ZPW-2000A 型无绝缘移频自动闭塞系统电路原理

目录
第一章 概述 第二章 系统结构及实际设备对照 第三章 系统工作原理 第四章 ZPW-2000A设备的日常维护和测试
第五章 故障判断与处理
第一章 概 述
一、移频自动闭塞的发展
移频自动闭塞是60年代我国自行研制的开发的，并且在京 沪线率先上道使用，采用的是四信息、三显示。
它经历了4信息、8信息、18信息和ZPW-2000A四个阶段 。新型的自动闭塞从98开始研制，2002年通过铁道部技术鉴 定，确定为ZPW-2000A无绝缘移频自动闭塞系统，并在全 路推广运用。
25.7 Hz、26.8 Hz、27.9 Hz、29 Hz。
载频频率：
下行：1700-1 1700-2 2300-1 2300-2
1701.4 Hz 1698.7Hz 2301.4Hz 2298.7 Hz
上行： 2000-1 2000-2 2600-1 2600-2
2001.4 Hz 1998.7Hz 2601.4Hz 2598.7 Hz
编号 F9
F8 F7
F6 F5 F4 F3 F2 F1
低频频率信息码
频率 信息码 20.2 U2S
21.3 L5 22.4 U3
23.5 24.6 25.7 26.8 27.9 29
L4 HB
载频码
HU
检测码
H
信息意义
说明
要求列车减速到规定的速度等级越过接近的地面信号 机，并预告次一架地面信号机显示一个黄色闪光和一 个黄色灯光
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、低道碴电阻传输长度要求，又提高了一般长度轨道电路工 作稳定性 9、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 10、采用长钢包铜引接线取代75mm²铜引接线，利于维修 11、 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 12、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

关键词 ： Ｚ Ｐ Ｗ一 ２ ０ ０ ０ Ａ； 自动 闭塞 ； 维 护
型号为 Ｚ Ｐ Ｗ一 ２ ０ ０ ０ Ａ的无绝缘移频 自动闭塞是一种从法 国引进的 ３ ． １ 调谐 区断轨检查 只能无绝缘轨道 电路技术 ， 但是在我国呈现出国产化的特点 ， 并且在满 ３ ． ２ 减小诃谐区 ０ ． １ ５ ｎ 分路死 区 足我 国基本国情的基础上， 重新进行研发的一种技术。 这一技术的特点 ３ ． ３ 调谐单元断线检查 在价格、 技术性能以及很多方面都具有—定的优势。 并目 获得了一系列 ３ ． ４ 轨道 电路全程断轨检查 的技术专利， 本文重点对这方面的问题进行研究。 ３ ． ５ 钢轨对地不平衡对传输安全的影响及防护 １ Ｚ Ｐ Ｗ一 ２ ０ ０ ０ Ａ型无绝缘移频自动闭塞系统技术特点 ４故障查找流程 １ ． １ 在原有无绝缘轨道电路整体结构的基础上予 以了肯定 ， 并且充 发生故障以后， 首先要对故障加 以 判断， 厘清产生的故障是在室内 还是在室外 ， 只有确定 了位置 ， 才能进一步 的处理。故障的查找流程主 分保留了相关的优： 势。 １ ． ２可以满足轨道电路全程诊断的要求。 要分为三步， 一是相对于发送端而言 ， 要按照一定 的顺序进行检查 ， 先 是检查室外发送器的功出电压 ， 然后检查组合架， 紧接着对区间综合柜 １ ． ３ 避免出现调谐分录死区段的问题 。 加以检查 ； 二是相对于接收端而言 ， 先是对室 内接收输入进行检查 ， 然 １ ４可以Ｘ ￣ ｉ ￣ Ｊ ｉ 皆 单元断线产生的故障加以进一步的检查。 