ZPW-2000A轨道电路分析及故障处理

毕业设计毕业设计 论文论文 任务书任务书 本任务书下达给 本任务书下达给 20112011 级级 自动化自动化 专业专业 学生学生 王胜王胜 设计 论文 题目 设计 论文 题目 ZPW 2000A 轨道电路分析及故障处理 一 设计 论述 内容 通过ZPW 2000A轨道电路分析研究 为故障进一步快速的判断 快速的定位做好准备 本文通过对ZPW 2000A轨道电路的组成及组成各部件的的一些作用进行了相应的阐述 然后通过理论的掌握提出日常维护与检修工作 还有一些在2014年陇海线改造过程中 所发生的一些故障现象和处理方法 主要完成以下的任务 1 对ZPW 2000A轨道电路结构进行分析 2 如何做好ZPW 2000A轨道电路日常维护工作 3 如何减少ZPW 2000A轨道电路故障的发生 4 通过实验及发生的故障现象进行总结 二 基本要求 1 查阅大量参考文献 熟悉设计内容 掌握设计方法 能够熟知系统的工作原理 系统的结构 掌握各个部件的功能 尤其对于小轨的条件和主轨条件的掌握 2 查阅与本课题相关资料 另外对一些简单的 ZPW 2000A 轨道电路故障能够进行判 别及处理 3 按照论文撰写格式完成毕业论文 并参加论文答辩 三 重点研究的问题 1 ZPW 2000A 轨道电路结构的组成部分 2 ZPW 2000A 轨道电路各部的功能 3 ZPW 2000A 轨道电路的日常维护 4 如何减少 ZPW 2000A 轨道电路故障的发生 四 主要技术指标 1 无绝缘轨道技术 2 光电隔离技术 1 3 冗余技术 五 其他要说明的问题 下达任务日期 2014 年 6 月 1 日 要求完成日期 2014 年 8 月 20 日 答辩日期 2014 年 8 月 22 日 指导教师 2 开开 题题 报报 告告 题题 目 目 ZPW 2000A 轨道电路分析及故障处理 报告人 王胜报告人 王胜 20142014 年年 7 7 月月 1414 日日 一 文献综述 铁路运输是以机车车辆等移动设备和铁路线路 桥梁隧道 站场等固定设备为基本设 备 以车站为运输生产基地的实现旅客和货物运输的庞大系统 在这个系统中 必须有 一套行车指挥系统 以指挥行车按运行计划 安全有效地运行 这个行 车指挥系统的 主要技术装备就是铁路信号系统 为了防止列车冲突事故的发生 把铁路线路划分成许 多线段 在车站之间的线段称作区间 每一个线段叫做轨道电路 在线段的入口处设置 信号机进行防护 对于区间来说 以人工或技术方法检查区间内确实无列车存在 即在 空闲状态时 防护该区间的信号才能开放 对于车站进路来说 同样需要在迸路的入口 设置信号予以防护 用来检查轨道区段是否空闲 这就是轨道电路所起的作用 但在信 号开放时不仅要检查进路空闲 而且要检查进路中的道岔位置是否正确 还要检查是否 和其他进路发生冲突等 只有在进路空闲 道岔位置正确并锁闭不能再操纵 对于可能 发生冲突的进路 称做敌对进路 没有办理并己锁闭的条件下 信号才 能开放 列车驶 入进路后 防护信号应立即关闭 列车离开了迸路中的道岔区域后 道岔和敌对进路才 允许解锁 因此轨道电路是检查列车空闲最有效的手段 对其进行升级改造是很有必要 的 早期的联锁设备是以人力操纵信号机和道岔的 后来 一直到今天 采用了色灯信号 机和动力转辙机等电气设备 不再需要人力操纵了 特别是在1927年发明了轨道电路以 后 用它检查线路是否空闲 这为实现铁路信号自动控制创造了条件 在车站信号系统 中 采用了色灯信号机 动力转辙机和轨道电路之后 既缩短了办理进路的时间 提高 了运输效率 又改善了值班人员的劳动条件 ZPW一2000A型无绝缘移频自动闭塞是在法国UM71无绝缘轨道电路技术引进 国产化基 础上 结合国情进行的技术再开发 前者较后者在轨道电路传输安全性 传输长度 系 统可靠性 可维修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显著提 高 1 该系统自1998年开始研究 2000年10月底 针对郑州局 南昌局接连两次发生因钢轨 电气分离式断轨 轨道电路得不到检查 客车脱轨的重大事故 该系统提出了解决 全 3 程断轨检查 等四项提高无绝缘轨道电路传输安全性的技术创新方案 获得了铁道部运 输局 科技司的肯定 2001年 针对郑一武UM71轨道电路雨季多处 红光带 该系统 围绕 低道碴电阻道床雨季红光带 问题 通过对轨道电路计算机仿真系统的开发 提 出了提高轨道电路传输性能的一系列技术方案 从理论和实践结合上实现了传输系统的 技术优化 3 ZPW 2000A无绝缘轨道电路作为铁路运输基础安全设备 已经被确立为今后铁路发展 的统一制式 国家知识产权局已受理了有关 钢轨断轨检查 多路移频信号接收器 等8项专利 成为我国目前安全性高 传输性能好 具有自主知识产权的一种先进自动 闭塞制式 为 机车信号作为主体信号 创造了必备的安全基础条件 ZPW 2000A型无绝缘轨道电路系统保持了UM71无绝缘轨道电路整体结构上的优势 解 决了调谐区内断轨的检查 且减少了调谐区的分路死区长度 并在系统中发送器采用了 N 1 冗余 接收器采用成对双机并联运用 提高了系统可靠性 铁路信号工程是铁 路基建的配套工程 但铁路信号水平是铁路现代化程度的重要体现 我们正处于科学技 术对推动经济社会发展起着关键性作用的时代 