10客运专线ZPWA轨道电路.docx

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10客运专线ZPWA轨道电路

10.客运专线ZPW-2000A轨道电路

客运专线ZPW-2000A轨道电路

ZPW-2000A轨道电路是在既有ZPW-2000无绝缘轨道电路的基础上，针对高速铁路的应用进行了适应性改造，它保留了既有ZPW-2000轨道电路稳定、可靠的特点，具有我国自主知识产权、适用于高速铁路列控系统。

（一）技术特点

ZPW-2000A轨道电路具有以下技术特点：

1.ZPW-2000A轨道电路、接收器载频选择可通过列控中心进行集中配置，发送器采用无接点的计算机编码方式，取代了既有ZPW-2000A轨道电路系统的继电编码方式，取消了大量的编码继电器。

2.发送器由既有的N+1提高为1+1的备用模式，最大限度地降低了因设备故障而影响行车。

3.将既有ZPW-2000A轨道电路的调谐单元和匹配单元整合为一个调谐匹配单元，减少了系统的设备数量，提高了系统的可靠性。

4.优化了补偿电容的配置，采用25微法一种，不同的信号载频采用不同的补偿间距；补偿电容采用了全密封工艺，提高了其容值稳定性和延长了使用寿命。

5.加大了空心线圈的导线线径，从而提高了关键设备的安全容量要求。

6.ZPW-2000A轨道电路系统带有监测和故障诊断功能，为系统的状态修提供了技术支持；

7.站内采用与区间同制式的ZPW-2000A轨道电路，提高系统的可靠性。

8.站内道岔区段的弯股采用与直股并联的一送一受轨道电路结构，轨道电路在大秦线站内ZPW-2000A轨道电路的基础上，使道岔分支长度由小于等于30m延长到的160m，提高了机车信号车载设备在站内使用的安全性、灵活性，方便了设计。

（二）信号特征

1.载频频率

下行：

 1700-1        1701.4Hz

1700-2        1698.7Hz

2300-1       2301.4Hz

2300-2        2298.7Hz

上行：

 2000-1        2001.4Hz

2000-2　　     1998.7Hz

2600-1　　     2601.4Hz

2600-2        2598.7Hz

2.低频频率：

F18～F1频率分别为：

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

频偏：

±11Hz

3.输出功率：

70W（400Ω负载）

（三）轨道电路工作参数

1.轨道电路的标准分路灵敏度：

（1）道渣电阻为1.0Ω·km或2.0Ω·km时，为0.15Ω；

（2）道渣电阻不小于3.0Ω·km时，为0.25Ω；

2.可靠工作电压：

轨道电路调整状态下，接收器接收电压（轨出1）不小于240mV，轨道电路可靠工作；

3.可靠不工作：

在轨道电路最不利条件下，使用标准分路电阻在轨道区段的任意点分路时，接收器接收电压（轨出1）原则上不大于153mV，轨道电路可靠不工作；

4.在最不利条件下，在轨道电路任一处轨面机车信号短路电流不小于下规定值，如表LB6-1所示：

表格LB6-1机车信号短路电流不小于规定值

频率（Hz）

1700

2000

2300

2600

机车信号短路电流（A）

0.50

0.50

0.50

0.45

5.直流电源电压范围：

23.0V～25.0V。

二、系统框图及简要原理

（一）各种类型轨道电路系统原理框图

1.区间轨道电路系统结构

（1）电气绝缘节－电气绝缘节轨道电路系统结构

       图LB6-1 区间电气绝缘节－电气绝缘节轨道电路系统结构图\

（2）机械绝缘节－电气绝缘节轨道电路系统结构

    图LB6-2 区间机械绝缘节－电气绝缘节轨道电路系统结构图

2.站内轨道电路系统结构

机械绝缘节－机械绝缘节轨道电路系统结构

 图LB6-3 站内机械绝缘节－机械绝缘节轨道电路系统结构图

3.典型的区间和站内正线股道轨道电路

框图如图LB6-4和LB6-5所示

（1）区间轨道电路结构：

        图LB6-4 区间轨道电路结构图

（2）站内轨道区段轨道电路结构：

    图LB6-5 站内道岔区段轨道电路结构图

（二）简要工作原理

1.调谐区的工作原理

由于当前铁路线路多为长轨，且多为电气化牵引，为了减少锯轨，采用电气分割相邻轨道电路信号，利用调谐单元对不同频率信号的不同阻抗值，实现相邻区段信号的隔离，划定了轨道电路的控制范围。

