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ZPWR说明书

前言

随着我国铁路列车运行速度、密度的不断提高、机车信号主体化、列控系统的发展需求，对作为列控系统重要基础设备之一的自动闭塞设备有了更高的要求，自动闭塞设备中反映列车运行占用情况的轨道电路已成为保证车载系统安全信息传递的关键环节。

为了适应我国铁路运输发展，我们研制了“ZPW-2000R型无绝缘移频自动闭塞系统”。

本书做为“ZPW-2000R型无绝缘移频自动闭塞系统”技术培训教材，主要适用于工程设计、施工、运用管理单位人员对系统的全面了解和掌握。

为满足不同对象的要求，该《系统说明》主要从系统构成及原理、单元设备的构成和工作原理、工程设计原则等几个方面进行了描述，有关工程设计、施工的标准和具体资料没有详细列入，如有需要请向我公司另行索取。

本书由邓迎宏、肖彩霞、姜军主编，由兰献彬、赵明才、赵拂明、孙朝生等校核，由于时间和能力所限，难免有错误、疏漏之处，请多指正和谅解。

编者

2004年9月

第一章概述

一、研究基础及创新点

法国UM71系统已在国内外上道运用多年，该制式轨道电路的安全性、可靠性得到了充分肯定。

它具有抗干扰性能强、无机械绝缘、工作稳定可靠等优点，已成熟应用在时速300km、大牵引电流1000A以上的线路上，满足机车信号主体化要求。

但该系统也存在某些不足，如系统采用单套设备运用方式，无冗余措施；轨道传输长度短；控制距离短，最长站间距为15km,超长时需增加设备；分路死区长等。

“ZPW-2000R型无绝缘移频自动闭塞”是在消化吸收法国UM71系统的基础上，通过技术创新，进行完善提高的新型无绝缘移频自动闭塞系统。

该系统采用了DSP技术，实现信号的检测、编码、调制与解调。

为了解决调谐区占用和调谐区器材故障检查的问题，提出五点布局的调谐区设计方案和死区检查浮动门限的算法，使系统调谐区检查的问题得到较好的解决。

二、项目研究的发展过程

2000年初，根据铁道部技术政策导向，提出该课题并在哈尔滨铁路局科委立项。

2001年末，完成系统总体方案的论证，2002年初，研制出工程样机，并通过以立项时确定的技术条件为标准的全面测试。

2002年11月，在哈尔滨铁路局滨洲线“虎尔虎拉—黑岗”两站一区间开通了11km上、下行共14个闭塞分区的试验段。

2003年4月，完成哈尔滨铁路局组织的铁道部专家组对该系统进行的全面测试。

2003年10月，通过铁道部技术审查,充分肯定该系统于UM71基础上的技术创新，并建议扩大试用。

2003年11月，哈尔滨铁路局确定系统于滨洲线“虎尔虎拉--白山乡”间三站两区间进行扩大试验，并于2004年7月正式开通运用。

2003年12月，铁道部确定于郑州局宝中线“陇县—神峪河”四站三区间扩大试用。

三、ZPW-2000R型无绝缘移频自动闭塞系统特点

1、用DSP数字信号处理技术，对接收的主轨道信号和调谐区信号进行高精度的幅度运算，来实现调谐区检查（死区长度不大于5m）、轨道电路全程断轨检查、BA断线检查。

2、运用对频率信号具有高精度分辨能力的DSP技术，实现载频频率交错设计（每种载频分为F1型和F2型），提高系统的安全性。

3、运用DSP频域分析的方法，解决电化谐波拍频干扰使接收设备错误动作的问题。

4、运用DSP技术实现有选频接收的解调方式，对18个低频之外的低频信息有防护能力,提高接收设备的安全性。

5、提高系统抗电化干扰的能力，信干比为1：

1，并保证系统在信干比小于1：

1时不出现升级显示，大于1：

1时设备应可靠工作。

6、在道碴电阻1.0Ω·km，送、受电缆长度10km时，调整补偿电容器的容值和等间距距离，可使“电气-电气绝缘”、“机械-电气绝缘”和“机械-机械绝缘”区段的极限传输长度达到1500m。