以信息化为特征的先进的铁路信号科学 技术正以前所未有的广度和深度改变铁路运输的面貌 成为运输生产力得以突飞猛进的 主导力量 信号工程在铁路基建中投资所占比重也呈上升趋势 二 选题的目的和意义 铁路信号技术它是计算机技术 自动控制技术和通信技术在铁路安全运输过程中的 具体应用 是保证行车安全 提高运输效率 改善劳动条件和运营管理水平的重要设备 系统 也是铁路运输实现集中统一指挥的重要手段 通过对ZPW 2000A无绝缘轨道电路 的阐述 能够更好的理解系统的工作原理 对设备的维护管理是非常重要的 只有减少 轨道电路红光带的发生 才能够保证行车的安全 提高行车的效率 获得更多的经济效 益 三 研究方案 框架 1 对早期轨道电路介绍 2 ZPW 2000A 无绝缘轨道电路结构组成 3 ZPW 2000A 无绝缘轨道电路各部作用 4 ZPW 2000A 无绝缘轨道电路各部原理 5 ZPW 2000A 无绝缘轨道电路的开通和调试 6 如何减少 ZPW 2000A 无绝缘轨道电路故障的发生 4 四 进度计划 2014 年 6 月 2 日 2014 年 6 月 12 日 收集 ZPW 2000A 无绝缘轨道电路相关资 料 2014 年 6 月 12 日 2014 年 6 月 24 日 对相关资料进行认真研读 并对其工作 原理进行说明 2014 年 6 月 24 日 2014 年 7 月 4 日 通过对 ZPW 2000A 无绝缘轨道电路的结构分 析 2014 年 7 月 5 日 2014 年 8 月 20 日 完成论文初稿 2014 年 8 月 21 日 2014 年 9 月 30 日 完成论文 五 指导教师意见 指导教师 年 月 日 5 中中 期期 报报 告告 题目 题目 报告人 王胜报告人 王胜 一 进展情况 按照进度计划进行撰写 另外积极收集相关的资料及文献 为下一步的论述做好基 础准备 二 指导教师意见 指导教师 年 月 日 6 结结 题题 验验 收收 一 完成日期 2014 8 20 二 完成质量 按照任务书 基本完成了 ZPW 2000A 无绝缘轨道电路的组成 工作原理 及各部作用的 阐述 三 存在问题 四 结论 指导教师 年 月 日 1 中中 文文 摘摘 要要 本文从自身的经历 比较系统的分析了 ZPW 2000A 无绝缘轨道电路的技术和故障处理 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 结合我国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研制 的 具有自主知识产权的设备 本文主要是以亲身经历了对陇海线的自闭改造 从改造 开始时的电缆敷设 组合架走线 配线 焊接等方面 特别是对ZPW 2000A无绝缘轨道 电路在调试过程中的调整相关部件的电压 开通过程的准备工作做了分析研究 同时也 对设备在调试和开通过程中 产生的一些故障现象做了详细的阐述 通过本文的描述可 以对以后的设备故障时 能够及时的进行处理 提高列车的运行能力 本文主要从四个章节来阐述ZPW 2000A无绝缘轨道电路 1 从ZPW 2000A无绝缘轨道 电路的组成方面 主要从室内部分和室外部分 2 从ZPW 2000A无绝缘轨道电路的各部 件的作用与原理进行了分析 3 从ZPW 2000A无绝缘轨道电路的技术条件进行说明 4 主要通过开通时的调试 开通等阶段 对其开通的步骤等作出详细的阐述 另外也 将其出现的故障现象进行总结 关键词关键词 铁路信号 无绝缘轨道电路技术 ZPW 2000 冗余技术 2 Abstract Railway station signal control system namely interlocking system is one of the important control system of modem railway signal system At present the most widely used interlocking system is 6502一electronic centralized interlocking and computer interlocking And along with the application of computer technology and communication technology in railway signal areas computer interlocking system has been quite popular But at present the common use of these interlocking system is not the real sense of computer interlocking system because it s outdoor control module of bottom equipment is still completed by relay control circuit composed by relay Therefore to take place of relays by electronic module of microelectronics technology