长了轨道电路传输长度和电缆传输长度，并利用DSP技术提高了轨道电路抗干扰水平及工作稳定性。随着铁路信号向数字化、网络化、智能化、综合化的方向发展，今后自主研究发展的数字式无绝缘应采用电气绝缘式，将更有利于以数字编码无绝缘轨道电路为基础的、具有间隔自动调整功能的列控系统及高速、快速列车信号兼容技术的发展。

关键词：ZPW-2000A UM71 轨道电路 无绝缘 传输性能

ZPW2000A track circuit adjustment and maintenance of
Abstract: ZPW-2000A track circuit to fully absorb the advantage of UM71 techniques, and achieves a significant technical change.Advance and innovation. It overcomes the shortcomings of the UM71 in the safety of transmission and the transmission length problems. In track circuit.Transmission length. In order to improve the transmission performance of track circuit, the tuning, matching voltage, mechanical insulation joint,Compensation capacitor, transmission cables are included in the design of optimization. In the same bed conditions, the length of the track circuit transmission.Up to 1.3km, a UM71 has increased substantially. The track circuit transmission security, acceptance of equipment used.DSP digital information processing technology for demodulation, and at the same time receives the main track circuit and the adjacent section of transmission equipment in.Tuning zone of the two set of signals, using 1GJ1 and 1GJ2 at the same time as the 1G idle check condition of excitation. ZPW -2000A type jointless track circuit to solve the problems existing in UM71, particularly effectively prolongs the track circuit.Transmission length and the cable length, and the use of DSP technology to improve the track circuit interference level and work.Stability. As the railway signal to digital, networked, intelligent,comprehensive development, the future self.The main research and development of digital insulation should be used for electrical insulation type, will be more conducive to digital encoding jointless rail.Track circuit as the foundation, with the interval of automatic adjustment function of train control system and high speed, fast train signal compatible technology development

Key words: ZPW-2000A UM71 track circuit without insulation transmission performance

第一章 ZPW-2000A型轨道电路的概述
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的引进和国产化的基础上结合国情进行开发的一种自动闭塞制式。