传输电缆长度超过10km时特殊设计。

7、信号机内方的主轨道和调谐区构成一个完整的闭塞分区，在其范围内任一点分路均由本架信号机防护（5m死区除外）。

8、系统采用发送设备“N+1”备用、接收设备“1+1”并用的冗余方式，进一步提高系统可靠性。

第二章ZPW-2000R型无绝缘轨道电路系统原理

一、系统的构成

1．系统设备由室内设备和室外设备两大部分组成。

硬件结构如图2.1所示：

0.7m2m50m△L△L△L50m2m13m13m2m

SVA

图2.1系统的硬件结构示意图

室内设备由区间发送器、区间功放器、接收器、衰耗滤波器、电缆模拟单元、区间防雷单元等组成。

室外设备由轨道匹配单元（BP）、调谐单元（BA）、电气节平衡线圈（DSVA）、机械节平衡线圈（JSVA）及补偿电容器等组成。

2．系统由备用区间发送器、区间功放器、N+1继电转换电路构成发送“N+1”冗余工作方式,由接收器A、接收器B构成“1+1”双机并用工作方式。

3．系统联锁电路、结合电路采用继电方式，方向电路采用定型的继电电路。

4．系统闭塞分区轨道电路的隔离方式有“电气—电气”、“电气—机械”和“机械—机械”三种。

二、系统工作原理

1．发送通道工作原理

发送器根据前方闭塞分区执行继电器或站内联锁继电器构成的编码条件，通过内部动态编码隔离电路输出动态信号，送至发送器内部的双CPU系统进行处理，产生相应的移频信号经隔离、放大后先经“N+1”转换、方向电路、红灯转移条件送至电缆模拟单元、防雷单元及室外电缆，再经轨道匹配单元发送到轨道。

并分别向两个方向传输，正向信号经主轨道传送到本区段的接收端，同时因调谐区发送侧BA对接收信号呈低阻而实现隔离不再向下一个区段继续传输。

反向信号经调谐区传输送至相邻区段的接收端，同时因调谐区接收侧BA对该信号呈低阻而实现隔离不再向相邻区段继续传输。

2．接收通道工作原理

经主轨道传输的本区段信号和经调谐区传输的反向信号都送入本区段的接收端，并共用传输通道经轨道匹配单元、室外电缆、区间防雷单元、电缆模拟单元将两种信号同时送至衰耗滤波器，再经衰耗滤波器的衰耗、滤波后，输出两路主轨道信号、两路调谐区信号。

其中，第一路主轨道信号和第一路调谐区信号送至接收器A的两路输入接口电路，第二路主轨道信号和第二路调谐区信号送至接收器B的两路输入接口电路,A、B接收器的双CPU均对两路输入信号进行数据采集、DSP数字处理计算校核后输出，动作执行继电器，控制区间信号灯显示，反

映列车占用情况，同时控制后方闭塞分区发送的信息，实现自动控制。

3．电气绝缘节工作原理

电气绝缘节由调谐单元、电气节平衡线圈及30m钢轨组成。

用于实现两相邻轨道电路间的电气隔离。

电气绝缘节长30m，在两端各设一个调谐单元（BA），对于较低频率轨道电路（1700Hz、2000Hz）端，设置L1、C1两元件的1700型、2000型调谐单元；对于较高频率的轨道电路（2300Hz、2600Hz）端，设置L2、C2、C3三元件的2300型、2600型调谐单元,电路如图2.2所示。

图2.2电气绝缘节电路原理图

“f1”（f2）端BA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轨道电路区段。

“f1”（f2）端的BA对本区段的频率呈现容性，并与调谐区的钢轨、电气节平衡线圈的综合电感构成并联谐振，呈现较高阻抗，称“极阻抗”相当于开路，以此减少了对本区段信号的衰耗。