to control switch track circuit signals and other on site equipments becomes the next important research and development direction in computer interlocking system This article presents a frame structure of electronic interlocking system And the whole electronic interlocking system working principle and structure are discussed and the software structure of understanding Through application in special railway line the operation of the full electronic computer interlocking equipment and puts forward some problems It also puts forward some measures to reduce the fault and maintenance of network security and protection work of computer interlocking system Keywords Railway Signal Computer Interlocking Redundancy Ethernet 19 目目 录录 1 绪论 1 1 1 研究背景 2 1 2 研究目的与意义 3 1 3 国内外研究现状 4 1 4 研究内容与技术路线 5 2 ZPW 2000A 无绝缘轨道电路的简介 6 2 1 早期的轨道电路 6 2 1 1 轨道电路的定义 6 2 1 2 典型的 25HZ 轨道电路的特点和工作原理 7 2 2 ZPW 2000A 无绝缘轨道电路简介 8 2 2 1 ZPW 2000A 无绝缘轨道电路的组成 8 2 2 2 ZPW 2000A 无绝缘轨道电路各部的功能 9 2 3 ZPW 2000A 无绝缘轨道电路各部的工作原理 10 2 3 1 发送器工作原理 11 2 3 2 接收器的工作原理 11 2 3 3 衰耗冗余控制和空芯线圈的工原理 12 2 4 ZPW 2000A 无绝缘轨道故障 安全设计及电气特性的分析 13 2 4 1 ZPW 2000A 故障 安全设计 13 2 4 2 ZPW 2000A 电气特性性分析 14 3 ZPW 2000A 无绝缘轨道电路的技术条件 15 3 1 环境条件 16 3 2 轨道电路对应的参数条件 17 3 3 补偿电容的算法和设置 16 3 4 直流电源电压 16 4 ZPW 2000A 无绝缘轨道路的开通调试及故障处理 18 4 1 ZPW 2000A 无绝缘轨道路的开通调试 18 4 1 1 调试前的准备工作 18 4 4 1 2 室内设备的模拟试验步骤 19 4 1 3 室外设备的模拟试验步骤 4 1 4 开通时的调整与测试 18 4 1 5 设备正常情况下具备的条件 18 4 2 ZPW 2000A 无绝缘轨道电路的故障处理 18 4 2 1 ZPW 2000A 无绝缘轨道电路在开通调试中的故障 18 4 2 2 ZPW 2000A 无绝缘轨道电路在日常维护中的故障 18 4 2 3 ZPW 2000A 无绝缘轨道电路故障处理流程总结 18 5 结论 20 5 1 研究成果 20 5 2 不足 21 5 3 展望 22 参 考 文 献 23 附 录 24 5 1 绪论 1 1 研究背景 铁路信号技术经历了一百多年的发展 形成了如今的现代铁路信号系统 它是计算 机技术 自动控制技术和通信技术在铁路安全运输过程中的具体应用 是保证行车安全 提高运输效率 改善劳动条件和运营管理水平的重要设备系统 也是铁路运输实现集中 统一指挥的重要手段 现代铁路信号技术已成为向运输组织人员提供实时信息 实现列 车有效控制 提高铁路区间通过能力 提高编组能力的重要手段 是列车提速与发展高 铁事业的关键技术之一 4 在铁路信号系统中如何检测线路上是否有车辆占用是极其重要的 在铁路信号发展 的初期 主要依靠工作人员的观察和判断来确定线路的占用情况 时有因观察失误而造 成车辆冲突的事故 由于不能实时自动的实现列车位置检测 也不能实现信号控制的自 动化 直到1870年美国人鲁宾逊发明了开路式轨道电路 1872年又研制成功了闭路式轨 道电路 从此 自动 实时检查线路占用的课题得到解决 用轨道电路将列车运行与信 号显示联系起来 诞生了铁路自动信号 开创自动信号的新时代 目前 轨道电路有了多种制式 现在它不仅用来检查线路空闲 而且还可以用来向 列车传输信息 成为机车信号和车载设备的基础 我国所采用的轨道电路有25HZ相敏轨 道和ZPW 2000A无绝缘轨道电路 然而ZPW 2000A无绝缘轨道电路是我国具有自主知识产 权的一种先进的自动闭塞制式 1 21 2 研究目的与意义研究目的与意义 为了适应铁路运输的高密度 高速度的需要 实现我国铁路的跨越式发展 铁路设 备引入新技术 新设备 在对自闭系统的更新和研发上 