第一节 轨道电路的概述
轨道电路的概述：
首先是铁路信号，铁路信号分为视觉信号和听觉信号。视觉信号分为昼间.夜间及昼夜通用信号。隧道内只采用夜间或昼夜通用信号。视觉信号有信号机、信号表示器、信号标志、手信号、机车信号。 信号机分为臂板信号机和色灯信号机，有进站信号机、出站信号机、通过信号机、遮断信号机、预告信号机、调车信号机、驼峰信号机、进路信号机、复示信号机。其次是轨道电路。轨道电路由钢轨线路、钢轨绝缘、电源、限流设备、接收设备组成。其中钢轨线路是由钢轨和钢轨端部的导接线和两端的连接导线组成。钢轨绝缘是钢轨线路两端的绝缘装置，在轨道的轨距板、轨距保持杆、尖轨连接杆等都安装有绝缘装置。电源常用直流电源、交流电源、脉冲电源等。限流设备是由可调整的电阻器或电抗器组成。接收设备常用电磁式继电器或电子式继电器。
中国投入运营的自动闭塞系统有：交流计数自动闭塞系统、4信息移频自动闭塞系统、18信息移频自动闭塞系统、法国的U-T自动闭塞系统。人民生活水平的提高，要求乘座列车时，需要更加舒适，并尽量少受噪声、电磁干扰辐射的影响，为此需发展绿色铁路。随着列车运行速度的不断提高，现有自动闭塞系统系统已远远不能满足列车高速行驶的需要，为此需要发展基于数字轨道电路系统和基于通信技术的列车运行控制系统以满足列车安全运行的需要。如研制新的数字化且符合电磁兼容要求的轨道电路系统，就可以使用长钢轨，就可以降低噪声，少一些电磁辐射的影响；发展新一代的轨道电路系统，可以为列车运行控制系统提供更多的信息，使列车运行更加安全，同时可以减少列车司机的劳动强度，对提高劳动生产力具有重要的意义。
原理：
当闭塞区间内无列车行驶时，电流会从电源经由轨道流经继电器，并使其激磁带动 接点，接通绿灯之电路(号志机立即显示平安通行)。
当有列车驶入闭塞区间时，电流改行经列车车轴，并不会流经继电器，继电器因失去电流而失磁，接点接通红灯之电路(号志机立即显示险阻禁行)。假若轨道断裂，轨道电路因此阻断，造成继电器失磁，同样的号志机亦会显示险阻禁行的讯息，仍可保障列车行驶安全。当列车驶离整个区间 ， 继电器便会重新激磁 ， 绿灯便会再次亮起 ，其他列车便可进。
　　当设有轨道电路的某段线路上空闲时，轨道电路上的继电器有足够的电流通过，吸起被磁化的衔铁，闭合前接点，从而接通色灯信号机的绿灯电路，显示绿色灯光，表示前方线路空闲，允许机车车辆占用。当机车车辆进入该线路区段时，由于轮对电阻很小，使轨道电路短路，继电器吸力减弱，释放衔铁，使之搭在后接点上，接通信号机的红灯电路，显示禁行信号。轨道电路的这一工作性能，能够防止列车追尾和冲突事故，确保行车安全。
　　轨道电路的另一个重要作用是能发现钢轨发生断裂。在充当导线的钢轨安全无事时，轨道电流畅道无阻，继电器工作也正常。一旦前方钢轨折断或出现阻碍，切断了轨道电流，就会使继电器因供电不足而释放衔铁接通红色信号电路。此时，线路虽然空闲，信号机仍然显示红灯，从而防止列车颠覆事故。
作用：
　　1、可以检查和监督股道是否占用，防止错误的地办理进路。
　　2、可以检查和监督道岔区段有无机车车辆通过，锁闭占用道岔区段的道岔，防止在机车车辆经过道岔时扳动道岔。
　　3、检查和监督轨道上的钢轨是否完好，当某一轨道电路区段的钢轨折断时轨道继电器也将因无电而释放衔铁，防护这一段股道的信号机也就不能开放等。
　　4、传输不同的信息，使信号机根据所防护区段及前方邻近区段被占用的情况的变化而变换显示。
分类：
轨道电路有多种分类方法，按结构可分为闭路式轨道电路、开路式轨道电路；按信号电流的种类分为直流轨道电路、交流轨道电路和脉冲轨道电路；按分支轨道电路接受电端的多少，分为一送一受轨道电路和一送多受轨道电路。此外，还有无绝缘轨道电路等。

第二节 研究内容的概述

本论文主要研究ZPW-2000A轨道电路的系统特点，包括如下几点:
（1）保持UM71无绝缘轨道电路整体结构上的优势。
（2）解决了调谐区断轨检查，实现轨道电路全程断轨检查。
（3）减少调谐区分路死区。
（4）实现对调谐单元断线故障的检查。
（5）实现对拍频干扰的防护。
（6）通过系统参数优化，提高了轨道电路传输长度。
（7）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。
（8）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。
（9）用SPT国产铁路数字信号电缆取代法国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。
（10）采用长钢包铜引接线取代75mm2铜引接线，利于维修。
（11）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（0.5+0.5），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的时间
而其研究的目的在于：充分肯定、保持UM71无绝缘轨道电路的技术特点和优势；
解决了调谐区断轨检查,实现轨道电路全程电气折断检查；减少了调谐区分路死区；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提高了一般轨道电路系统工作稳定性；采用国产信号数字电缆代替法国ZC03电缆,减小铜芯线经,减少备用芯组,加大传输距离,提高轨道电路系统技术性能价格比；采用长钢包铜引接线取代70mm2,铜引接线,利于防护和维修；发送、接收设备四种载频频率通用,减少电码化器材种类,减少运转备用数量,既有利于维护,又可降低工程造价。