              图LB6-6 调谐区设置长度要求

电气绝缘节长L调谐区米（调谐区长度取决于轨道电路钢轨参数值，不同轨道结构的轨道电路的钢轨参数不同，例如：

无砟和有砟的路基地段为29m，桥梁地段一般情况下为32m），在两端各设置一个调谐匹配单元，对于较低频率轨道电路（1700Hz、2000Hz）端，设置L1、C1两元件的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。

见图LB6-8。

         图LB6-7 调谐区工作原理

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（约数十毫欧姆），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BA对本区段的频率呈现电容性，并与调谐区钢轨，SVA的电感构成并联谐振，呈现高阻抗，称“极阻抗”，从而，降低电气绝缘节对信号的衰减。

2.电气绝缘节调谐区内的检测功能

将调谐区做为一段短小轨道电路（如32m）。

利用相邻区段的接收器，对调谐区谐振信号进行解调处理，设置高低两个防护门限，对调谐区进行检查。

        图LB6-8  电气绝缘节调谐区内的检测功能示意图

3.系统冗余设计

（1）发送器采用1备1方式。

（2）接收器由本接收“主机”及另一接收“并机”两部分组成。

图LB6-9  发送器1备1原理图 图LB6-10 接收器双机并联运用原理框图

4.补偿电容设置

无论区间轨道电路区段还是站内道岔轨道电路区段，当轨道电路区段长度大于300米时，原则上需要设置补偿电容，以改善轨道电路信号在钢轨线路上的传输条件，补偿电容采用高可靠的全密封电容（型号：

ZPW－CBGM）。

（1）补偿电容容值的选择根据道床泄漏电阻值确定，

（2）补偿电容按照相等间距原则进行布置，补偿间距按照有关原则进行计算布置。

（3）补偿电容安装位置的允许公差

区间补偿电容的安装位置允许公差为：

半截距±0.25m；间距±0.5m。

对于站内道岔区段岔心处的补偿电容的安装位置允许公差为：

±10.0m处理，其余的一般按“区间补偿电容的安装位置允许公差”原则处理。

三、站内ZPW–2000A轨道电路

（一）站内ZPW－2000A轨道电路含义

站内ZPW－2000A轨道电路是集轨道电路信息和列车的车载信息于一体，在任意时刻向钢轨同时传送轨道电路信息和列车的车载信息。

它是相对于目前“站内轨道电路电码化”而言的。

   从这一含义可以看出：

车站ZPW－2000A轨道电路的发送设备应具有编码能力，以便将轨道电路信息和列车的车载信息集一体。

该信息经调整、放大后，通过轨道电路传输系统的传输通道，将经过调制的信号送至钢轨，经钢轨传输网络向轨道电路传输系统的接收设备和列车的车载设备提供信息。

（二）站内ZPW－2000A轨道电路结构

站内道岔区段轨道电路采用“分支并联”一送一受轨道电路结构，以实现道岔弯股的分路检查防护和车载信号信息的连续性传输。

具体如下：

（加跳线和绝缘节）

      图LB6-11  站内ZPW－2000A轨道电路结构图

轨道电路的“道岔跳线”十分重要，应该保证其实时完好。

（三）扼流适配变压器的作用

为了降低不平衡牵引电流在扼流变压器两端产生的50Hz电压，又能让牵引电流畅通无阻，站内轨道电路采用带适配器的扼流变压器。

如果站内ZPW－2000A轨道电路使用在非电气化牵引区段，则应取消带适配器的扼流变压器。

因此，带适配器的扼流变压器的作用有两个：

1.降低不平衡牵引电流在扼流变压器两端产生的50Hz电压，使其不大于2.4V；

2.导通钢轨内的牵引电流，使其畅通无阻。

基于以上原因，站内道岔区段的空扼流变压器应该使用带适配器的扼流变压器。

（四）站内道岔区段道岔分支轨道电路信息连续性

高速铁路列车控制系统的机车车载设备，要求地面轨道电路系统提供列车车载信息，其传送的信息必须能够实时、连续、稳定地被机车的车载设备接收，这就要求地面轨道电路系统提供给列车车载信号设备的信息，必须在时间和空间上的连续性。