将对无绝缘移频自动闭塞的改 造 作为我国铁路自闭技术发展的重点 因此 ZPW 2000A的高可靠性和适应性广等优 点 为机车信号主体化创造了必备的条件 因此成为我国自动闭塞系统轨道电路的首选 然而 相对于25HZ轨道电路而言 25HZ轨道电路较简单 它是由室内和室外设备组 成 室外由送端设备和受端设备组成 室内由防护盒和防雷补偿器 防护盒组成 25HZ 轨道电路无法检测断轨的状况 因此为了铁路的安全性 效率性的考虑 必须采用较先 进的闭塞系统轨道电路 因此我国在UM71的基础上研制出具有自主知识产权的自动闭塞 6 系统轨道电路ZPW 2000A ZPW 2000A无绝缘轨道电路有较完备的传输安全性技术及优化的传输系统参数构成 另外ZPW 2000A无绝缘轨道电路具有断轨检查及多移频信号的接收的功能 因此成为我 国目前传输性能高 安全性好 为 机车信号作为主体信号 创造了安全基础条件 另 外ZPW 2000A无绝缘轨道电路在传输长度 传输安全性 系统的可靠性 可维修性上比 其他制式的性价比高 降低了成本 因此ZPW 2000A轨道电路的是具有很好的发展趋势 1 3 国内外研究现状国内外研究现状 1 3 11 3 1 国内发展现状国内发展现状 截止 2005 年底 中国铁路营业里程已达到 74 000 km 以 上 复线率达到 30 左右 电气化率达到 25 左右 目前在两万多公里的电气化铁路上 有近 98 的车站采用 25 Hz 相敏轨道电路 因此 该制式成为电气化区段铁路站内轨道电路的首选 九五 电务 装备政策规定 电气化区段站内采用 25Hz 相敏软道电路 我国 25 Hz 相敏轨道电路于 1978 年开始研制 1982 年通 过铁道部技术鉴定 批准 推广使用 新型 25 Hz 相敏轨道电路的研制工作是在 1993 年由铁道部下达研制的 该 任务由中国铁路通信信号总公司研究设计院负责系统研究设计 并负责 25 Hz 电源及配 套器材的研制 西安器材研究所负责研制二元二位继电器 西安 北京 天津 沈阳信 号工厂及郑州铁路局西安电务器材厂分别负责产品试制 1996 年在郑州铁路局襄樊铁路 分局管内的花果站进行了试点 同年在郑州铁路局进行了扩大试验 1997 年经铁道部鉴 定 决定用 97 型 25 Hz 相敏轨道电路 替代原 25 Hz 相敏轨道电路 在全路推广使 用 在近期修建的电气化区段车站 其轨道电路已采用 97 型 25 Hz 相敏轨道电路 97 型 25 Hz 相敏轨道电路除保留原 25 Hz 相敏轨道电路工作稳定可靠 维修简单和故障率 低的优点外 还提高了抗冲击干扰能力 由原来 10 A 提高了 60 A 并延长了极限长度 可 达 1500 m 为了适应铁路的快速发展 高安全性的发展要求 在我国的京广线于 20 世纪 90 年 代初在电气化工程中引进法国 UM71 系统 UM71 即通用调制 71 型 是一种无绝缘的 轨道电路 是法国在 1971 年在克服电气化的干扰而研发的 UM71 系统的引进使我国的 铁路的安全性 可靠性有了很大的提高 也使我国铁路的信号技术有了很大的提高 在 7 引进的同时我国也研发属于本国铁路发展模式的无绝缘轨道电路 从 1998 年到 2002 年 历经五年的时间 属于我国的自主产权的 ZPW 2000A 无绝缘轨道电路诞生 ZPW 2000A 无绝缘轨道电路是在充分吸收利用 UM71 的长处 同时借鉴移频轨道电路 应用 DSP 数字信号处理技术成功实验的基础之上自主研发出来的 它依然沿用 UM71 的 电气隔离方式 但在轨道电路的传输长度和传输的安全方面做了很大的改进 1 3 21 3 2 国外现状国外现状 国外目前所采用的是 数字轨道电路 系统 对于铁路的数字化来说 是一个复 杂的大系统 包括许多子系统 数字铁路是一个全方位数字化的铁路系统 包括铁路各 个系统的数字化 如工务系统 车务系统 电务系统 调度系统等 对于铁路的数字化 这一系统工程来说 需要各方面合作进行 目前 对于数字铁路信号系统来说 主要包 括以下几个主要的组成部分 数字化轨道电路 轨道电路集中检测系统 主体化机车信 号 列车运行控制系统 这一系统有如下的特点 符合信号系统的发展方向 网络化 数字化 计算机 通信信号一体化 符合数字轨道电路的发展方向 无绝缘 无死区段 连续传输 全部通过钢轨 信息量大 车地间实现双向通信 可考虑单向 符合列控 的发展方向 适应提速和高速要求 适应高低速混跑 确保安全 提高效率 定位准确 提高旅客舒适度 符合铁路信息现代化的要求 实现调度中心对移动体的直接控制 实 现车 机的维修现代化 数字轨道电路 的三种制式有 自然衰耗时序数字化轨道电路 谐振隔离式频率 编码轨道电路 谐振隔离式时序编码数字化轨道电路 日本所采用的数字ATC轨道电路 频率400 700Hz 带宽25Hz 码长56bits 信息量 56bit 传输速率25bps 信息流向 地对车单向传输 法国所采用的UM71 TVM430轨道系统 TVM430是一个完整的列车自动控制系统 在 法国北线及海峡隧道 英吉利海峡 的TGV高速铁路上得到应用 它以UM71传输为基础 利用安全数字计算系统机进行工作 易于适应铁路的特定需求 载频1700 2600Hz 带 宽 30Hz 码长27bits 信息量21bits 编码频率间隔0 64Hz 信息流向 地对车单向 