第二章 ZPW-2000A轨道电路的原理及结构
第一节 系统结构

1G（F1）
调谐单元
调谐单元
调谐单元
空心线圈
Δ
相当总长 10km
匹 配
变压器
SPT电缆
电缆模
拟网络
相当总长10km
室内
匹配
变压器

SPT电缆
电缆模
拟网络

室外
电缆模
拟网络
SPT电缆
匹配
变压器
补偿电容
主轨道电路
调谐区
（短小轨道电路）
1600 mm
3800mm
Δ/2
空芯线圈
机械绝缘节
接收
发送
GJ
接收
站防雷
站防雷
站防雷
Δ/2
（XGJ、XGJH）
（XG、XGH）

2.1.1 无绝缘轨道电路的含义及原理：
含义：所谓“无绝缘”就是取消信号设备延用的轨道电路绝缘（轨端、槽型绝缘及绝缘管垫等）而采用电气绝缘实行隔离。
原理：电气绝缘是用电容、电感、电阻（调谐单元、空心线圈以及钢轨钢包铜线等）组成电路，利用频率谐振点使电路发生串联谐振或并联谐振，当发生串联谐振时，电路呈阻性，电阻为几微欧姆，相当于短路，阻隔邻区段的移频信号串入；当发生并联谐振时，电路呈阻性，电阻为极阻抗（2欧姆），相当于开路，使本区段的信号能顺利通过。
2.1.2 小轨道的含义及作用：
含义：“小轨道”就是电气绝缘，长29m，它是主轨道区段的延续。
作用：实现全过程的断轨检查。
2.1.3室内设备
室内设备主要包括发送器、接收器、衰耗盘、电缆模拟网络等。发送器、接
收器、衰耗器等安装在移频柜上，电缆模拟网络盘等安装在综合柜上。
（1） 移频柜
区间移频柜供区间自动闭塞使用，一个区间移频柜含10套ZPW-2000A型自动闭塞设备。纵向5个组合，每个组合可安装两个轨道电路的设备，包括发送器、接收器、衰耗器各两台及发送断路器、接收断路器等各两个。
（2） 综合柜
综合柜同来安装防雷和电缆模拟网络盘、各种防雷组合单元、站内隔离器架和继电器组合。
综合柜最多可放9层ZPW.XML1组匣，每层组匣可放10台ZPW.PML1网络盘。
2.1.4室外设备
(1)由调谐区设备（匹配变压器、调谐单元、空心线圈），调谐备引接线，机械绝缘节，补偿电容，传输电缆及电缆箱盒组成。调谐区长度为29米。
(2) 电气绝缘节处设备如图所示。
1000 mm
+200
-0
2900mm
线路中心
防雷单元
与钢轨连接线
设备连接线
防护盒
调谐单元
轨枕卡具
小枕木
匹配变压器
14.5+0.15m
钢轨
空芯线圈
14.5+0.15m
轨枕
2220mm
由电气绝缘节处设备的组成是由调谐单元ZW ·T1（F1、F2）、空芯线圈
（ZW·XK1）、匹配变压器、防雷单元、钢轨引接线、设备连接线、防护盒、基础桩、小枕木以及小枕木、钢轨、轨枕卡具组成。
(3)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。
(4)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。
(5)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。
(6)调谐区设备引接线
采用3600 mm、1600mm钢包铜引接线构成。用于BA、SVA、SVA’等设备与钢轨间的连接。
第二节 作用及功能

2.2.1发送器的作用
（1）用来产生高精度、高稳定性的移频信号
（2）产生足够功率的输出信号，额定输出功率为70W，最大输出功率为105W。
（3）调整轨道电路，可根据轨道电路的具体情况，通过输出端子的不同连接，获10种不同的发送电平。
（4）对移频信号进行自检测，故障时给出报警及n+1冗余运用转换条件。
低频频率：10.3+n×1.1Hz，n=0~17
即10.3Hz、11.4Hz、12.5Hz、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。
载频频率：见表2-1。
表2-1 载频频率