1.时间上的连续

站内采用了与区间同制式的ZPW-2000A轨道电路，可以确保地面轨道电路系统提供给列车车载设备的信息在时间上是连续的。

2.空间上的连续

高速铁路车站轨道电路采用机械绝缘节，正线采用胶粘绝缘节，并且站内轨道区段有道岔轨道区段，因此，在站内，列车车载信息在机械绝缘节处和道岔的弯股必然存在列车车载信息连续性的问题。

下面就具体分析各种情况下的列车车载信息空间连续性问题。

（1）机械绝缘节处信息的空间连续

机械绝缘节的结构如图LB6-12所示：

      图LB6-12 机械绝缘节结构图

从图可以看出，由于受到机械绝缘节结构的影响，轨道电路设备的安装必然要离开机械绝缘节一定的距离。

因此，机车经过机械绝缘节时，因受到轨道电路设备安装位置的限制和机车的车载信号接收感应器的安装位置限制，机车的车载信号接收感应器在轨道电路的机械绝缘节两边均存在一段机车车载信号接收“盲区”，如图LB6-13所示：

        图LB6-13 机械绝缘节处各尺寸图

由图示可知，轨道电路的钢轨连接线往钢轨上连接设备时，需要离开鱼尾板一定的距离，距轨缝的距离约0.6m～0.8m；而机车车载信号设备的接收线圈距机车的第一轮对的距离最大可达1.0m。

这样，就不难看出机车的第一轮对从A点开始至轨缝C点相对于接收线圈自B点运行的D点的范围内。

当机车车载信号设备的接收线圈在B～D间，因钢轨内无电流或电流量不足而造成机车车载信号设备的接收中断。

只有当线圈已越过轨缝1.0m或机车的第一轮对已越过轨缝，其前方的轨道电路区段被机车分路时，则机车车载信号设备的接收线圈下方钢轨内的车载信号电流才能够大于或等于机车信号入口电流，车载信号设备可重新可靠地接收机车信号车载信息，这一接收“盲区”约为1.6～1.8m。

为了消除列车车载信号的接收“盲区”，在道岔绝缘节处采用“跳线换位”和在轨道电路收发端处采用轨道电路钢轨引接线迂回的方法。

具体如图LB6-14所示：

   图LB6-14绝缘节处道岔跳线示意图

   图LB6-15  机械绝缘节处轨道电路钢轨引接线迂回设置图

从以上图示可以看出，图LB6-14通过改变道岔跳线的走线方式，图LB6-15通过对轨道电路钢轨引接线的安装方式采取迂回走线处理，可以消除机车车载信号在机械绝缘节处的信息中断问题。

（2）道岔区段内车载信息的连续性

道岔区段内，由于道岔结构，绝缘节设置和道岔跳线设置等，均会引起机车车载信号在岔区内信息不连续的问题，现以单开道岔为例说明车载信息连续性。

   对于单开道岔区段的轨道电路，如果按照传统方式安装道岔跳线，则在弯股上机车车载信号设备的接收线圈下方，钢轨内的车载信号电流量不足以动作车载信号设备或无信号电流，具体见图LB6-16所示：