传输 意大利所采用的SASIB数字轨道电路 载频2100 4100Hz 带宽 200Hz 码长 200bits 信息量100bits 传输速率400bps 信息流向 车地双向通信 8 1 4研究内容与技术路线 本文对早期轨道电路做一个简单的简析 进而引出ZPW 2000A无绝缘轨道电路 通 过对无绝缘轨道电路的组成 工作原理及各部的作用进行详细的阐述 在充分掌握和了 解ZPW 2000A的全部性能后 当有故障发生后 才能快速的定位故障和处理故障 才能 更好的维护设备 论文后续内容的安排如下 第二章分析了早期轨道电路的含义和工作原理 引出了ZPW 2000A无绝缘轨道电路的 结构和各部的主要功能及相关主要部件的一些原理 另外对其在故障安全和电气性方面 作出分析 第三章为了更好的维护和检修ZPW 2000A无绝缘轨道电路 对其相关的一些技术参数 条件进行分析 第四章根据ZPW 2000A无绝缘轨道电路的开通调试 及在调试过程中产生的故障和日 常工作中总结的一些故障 2 2 ZPW 2000AZPW 2000A无绝缘轨道电路的简介无绝缘轨道电路的简介 2 12 1 早期的轨道电路早期的轨道电路 2 1 12 1 1轨道电路的定义轨道电路的定义 轨道电路是钢轨线路和连接于其始端及终端器械的总称 在国家铁路行业标准 轨 道电路通用技术条件 中轨道电路定义为 利用铁路线路的钢轨作为导体传递信息的电 路系统 通过轨道电路 可以检测轨道上有无列车占用 轨道电路能够发送关于轨道是 否空闲与是否完整的信息 起着一个信息发送器的作用 同时还起着通过信号机之间 以及地面设备之间信息发送与接收传输通道的作用 因而轨道电路是铁路列车运行实现 自动控制和远程控制的基础设备之一 5 轨道电路的三种状态 调整状态 分路状态 最不利条件 调整状态是指轨道没有 被占用的状态 分路状态是指轨道被占用的状态 最不利条件是指当轨道电路各参数在 规定范围内 受电端所得电压在调整状态下为最低 分路状态为最高 而发送的机车信 号信息的入口电流为最小时 与之相应的供电电压和一次参数的总称 轨道电路的分类 按钢轨绝缘的分为有绝缘式和无绝缘式 按构成方式分为开路式 和闭路式 供电方式分为连续式和脉冲式 按信号电流分为直流和交流式 按归线方式 分为双轨条式和单轨条式 按频率可分为 25HZ 50HZ 75HZ 移频等 9 2 1 2 典型的 25HZ 相敏轨道电路的特点及工作原理 首先 25HZ相敏轨道电路的特点 相敏轨道电路由于采用二元二位继电器 具有可靠的相位选择性和频率选择性 因 而对轨端的绝缘破损和外界牵引电流的干扰能可靠的进行防护 电路采用25HZ频率后 与其他工频连续式轨道电路比较 在相同的条件下 受道砟 电阻的影响变化的影响较小 因而改善了传输特性 由于25HZ分频器的固有特性 当两个频器的输入端反相连接时 则其输出电压相差 90度 易于做成局部电源电压恒超前轨道电源90度 因而可以进行集中调相方式 25HZ分频器具有不可逆性 虽然50HZ不平衡电流通过扼流变压器 轨道变压器流 入轨道分频器的输出回路 但在其输入端不可能有100HZ 即局部分频器的输入端得不 到100HZ电流 在局部分频器的输出端也不可能有其50HZ的电流 同时轨道继电器的局 部线圈是由室内独立的分频器供电 它既不与钢轨或轨道分频器的输出相连 又不经过 室不致受牵引电流的影响而错误吸起 25HZ轨道电路由于采用了连续式供电方式 就可对整个轨道电路技术性能和指标 用一般的原理和数学方法进行理论的分析和计算 从而较方便地找出其工作的最不利条 件和极限指标 更便于通过试验的手段对理论计算加以验证 25HZ轨道电路的工作原理 25HZ电源屏由室内分别供出25HZ轨道电源和局部电源 轨道电源由室内供出 通过电缆供向室外 经由送电端的轨道变压器 送端的限流电阻 送端的扼流变压器 轨道线路 受电端的扼流变压器 受电端的轨道中继变压器 电缆 线路 送回室内 经过防雷补偿器 防护盒给二元二位轨道继电器轨道线圈供电 局部 线圈的电源由室内供出 当轨道线圈和局部线圈达到电源满足相位和频率的要求时 二 元二位继电器吸起轨道电路处于工作状态 反之二元二位处于落下状态 轨道电路处于 不工作状态 10 25HZ轨道电路的工作原理图 2 22 2 ZPW 2000AZPW 2000A无绝缘轨道电路无绝缘轨道电路 2 2 1 ZPW 2000A 无绝缘轨道电路的组成 轨道电路设备构成可以分为三种类型 区间和站内轨道 站内无岔区段轨道电路 道岔区段轨道电路 站内无岔区段轨道电路和道岔区段轨道电路室内部分基本相同 与 区间轨道电路不同的是没有小轨调整部分 这是因为站内各区段采用机械绝缘 ZPW 2000A无绝缘轨道电路是由室内设备和室外设备所组成 室内设备由发送器 接收器 衰耗冗余控制器 防雷的电缆模拟网盘 通信盘 机柜等设备构成 室外部分 由调谐单元 匹配变压器 空芯线圈 补偿电容器 SPT电缆 如下图所示 11 ZPW 2000A无绝缘轨道电路的结构组成图 2 2 2 ZPW 2000A 无绝缘轨道电路各部的功能 ZPW 2000A无绝缘轨道电路有十二部分组成主要有接收器 发送器 衰耗冗余控制 器 防雷的电缆模拟网盘 匹配变压器 空芯线圈 补偿电容器等 下面一一介绍其各 部的作用及功能 通信接口板 主要是向移频柜发送低频信息 并将移频柜各种参数信息传回列控 