下行：
1700-1 1701.4 Hz
上行：
2000-1 2001.4 Hz

1700-2 1698.7 Hz

2000-2 1998.7 Hz

2300-1 2301.4 Hz

2600-1 2601.4 Hz

2300-2 2298.7 Hz

2600-2 2598.7 Hz

频偏：±11 Hz。
输出功率：70W(400Ω负载)。
2.2.2发送器的原理
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(装死或休眠保护)。
2.2.3接收器的作用
接收器用来接收主轨道电路和相邻区段发送器在调谐区构成的信号。
（1）用于对主轨道电路移频信号的调解，并配合与送电端相连调谐区短小轨道的检查条件，动作轨道继电器。
（2）实现对与受电端相连小轨道电路移频信号的解调，给出小轨道电路执行条件，送至相邻轨道电路接收器。
（3）检查轨道电路的完好，减少分路死区长度，还用接收门限制实现对BA短线的检查。
2.2.4接收器的原理
接收器由本接收“主机”及另一接收“并机”两部分构成。
接收器工作原理如图3-3其中主轨道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[10]。
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，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3 kHz 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。

2.2.5衰耗器的作用
（1）用作对主轨道电路的接收端输入电平调整
（2）对小轨道电路的调整。
（3）给出有关发送、接收用电源电压、发送供出电压。
（4）给出发送、接收故障报警和轨道占用指示灯。
（5）提供监测条件。
2.2.6衰耗器的原理
衰耗盘内设有衰耗调整电路与工作指示灯及报警电路。衰耗调整电路用于对主轨道电路的接收端输入电平以及小轨道电路正反向的调整。工作指示灯及报警电路用于给出发送、接收故障报警和轨道占用指示灯等[11]。同时在衰耗盘内还设有相应测试端，以便给出有关发送、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。

2.2.7电缆模拟网络
从稳定性、可靠性、安全性三方面来讲述：
拟网络的作用是调整区间轨道电路传输的特性，可视为室外电缆的一个延续，补偿实际SPT数字信号电缆，使补偿电缆和实际电缆的总距离为10Km,以便于轨道电路在不同列车运行方向电路时的调整，以保证传输电缆的稳定性。
防雷电缆模拟网络盘设于网络接口柜内或设于无绝缘防雷电缆模拟网络组匣内。
(1)作用：用作对通过传输电缆引入室内雷电冲击的防护(横向、纵向)。通过0.5、0.5、1、2、2、2*2km六节电缆模拟网络，补偿实际SPT数字信号电缆，使补偿电缆和实际电缆总距离为10km，以便于轨道电路的调整和构成改变列车运行方向电路。
(2)站防雷电路原理简要说明
室外电缆会带来雷电冲击信号，为保护模拟网络及室内发送、接收设备，采用横向与纵向雷电护。
横向雷电防：
采用～280V左右防护等级压敏电阻。压敏电阻应具有模块化、阻燃、有劣化指示、可带电插及可靠性较高的特点。
纵向雷电防护：
对于线对地间的纵向雷电信号目前采用加三极放电管保护，加低转移系数防雷变压器防护和室外加站间贯通地线防护。有较高的安全性的特点。

第三章 ZPW-2000A移频轨道电路的调整

第一节 ZPW-2000A移频轨道电路的调整概述

ZPW-2000A移频轨道电路的调整包括主道电路的调整和小轨道电路的调整。
主道电路的调整主要是考虑各闭塞分区在载频及长度一定时该区段的发送电平大小，以及如何跨接封连相应端子，使接发设备工作在所要求的电平量值范围内。小轨道电路调整，目的在于当小轨道接收输入端有一定的输入信号时，为使接收器小轨道输出的“小轨道执行条件电压”满足一定的要求，需在衰耗器内选择适当的衰耗电阻接入，不同幅度的接收输入电压，应接入