（1）调谐区占用检查：

信号机防护的区段为调谐区和主轨道两部分，其中调谐区内有车占用但得不到检查的区域（信号机内方5m），为本区段的死区。

下面介绍调谐区有车占用检查的原则。

调谐区检查原则：

如图2.3所示，A1G信号机FS2（A2G）前方2m处，A1G信号机把其内方的调谐区1和主轨道1作为一个区段来防护。

当A1G信号机防护区段内方的调谐区或主轨道有车占用时，A1G信号机均显示红灯。

在调整状态下，经主轨道1传输的本区段1700Hz信号、经调谐区反向传输的A2G发送器（FS2）发送的2300Hz信号，共用A1G接收通道送至接收器（JS1）。

当接收器的接入2电压（即调谐区信号，常态为500mV～700mV）下降到440mV～460mV时，系统软件启动调谐区检查功能，此时若接收器的接入1电压（即主轨道信号）下降到原调整值的80%～85%，软件即判断为调谐区内有车占用。

图2.3信号机防护区段示意图

（2）BA断线和调谐区断轨检查：

BA断线和断轨检查是在后方区段空闲时进行的。

BA断线检查分两种情况：

一种是发送侧BA断线，一种是接收侧BA断线。

在正常情况下，接收设备以固定门限来接收调谐区反向信号。

当调谐区发送侧BA断线时，破坏了并联谐振，使发送侧极阻抗丧失，调谐区信号下降，约是原调整状态下限值的一半。

这个电压下降的跳变给接收设备提供检测条件，使接收设备可以用软件

BA断线的下限门槛，判断出BA断线的故障。

当接收侧BA出现断线故障时，由于接收侧BA对调谐区发送的反向信号是一个零阻抗，发送调谐区反向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，接收设备接收的调谐区信号也大幅度上升，大约在调整状态下调谐区信号上限值的2倍以上，调谐区信号上升的跳变为接收设备提供接收侧BA断线的检测条件。

接收设备可以用软件BA断线的上限门槛，判断出BA断线的故障。

实现BA断线故障的检查。

调谐区断轨检查同调谐区发送侧BA断线故障现象一样，也使接收调谐区信号电压下降，只是调谐区信号下降的大一些，接收软件可用发送侧BA断线故障检查门槛来检查调谐区断轨故障。

4．双方向电路

当需要改变运行方向时，通过方向电路控制正、反方向继电器动作，由正、反方向继电器控制室内每个闭塞分区发送、接收设备之间互相倒换，来实现运行方向转换。

5．系统冗余

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，实现故障报警。

另一个接收器持续工作，系统不停用。

第三章ZPW-2000R型无绝缘移频自动闭塞系统主要技术条件

一、系统设备适用环境

1．环境温度：

室内设备-5℃～+40℃;室外设备-40℃～+70℃;

2．相对湿度：

不大于95%，（温度为30℃时）;

3．大气压力：

74.8kpa～106kpa（相当于海拔高度2500m以下）;

4．周围无腐蚀气体,无引起爆炸危险性的有害气体。

二、系统技术条件

1．载频中心频率：

如表3.1所示。

表3.1载频中心频率表

载频类型

中心频率（Hz）

载频类型

中心频率（Hz）

1700Hz（F1）

1701.1

2300Hz（F1）

2301.3

1700Hz（F2）

1698.6

2300Hz（F2）

2298.8

2000Hz（F1）

2001.1

2600Hz（F1）

2601.0

2000Hz（F2）

1998.6

2600Hz（F2）

2598.5

2．低频调制频率:

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共18种。

3．载频频偏为△f=±11Hz。

4．区间功放最大输出功率为70W（负载电阻为400Ω），分1、2、3、4、5五挡。

5．接收参数

（1）吸起门限：

200mV～210mV；

（2）落下门限：

≥170mV；

（3）吸起时间：

2.6s～3.5s；

（4）落下时间：

2.0s～2.5s;

（5）检查启动值：

440mV～460mV；

（6）检查落下值：

调整值的80%～85%；

6．系统的信干比1:

1及以上时，应保证接收设备稳定可靠工作，当信干比小于1：

1时，应保证接收设备不导致升级显示。

7．最不利道床条件下，调谐区分路死区不大于5m。

可实现调谐区器材BA断线故障检查，轨道电路实现全程断轨检查（分离式）。

8．轨道电路极限长度条件下，用0.15Ω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。

9．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240mV，在道碴电阻无穷大时，主轨道内用0.15Ω分路电阻分路时，接收工作电压应不大于140mV；调谐区接收工作电压应不小于550mV，不大于750mV。

调谐区内发送调谐单元处用0.15Ω分路电阻分路时，调谐区接收工作电压应不大于150mV。

10．采用集中供电方式，电源采用DC48.0V±0.5V，区间每个信号点最大功耗200VA。

11．系统满足电化、非电化通用，电化区段轨道回流1000A，其不平衡系数为10%。

12．传输电缆采用铁路内屏蔽式数字信号电缆（型号：

SPT-P系列）。

13．系统满足列车双向追踪运行的技术要求（自闭方向电路、联锁电路均为继电方式）。

14．系统具有配套维护机及标准CAN总线数据通讯接口。

15．系统发送采用“N+1”、接收“1+1”冗余方式，实现故障自动转换。

16．系统电磁兼容指标符合《TB/T3073-2003铁道信号电气设备电磁兼容性试验及其限值》标准三级要求。

17．系统具有对雷电感应过电压进行防护能力，不考虑直接雷击设备的防护。

雷击试验应符合《TB/T3074-2003铁道信号设备雷电电磁脉冲防护技术条件》标准要求。

18．系统满足《TB／T2852－1997轨道电路通用技术条件》标准要求。

19．在道碴电阻为1.0Ω·km、分路电阻为0.15Ω、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3.2。

表3.2道碴电阻1.0Ω·km极限传输长度表

载频（Hz）

补偿电容器（μF）

极限传输长度（m）

1700

40

1500

2000

33

1500

2300

30

1500

2600

28

1500

（注：

工程设计时轨道电路长度不大于1400m）

第四章ZPW-2000R无绝缘移频自动闭塞设备安装及构成

一、区间移频柜（架）

1．产品型号：

ZPW·GQ（ZPW·APQ）；外形尺寸（l×h×b）：

880×2002×700mm（880×2400×590mm）;

2．安装及用途：

安装于机械室内，用于安装区间移频组合，最多6层。

3．设备布置：

区间标准满柜（架）配置图如附图1所示。

二、综合架

1．产品型号：

ZPW·AZ；外形尺寸（l×h×b）：

880×2400×590mm;

2．安装及用途：

安装于机械室内，用于安装电缆组合、区间防雷组合、点灯电源组合、零层组合等。

各组合安装位置和数量依工程设计确定。

3．设备布置：

推荐使用的布置图如附图2所示。

三、区间移频组合

1．区间移频组合分为两种型号，分别为：

ZPW·UPQ和ZPW·UPQ1；外形尺寸（l×b×h）：

762×450×221.5mm；重量：

11.7kg；

2．安装及用途：

安装于区间移频柜（架）上，用于安装区间发送器、区间功放器、接收器、衰耗滤波器、区间检测单元及温控单元等电子单元设备。

其背板配有直流电源滤波器。

3．设备布置：

所有单元设备均采用正面插装方式安装于组合中。

一个区间移频组合可安装2个信号点的电子单元设备，其中接收器采用“1+1"冗余方式。

设备布置如图4.1所示。

4．背面出线端子定义:

ZPW·UPQ型号：

组合出线端子板使用七块JXZ-52型2×26接线板（ZPW·UPQ1型号：

组合出线端子板使用五块JXZ-52型2×26接线板及两块万可端子接线板）与FLBB32D型EMI直流电源滤波器、电源滤波接线片及ZFDF-60型防雷元件一起安装在后背板上。

接线板位于组合里侧的端子用于组合内部配线，位于组合外侧的端子用于组合外部配线。

各层区间移频组合箱的电源防雷单元的防雷地线和屏蔽地线要求分别接到组合架上的地线汇流排上。

组合出线端子板背面布置图如图4.2、图4.3所示。

图4.2ZPW·UPQ型区间移频组合出线端子布置图

图4.3ZPW·UPQ1型区间移频组合出线端子布置图

5．散热单元

（1）产品型号：

ZPW·DS;

（2）安装及用途：

安装于移频组合下方，用于设备散热。

可手动开关控制或由温控单元自动控制。

推荐每3层组合配置1台散热单元。

（3）主要技术指标：

表4.1散热单元主要技术指标

电源输入

输入功率

控制继电器电压

AC220V

200W

DC12V

6．区间检测单元地址编码封线端在出线端子板03上。

每层区间移频组合内的区间检测单元应分配不同的地址编码，地址编码的分配通过封线实现。

要求地址编码从63开始，在63～31范围内按顺序递减分配。

四、电缆组合

1．电缆组合分为发送电缆组合、接收电缆组合和区间电缆组合，型号为：

ZPW·UDF、ZPW·UDJ和ZPW·UDQ；外形尺寸（l×b×h）：

762×450×221.5mm；发送电缆组合重12kg、接收电缆组合重11.9kg、区间电缆组合12.5kg；

2．安装及用途：

电缆组合安装于综合架上。

发送、接收电缆组合用于安装电缆模拟单元设备，每台组合最多可安装9台电缆模拟单元，使用时接收、发送电缆单元不能在同一电缆组合内，即发送、接收分开。

为便于工程设计和节省机械室空间，当出现单独1-2个区段时，可使用区间电缆组合，每台组合最多可安装8台电缆模拟单元，分别为4台发送和4台接收。

所有单元设备均采用正面插装方式安装于组合中。

3．设备布置:

发送、接收电缆组合设备布置如图4.4所示。

区间电缆组合设备布置如图4.5所示。

图4.4发送、接收电缆组合设备布置图

图4.5区间电缆组合设备布置图

4．背面出线端子定义：

组合出线端子板使用两块JXZ-52型2×26接线板，安装在组合的后背板上，位于里侧的端子用于组合内部配线，外侧的端子用于工程外部配线。

组合背面出线端子板示意图如图4.6、4.7、4.8所示。

图4.6发送电缆组合出线端子示意图

图4.7接收电缆组合出线端子示意图

图4.8区间电缆组合出线端子示意图

五、发送、接收防雷组合

1．发送防雷组合型号为ZPW·ULF和ZPW·ULF1；接收防雷组合型号为ZPW

·ULJ和ZPW·ULJ1，外形尺寸：

726×85.5×234mm（l×b×h）；重量：

9.75kg。

2．安装及用途：

安装于综合架上，用于安装区间防雷单元器材。

3．设备布置:

每台组合中最多可安装11套区间防雷单元器材。

设备布置如图4.8所示。

4．侧面出线端子定义：

ZPW·ULF型区间防雷组合侧面安装二块3×18接线板,用于工程外部配线；ZPW·ULF1型区间防雷组合侧面安装二块JXZ-52型接线板,用于工程外部配线。

图4.11ZPW·ULJ型接收防雷组合出线端子示意图

图4.12ZPW·ULF1型发送防雷组合出线端子示意图

六、点灯电源组合

1．点灯电源组合型号分别为：

ZPW·UYD和ZPW·UYD1；外形尺寸（l×b×h）：

726×120×172mm，重量约为19.75kg。

安装及用途：

2．安装于组合架上，用于安装点灯电源单元器材。

3．设备布置：

每台组合中最多可安装6套点灯电源单元。

设备布置如图4.6所示。

图4.14点灯电源组合设备布置图

4．侧面出线端子定义：

ZPW·UYD型点灯电源组合侧面安装一块3×18接线板,用于工程外部配线；ZPW·UYD1型点灯电源组合侧面安装一块JXZ-36型接线板,用于工程外部配线

图4.15ZPW·UYD型点灯电源组合出线端子示意图

图4.16ZPW·UYD1型点灯电源组合出线端子示意图

七、单（双）体防护罩

1．产品型号：

ZPW·ZHY（ZPW·ZHYS）;

2．安装及用途：

安装于室外轨道旁专用支架或混凝土基础上。

在机械绝缘节处使用1台单体防护罩和1台双体防护罩，其中单体防护罩用于安装1台调谐单元（BA），双体防护罩用于安装1台轨道匹配单元（BP）和1台机械节平衡线圈（JSVA），安装及设备布置图如图4.7所示。

图4.17机械绝缘节设备布置图

在电气绝缘节处使用5台单体防护罩分别用于安装2台调谐单元（BA）、2台轨道匹配单元（BP）、1台电气节平衡线圈（DSVA）;安装及设备布置图如图4.8所示。

2m13m13m2m

图4.18电气绝缘节设备布置图

第五章单元设备功能、指标及原理

一、区间发送器

1．产品型号：

ZPW·FQ（ZPW·FQ1）；外形尺寸（l×b×h）：

382×61×218mm；重量:

1.3kg。

1.2安装及用途:

安装于区间移频组合内，用于区间轨道电路发送移频信号，适用于非电化和电化无绝缘移频自动闭塞区段，区间发送器四种载频通用。

2．工作原理：

电路原理如图5.1所示。

图5.1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．区间发送器外线联络示意图如图5.2所示。

图5.2区间发送器外线联络示意图

4．主要技术指标：

表5.1区间发送器主要技术指标

序号

项目

指标

备注

1

低频频率变化范围

±0.12%

2

中心载频变化（Hz）

±0.4

四种载频

3

发送器移出电压（ACV）

5.50±0.10

功出负载电阻10kΩ

4

报警继电器电压（DCV）

20～26

1～4线圈1700Ω负载

5

整机输入电流（DCA）

≤0.25

6

检测报警电压（ACV）

10.5～12.0

X120-1和X121-1间

二、区间功放器

1．产品型号：

ZPW·AQ;外形尺寸（l×b×h）：

382×71×218mm；重量：

3.5kg；

2．安装及用途：

安装于区间移频组合内，用于将区间发送器输出的移频信号放大后，向区间轨道电路发送移频信号。

适用于电化及非电化无绝缘移频自动闭塞区段。

四种载频通用。

功率输出分为1挡、2挡、3挡、4挡、5挡。

3．工作原理：

电路构成原理框图见图5.3。

图5.3区间功放器电路原理框图

区间发送器输出的移频信号送至区间功放器，经输入电路送功率放大电路放大输出，同时功出检测电路完成功放电压的采样反馈及检测输出。

4．区间功放器外线连接示意图如图5.4所示。

图5.4：

区间功放器外线连接示意图

5设备主要技术指标：

表5.2区间功放器主要技术指标

序号

项目

指标

备注

1

功出电压

1挡（ACV）

108.0～121.0

载频1700-1、2000-1、2300-1、

2600-1低频19.1Hz分别调试。

400Ω负载

2挡（ACV）

122.5～134.5

3挡（ACV）

136.0～148.8

4挡（ACV）

149.0～161.8

5挡（ACV）

162.0～172.0

2

48V输入电流（DCA）

≤2.7

400Ω负载，