中心 移频柜电源 给移频柜中各部电气元件提供工作电源 发送器 发送器用于产生高精度 高稳定的移频信号电源 采用双机热备冗余方 式 产生18中低频 8中载频多的高精度 高稳定的移频信号 产生足够功率的移频信 号 对移频信号进行自检 当有故障发生时 向检测维护主机发出报警信息 12 发送器图 接收器 主要用于对主轨道电路移频信号的解调 动作轨道继电器 实现与受电 端相连接调谐区短小轨道电路移频信号的解调 给出短小轨道电路的报警条件 并通过 CAND及CANE总线送至检测维护终端 检查轨道电路的完好 减少分路死区长度 用接收 门限控制实现对BA断线的检查 接收器的输入和输出均按双击并联运用设计 与另一台 接收器构成双机并联运用系统 保证系统在运行中的安全可靠性 接收器图 单频衰耗冗余器 实现正方向继电器的复示及反方向继电器的复示 实现单载频 区段主轨道电路的调整 实现单载频区段小轨道电路的调整 实现总功出电压切换 实 现主发送器 备发送器的发送报警条件的回采 面板上有主发送工作灯 备发送工作灯 接收工作灯 轨道表示灯 正向指示灯和反向指示灯 主发送电源 备发送电源 主发 送报警 备发送报警 功出电压 功出电流 接收电源 主机轨道继电器 并机轨道继 电器 轨道继电器 轨道信号输入 主轨道信号输出 小轨道信号输出测试塞孔 双载频衰耗冗余控制器 实现正方向继电器的复示及反方向继电器的复示 实现 13 主发送器 备发送器的发送报警条件的回采 实现双载频区段主轨道电路的调整 实现 总功出电压切换 面板上有主发送工作灯 备发送工作灯 接收工作灯 轨道表示灯 正向指示灯和反向指示灯 主发送电源 备发送电源 主发送报警 备发送报警 功出 电压 功出电流 接收电源 主机轨道继电器 并机轨道继电器 轨道继电器 轨道信 号输入 主轨道信号输出测试塞孔 衰耗器图 调谐匹配单元 调谐匹配单元用于轨道电路电气绝缘和机械绝缘处 调谐部分形 成区段载频的短路 且与调谐区内钢轨电感形成并联谐振 实现相邻区段信号的隔离和 本区段信号的稳定输出 匹配部分主要作用是用来实现钢轨阻抗和电缆阻抗的连接 以 实现轨道信号的有效传输 另外调谐匹配单元分为四种信号 根据本区段的载频进行相 应的选取 空芯线圈 主要设置在电气绝缘节的中心位置 平衡牵引电流和稳定调谐区阻抗 线圈的中点可以作为横向连接 牵引电流连接和纵向防雷接地连接使用 逐段平衡两钢 轨的牵引回流 实现上下行电路的等电位的连接 改善电气绝缘节的Q值保证工作的稳 定性 减少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 一方面平衡牵引电流 另一方面保证维修人员的安全 站内匹配单元 站内匹配单元用于站内机械绝缘节分割的股道 咽喉区的无岔和 道岔区段以及其他双端为机械绝缘节的轨道电路的发送和接收端 主要完成钢轨阻抗和 电缆阻抗的连接 以实现轨道的有效传输 补偿电容 补偿电容是为了补偿轨道电路过长 钢轨电感的感抗所产生无功率的 14 损耗 改善轨道电路在钢轨上传输性能 为了抵消钢轨电感对移频信号对传输的影响 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的检查 在钢轨两端对地不平衡条件下 能够保证列车 的分路 带适配器的扼流变压器 降低不平衡牵引电流在扼流变压器两端产生50HZ电压 使其不大于2 4V 导通钢轨内的牵引电流使其畅通无阻 其中的适配器的作用是确保带 适配器的扼流变压器对牵引电流50HZ信号呈现较低的阻抗 使其在最大不平衡牵引电流 的条件下 其在扼流变压器上产生的50HZ电压不大于2 4V 而对轨道电路的移频信号呈 现较高阻抗 在规定的使用条件下不小于17欧姆 2 3 ZPW 2000A无绝缘轨道电路各部的工作原理 2 3 12 3 1 发送器工作原理发送器工作原理 发送器内部采用双套独立的CPU处理单元 同一载频 低频编码条件源 以反码的 形式分别通过互为冗余的两条CAND CANE总线送至CPU1及CPU2 CPU1控制 移频发生器 产生移频信号 移频信号分别送至CPU1和CPU2进行频率的检测 频率检测结果符合规定 后 控制输出信号 经 控制与门 使移频信号送至 滤波环节 实现方波到正弦变 换 功放 输出的移频信号送至CPU1及CPU2 进行功出电压检测 CPU1及CPU2对移频 信号进行低频 载频幅度特征检测符合要求后 驱动 安全与门 电路使发送报警继电 器吸起 并使经过 功放 放大的移频信号输出至轨道 当发送短路时 经检测使 控 制与门 有10s的关闭 结构原理图2 3 1所示 15 2 3 1发送器内部结构原理图 CAN地址及载频编码的条件的读取 为了消除干扰 采用 功率 型电路 考虑到故 障安全 应将24v直流电源变换成交流 呈动态监测方式 并将CAN地址及载频编码控制 电路与CPU等数字电路有效隔离 移频信号的的产生 列控中心根据轨道空闲条件及信号的开放条件等进行编码 通过 信盘转发编码数据 载频 低频编码条件通过CAND CANE总线分别送到CPU1和CPU2后 首先判断该条件是否有效 条件有效时 CPU1通过查表得到该编码条件所对应的上下边 频数值 控制移频发生器 产生移频信号 并由CPU1进行自检由CPU2进行互检 条件无 效时两个CPU构成故障报警 移频信号的放大 功放电路对移频信号进行放大 