           图LB6-16  道岔轨道电路弯股信号电流示意图

由图中信号电流流经路径可以看出，在弯股上存在机车车载信号设备的接收线圈下方，钢轨内的车载信号电流量不足以动作车载信号设备或无信号电流问题。

为了使地面轨道电路系统提供给列车车载信号设备的信息在空间上的连续，并且具有足以动作车载信号设备，必须对道岔跳线采取如下措施：

道岔跳线换位，增设道岔跳线。

采取上述措施后，可以使运行于道岔区段内的列车，在弯股的无受电分支的任何地点均能连续、正确和稳定可靠地接收到列车车载信号设备的控制信息。

采取在弯股上每间隔一定的距离就增设一组道岔跳线，以强制列车车载信号设备的控制信息电流流经列车车载信号设备接收感应线圈下方的钢轨内。

具体如图LB6-17所示。

             图LB6-17  道岔弯股跳线布置示意图

四、设备构成

系统设备分为室内设备与室外设备

（一）室内设备

室内设备包括发送器、接收器、单频衰耗冗余控制器、双频衰耗冗余控制器、防雷模拟网络盘

1.发送器

（1）功能

发送器用于产生高精度、高稳定的移频信号源，采用双机热备冗余方式。

a.产生18种低频、8种载频的高精度、高稳定的移频信号；

b.产生足够功率的移频信号；

c.对移频信号进行自检测，故障时向监测维护主机发出报警信息。

（2）原理框图及电原理图

发送器内部采用双套相互独立的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及CPU2进行频率检测。

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-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。

当发送端短路时，经检测使“控制与门”有10秒的关闭（休眠保护）。

如图LB6-18所示：

                 图LB6-18 发送器原理框图

   2、接收器

（1）功能

接收器输入端及输出端均按双机并联运用设计，与另一台接收器构成双机并联运用系统（或称0.5+0.5），保证系统的可靠工作

a.用于对主轨道电路移频信号的解调，动作轨道继电器；

b.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，给出短小轨道电路报警条件，并通过CAND及CANE总线送至监测维护终端；

c.检查轨道电路完好，减少分路死区长度，用接收门限控制实现对BA断线的检查。

（2）原理框图

接收器采用两路独立的CPU处理单元，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处理的数字信号。

载频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总线送至CPU1及CPU2。

CPU1、CPU2根据确定的载频编码条件，通过各自识别、通信、比较确认一致，视为正常，不一致时，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。

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继电器。

如果CPU1、CPU2的结果不一致，安全与门输出不能构成，则同时报警。

电路中增加了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，否则就认为安全与门故障，接收器进行报警。

如果接收器接收到的信号电压过低，则判为列车分路。

安全与门电路将CPU1、CPU2输出的动态信号变成直流输出，驱动继电器（或执行条件）。

                 图LB6-19 接收器原理框图

（3）接收器双机并联运用原理框图

接收器按双机并联运用设计，分为主、并两部分，由两路独立的信号输入、执行条件输出和CAN地址及载频条件接口。

可协同处理另一区段信号，从而构成互为热备的冗余系统。

            图LB6-20 接收器双机并联运用原理框图

3.单频衰耗冗余控制器

（1）功能

内部有正方向继电器复示及反方向继电器复示；

内部有主发送报警继电器及备发送报警继电器；

实现单载频区段主轨道电路调整；

实现单载频区段小轨道电路调整（含正向调整及反向调整）；

实现总功出电压切换（来自主发送器功出还是来自备发送器功出）；

主发送器、备发送器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、正向指示灯及反向指示灯；

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。

⒋防雷模拟网络

（1）功能

对通过传输电缆引入室内雷电冲击的防护（横向、纵向）；

通过0.25、0.5、1、2、2、2*2Km电缆模拟网络，补偿实际SPT数字信号电缆；

便于轨道电路调整。

（2）防雷模拟网络电原理图

             图LB6-21　模拟网络电原理框图

模拟一定长度电缆传输特性，与真实电缆共同构成一个固定极限长度;由0.25km、0.5km、1km、2km、2km、4km共六节组成，通过串联连接，可以构成10km以内的间隔为0.25km的40种长度。