产生具有足够功率的10种电频的等 级输出 电频级的调整采用接线方式调整输出变压器的变比 自检输出 发送器对编码条件的有效性 输出信号的幅度 载频 低频进行回检 以 直流电压方式输出自检的结果 工作中通过驱动发送报警继电器作为发送故障后的通道 切断和冗余切换条件 两个CPU独立检测判断 共同驱动一个安全与门的结果 发送器正常工作所具备的的条件 24v电源保证极性的正确 有且只有一路低频编码 条件 有且只有一路载频条件 有且只有一个 1 2 选择条件 输出负载不能短 路 2 3 22 3 2 接收器的工作原理接收器的工作原理 16 接收器采用两个独立的CPU 对输入的信号分别进行解调分析 满足继电器吸起条件 时输出方波信号 输出至安全与门电路 与另一台接收器的安全与门输出共同经过隔离 电路动作轨道继电器 A D为模数转换器 将输入的模拟信号转换成计算机能够处理的数字信号 载频的条 件读取电路设定主机 并机载频条件 由CPU进行判决 确定接收器的接收频率 同一 载频 低频编码条件源 以反码的形式分别通过CAND CANE总线送入CPU2和 CPU1 CPU1 CPU2根据确定的载频编码条件 通过各自的识别 通信 比较确认一致 视为正常 不一致时视为故障报警 外部送进来的信号 分别经过主机和并机两路的模 数转换器转换成数字信号 CPU1 CPU2对外部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 低频的要求时 就输出3KHZ方波 驱动安全与门电路 安全与 门电路收到两路方波后 转换成直流电压驱动继电器 如果CPU1和CPU2的结果不一致 安全与门输出不能构成 则同时报警 电路中增加安全与门的反馈检查 如果 CPU1 CPU2有动态输出 那么安全与门就应该有直流输出 否则就人为安全与门故障 接收器进行报警 如果接收器接收到的信号电压过低 则判断列车分路 如图2 3 2接 收器的工作电路图 2 3 2接收器工作原理图 信号的处理 列控中心根据轨道空闲条件及信号的开放条件等进行编码 通过信盘 转发编码数据 载频 低频编码条件通过CAND CANE总线分别送到CPU1和CPU2后 首先 17 判断该条件是否有效 条件有效时 CPU1 CPU2对外部信号进行单独的运算 判决处理 当接收信号幅度 载频 低频要求时 就输出3khz的方波 驱动安全与门电路 安全与 门电路收到两路方波后 转换成直流电压驱动轨道继电器 如果接收器接收到的信号电 压过低 则判为列车分路 安全的输出 接收器接收到的信号符合幅度 载频 低频的要求 驱动安全与门电 路驱动继电器 这一部分发送器的安全与门电路类似 接收器正常工作的条件及轨道继电器吸起所具备的条件 24v电源保持极性的正确 且只有一路载频 1 2 及X 1 X 2 选择条件 轨道继电器吸起的条件 从轨出1 测出主轨道信号达到可靠的工作值大于或等于240mv 前方相邻接收送来的小轨执行条 件 24v电源 2 3 32 3 3衰耗冗余控制和空芯线圈的工原理衰耗冗余控制和空芯线圈的工原理 衰耗冗余控制器是通过主轨道输入电路和小轨道输入电路 主轨道输入电路 主轨 道信号V1 V2经变压器B1输入 变压器的匝数比为116 1 146 次级通过变压抽头连接 可构成1 146级变化 然后按照轨道电路调整参考表调整接收器电平 小轨道输入电路 根据方向电路的变化 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 按正反方向进行 正向调整用Z2 Z11端子 反向调整用F2 F11端子 负载阻抗为3 3千 欧姆 为提高数模转换器的采样精度 短小轨道信号经过1 3升压变压器B2输出至接收 器 空芯线圈的工作原理 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电流阻抗起到平衡电流的作用 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 如图2 3 3为空芯线圈平衡 牵引回流的示意图 18 图2 3 3 电气绝缘节长29m 在两端各设一个调谐单元 对较低频率轨道电路端 设置L1 C1两 元件F1型调谐单元 对于较高频轨道电路端 设置L2 C2 C3三元件的F2型调谐单元 f1端的调谐单元的L1C1对f2端的频率为串联谐振 呈现较低的阻抗 称 零阻抗 相 当于短路 阻止了相邻区段信号进入本区段 f1端的调谐单元对本区段的频率呈现容性 并于调谐区的钢轨 空芯线圈的综合电感构成并联谐振 呈现高阻抗 称 极阻抗 相 当于断路 减少本区段信号的衰耗 2 42 4 ZPW 2000AZPW 2000A 无绝缘轨道故障无绝缘轨道故障 安全设计及电气特性的分析安全设计及电气特性的分析 2 4 12 4 1 ZPW 2000AZPW 2000A故障故障 安全设计安全设计 铁路信号设备与普通工业设备相比最重要的一个特性就是故障一安全特性 ZPW 2000A 无绝缘轨道作为保证列车安全运行的基础设备 在开发设计过程中都遵守故障 安全导向的原则 发送器内部采用双套相互独立的 CPU 处理单元 当有一套出现问题 立即切换到 另一套并发出报警信息 通信过程中 采用冗余的两条网络总线分别发送相应的信息给 CPU 移频信号的的产生过程中 每个用于 CPU 的移频发生器的 可编程逻辑器件 分 别采用各自独立的时钟源 经检测后 分别产生两个 CPU 各产生一个信号 并进行互检 自检判断是否符合条件 19 接收器 发送器都采用双机并联的运用设计 保证系统的可靠性 2 4 2 ZPW 2000AZPW 2000A电气特性性分析电气特性性分析 对于ZPW 2000A无绝缘轨道电路电气分析包括发送功出电压 发送功出电流 载频 低频 主轨电压 小轨电压 发送功出电压 电流 可以按照频率 区间长度 电平级 轨道类型的因素在调整 表中找到对应调整方法 不同区段发送功出电压 电流的值是不同的 但在正常情况下 发送功出电压 电流应该是稳定不变的 如果有电气的干扰可能会存在连续和间接的小 幅波动 载频 在一体化电路中分别为1700HZ 2000HZ 2300HZ 2600HZ 每种频率分为上下 两种边频 载频共分为8种 8种频率又按照上下行各两种交替使用 具体分配 低频 是由列控中心通过CI TC板经CAND CANE两条工业控制总线送到移频柜的发 送器 低频不需要人工调整 它是通过列控中心的主机单元根据联锁逻辑运算得出的 3 3 ZPW 2000AZPW 2000A无绝缘轨道电路的技术条件无绝缘轨道电路的技术条件 3 1 环境条件 ZPW 2000A无绝缘轨道电路系统在下列条件下可靠工作 室外温度为 30度 70度 室内温度为一5度 40度 相对湿度不大于95 温度30度时 大气压力为74 8kPa 106 kPa 相对海拔高度2500m以下 周围无腐蚀和引起爆炸危险的有害气体 20 3 2 轨道电路对应的参数条件 道床电阻为1 km或2 0 km时 分路灵敏度为0 15 道床电阻不小于3 0 km 时分路灵敏度为0 25 轨道电路在调整状态下 接收器的接收电压为 轨出1 不小于240mv 轨出2 接 收电压不小于100mv 主轨道继电器电压不小于20v 1700 负载 无并机接入的状态下 小轨道接收电压不小于33 3mv 考虑到上下边频幅度差运用33 38mv 小轨道继电 器或执行条件电压不小于20v 1700 负载 无并机接入的状态下 轨道电路在分路状态下 轨道电路在不最不利的条件下 主轨道任一点采用0 15 标 准分路线分路时 轨出1 分路电压应不大于140mv 轨道继电器才可以可靠的落下 在调谐区段分路时 轨道电路存在死区段 并且用0 15 标准分路线 可以测得机车短 路电流在1700hz 2000hz 2300hz下 机车短路电流不小于500mv 在2600hz下 机车 的短路电流不小于450mv 3 3 补偿电容的算法和设置 两端为电气绝缘节轨道电路结构图1 当频率为1700HZ 2000HZ区段轨道电路补偿电容具体设置方和计算机方法 需要补 偿的轨道电路区段的长度L1 轨道电路区段长度L 2 半个调谐区段L2 补偿电容数量n 四舍五入 需要补偿的轨道电路区段L1 60 间隔 需要补偿的轨道长度L1 n 注 意其中单位均为m 当频率为2300HZ 2600HZ区段的轨道电路时 需要补偿的轨道电路区段的长度L1 轨道电路区段长度L 2 半个调谐区段L2 补偿电容数量n 四舍五入 需要补偿的轨道 电路区段L1 80 间隔 需要补偿的轨道长度L1 n 其中单位均为m 21 两端为电气绝缘节轨道电路结构图1 站内轨道电路电容的设置及计算方法 以站内一体化机械绝缘节轨道电路结构图为例 补偿电容数量n 四舍五入 轨道电路区段长度L 100 间隔距离 轨道电路区段长度 L n 单位为m 补偿电容安装位置的允许公差 区间补偿电容的安装容许公差为 半截距加减 0 25m 间距加减0 5m 对于站内道岔岔心处的补偿电容的安装位置允许公差为 加减 10m处理 其余的按照 区间补偿电容室外安装位置允许公差 原则处理 4 补偿电容的作用 保证轨道的电路传输距离 保证接收端信号有效信干比 保证接 收器和车载设备可靠工作 实现对断轨的检查 保证钢轨同侧两端接地条件下 轨道电 路分路及断轨检查性能 3 3直流电源电压 直流电源电压范围 23 5V一24 5V 设备耗电情况 发送器在正常工作时负载为400Q 功出为1电平的情况下 耗电电流 22 为5 55A 在功出短路时耗电电流小于10 5A 接收器正常工作时耗电电流小于500mA 4 4 ZPW 2000AZPW 2000A无绝缘轨道路的开通调试及故障处理无绝缘轨道路的开通调试及故障处理 4 1 ZPW 2000A 无绝缘轨道路的开通调试 4 1 1 调试前的准备工作 1 导通室内各架 柜 间配线 2 检查送至机柜的 24v 电源极性是否正确 按机柜布置图将发送 接收安 3 装在对应位置 并用钥匙锁紧 4 对照线路图编制各个闭塞分区情况汇总表 按轨道电路调整表将发送电平 接收电 平 电容容量和个数 电缆补偿长度正确写入 为开通前的调整做好准备 5 轨道电路调整内容 包括发送电平 接收电平 模拟电缆的调整 发送电平 按照轨道电路调整表在机柜发送器端子上进行调 接收电平 按照轨道电路调整表在机柜衰耗器母版的万科端子上进行调整 模拟电缆补偿长度 按照缆补偿长度调整表在网络接口柜匣的 35 芯端子上进行调 整 6 小轨道电路的调整 在开通要点后根据衰耗器轨入塞孔实际测量的小轨道信号的大 小 按照 接收器小轨道调整表 在机柜衰耗器母版的万科端子上进行调整 将 轨 出 2 小轨道输出信号调整在 110mv 左右 例如 陇