使所有轨道电路不需要根据所在位置和运行方向改变配置。

如图LB6-23所示。

（二）室外设备

室外主要包括调谐匹配单元、空心线圈、机械绝缘节空心线圈、站内匹配单元、补偿电容、调谐电容、可带适配器的扼流变压器、适配器等设备。

1.调谐匹配单元（PT）

调谐匹配单元用于轨道电路的电气绝缘节和机械绝缘节处，调谐部分形成相邻区段载频的短路，且与调谐区内钢轨电感（或机械绝缘节处的机械绝缘节扼流空心线圈）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。

匹配部分主要作用实现钢轨阻抗和电缆阻抗的连接，以实现轨道电路信号的有效传输。

调谐匹配单元可以简单地看作是原ZPW-2000A轨道电路中调谐单元（BA）和匹配变压器（TAD）的二合一设备。

共分为四种型号，根据本区段的载频频率选用。

设备原理图如下：

         图LB6-22  调谐匹配单元原理图

V1、V2、V3、E1、E2为6mm2万可端子。

E1、E2连接电缆，V1、V2为匹配单元的测试端子，在运用中V1与V3采用4mm2多股铜线连接。

A、B为Φ4螺母，该设备用于机械绝缘节处时，必须拆除A、B间铜引接片，该设备用于电气绝缘节处时，必须使用铜引接片将A、B间连接。

设备出厂时，A、B间使用铜引接片连接。

U1、U2为盒体外方的铜连接板，与既有调谐单元连接板一致。

用于与其它设备或钢轨的连接。

            图LB6-23 调谐匹配单元

2.空心线圈（XKD）

空心线圈设置于电气绝缘节中心位置，平衡牵引电流和稳定调谐区的作用，由50mm2玻璃丝包电磁线绕制，线圈中点可以做为钢轨的横向连接、牵引电流回流连接和纵向防雷的接地连接使用。

            图LB6-24  空心线圈

3.机械绝缘节空心线圈（XKJD）

机械绝缘节扼流空芯线圈用于进出站口处，该设备与调谐匹配单元形成并联谐振，使机械绝缘节电气参数与电气绝缘节等效，从而使含有机械绝节的轨道电路区段与双端均为电气绝缘节区段达到等长传输距离。

由50mm2玻璃丝包电磁线绕制，线圈中点可以作为钢轨的横向连接、与相邻区段扼流中心点连接和纵向防雷的接地连接使用。

4.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它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，以实现轨道电路信号的有效传输。

该匹配单元中匹配变压器变比可调，根据站内道岔布置和载频的频率，依据调整表进行设置。

V1、V2连接轨道侧，E1、E2连接电缆。

       图LB6-25  站内匹配单元原理图

            图LB6-26 站内匹配单元

5.补偿电容（ZPW﹒CBGM）

补偿电容是为了补偿因轨道电路过长，钢轨电感的感抗所产生的无功功率损耗，改善轨道电路在钢轨上的传输性能。

6.带适配器的扼流变压器（型号：

BES-1000/ZPW）

应用于站内ZPW-2000A轨道电路及其需要设置空扼流变压器导通牵引电流的无岔分支末端，其作用有二：

一是降低不平衡牵引电流在扼流变压器两端产生的50Hz电压，使其不大于2.4V；二是导通钢轨内的牵引电流，使其畅通无阻。

为了降低该设备的引入对站内ZPW-2000A轨道电路的影响，其对于轨道电路信号的阻抗，在不大于规定的不平衡牵引电流条件下，其移频阻抗不小于17Ω。

       图LB6-27 带适配器的扼流变压器

7.适配器

与扼流变压器配套使用，为了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，使其在最大的不平衡牵引电流条件下，其在扼流变压器上产生的50Hz电压不大于2.4V；而对于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。

8.空扼流变压器（型号：

BE-1000/ZPW）

应用于区间ZPW-2000A无绝缘轨道电路区段需要将牵引回流线或保护线引入钢轨的地方，及其上下行线路间横向连接线的地方。

为了降低该设备的引入对区间ZPW-2000A无绝缘轨道电路的影响，其对于轨道电路信号的阻抗，在不大于规定的不平衡牵引电流条件下，其移频阻抗不小于17Ω。