后检查衰耗盘 以及组合架 ， 最后检查区间综合柜； 三是相对于室外设备 １ ． ５ 降低了试验队拍频产生的干扰 ， 并且加以有效的保护。 先检查电缆盒以及发送端相互匹配的变压器以及调谐单元 ， 紧接 １ ． ６ 在相关系统参数的基础上加 以 进一步的优化 ， 满足轨道电 路相 而言， 着检查钢轨传输通道 ，然后检查与受电端相互匹配的变压器与协调单 关传输长度 的要求。 ｌ － ７ 对于 １ ｎ・ ｋ ｍ标准道碴电阻以及低道碴电阻传输所提出的长度 元 ， 最后再对相关电缆盒进行仔细的检查， 找出故障的源头。 般 隋况下 ， 室外设备故障 ， 无论处理人员先到达送 电端还是受 电 要求均能够满足 ， 并目 ． 符合稳定 陛的要求。 先用表测量轨面 ， 看是否有电压。若有电压 ， 则按电流流动方向顺序 １ ． ８ 选用我国 自主生产的电缆 ， 将法国的电缆加 以取代 ， 将铜芯的 端 ， 线径予以进一步的减小 ， 同时也降低备用芯组的使用 ， 扩大传输之间的 依次检查测量 ， 检查到有 电压和无 电压之间就是故障点。若没有电压 ， 距离 ， 从而进一步提高系统在技术以及价格等方面的比例 ， 解决工程造 则要首先判断是开路故障还是混线故障 ， 此时 ， 如果先到送 电端就应顺 序检查送电钢丝绳 、 匹配变压器 、 电缆接口等处 ， 检查到有电压和无 电 价过高的问题。 １ ． ９ 选择长钢包铜引接线 的目的在于可以让工务维修变得更加便 压之间就是故障点 ； 如果先到受电端就应迅速检查受 电钢丝绳 、 匹配变 捷。 压器等看是否有混线的可能 ， 若无异常， 就应快速 向送电方向移动检查 电容等 ， 看是否有造成混线的处所。 １ ． １ ０ 为了将系统的可靠性予以进一步提升 ， 主要运用“ Ｎ ＋１ ” 冗余 轨面 、 发射器以及双机并联的接收器。 室外匹配单元故障 ， 一般发生在防雷元件和 电容被击穿 ， 如果检查 确认是防雷元件被击穿，为压缩故障延时可临时将电缆线跳过防雷元 １ ． １ １ 具有完整的检测和故障报警功能。 ２ ｚ Ｐ ｗ一 ２ ０ ０ ０ Ａ型绝缘轨道 电路系统构成 件接 人设备。 ’ ２ ． １ 室外部分。 ２ ． １ ． １ 调谐区。 按２ ９ ｍ设计 ， 实现两相邻轨道电路电 与一般的轨道电路存在一定 的差异性 ，在对 Ｚ Ｐ Ｗ一 ２ ０ ０ ０ Ａ产生的 对于本区段的主轨以及小轨具有较高的要求 ， 需要保 气隔离 ， 由空心线圈、 调谐匹配单元（ 调谐单元和匹配变压器） 组成。 ２ ． １ ． ２ 故障进行处理时， 机械绝缘节。 由机械绝缘节空线圈与调匹单元并接构成。 ２ ． １ 。 ３ 匹配变压 持在正常工作的状态下，相邻区段的小轨也需要处在正常工作的状态 当在两个区段都出现红光带时 ， 很有可能是因为在两个区段的中间 器。按 ０ ． ２ ５ 一 ｌ Ｄ Ｑ・ ｋ ｍ道碴电阻范围设计 ， 实现轨道电路与 Ｓ Ｐ Ｔ 传输电 下 ， 针对这一问题的出现 ， 应该先在相邻区段之间的 缆的匹配连接。 ２ ． １ ． ４补偿电容。 使传输通道趋于阻性 ， 在轨道电路中， 电 公共部分出现了问题 ， 容按等间距法设置， 保证轨道电路良好的传输性能。 ２ ． １ ． ５传输电缆。 Ｓ Ｆ Ｆ 衰耗盘 Ｅ 对输 出电压进行测试， 观察输出电压值是否高出 ４ ０ ０ ｍＶ ， 如果 型数字信号电缆， 中１ ． ０ ｍｍ， 总长一般 １ ０ ｋ ｎ， ｉ 也可按 １ ２ ｓ ． ｋ ｍ或者 １ ５ ｋ ｎ。 ｉ 是小于这个数值 ， 那么就说明是主轨的问题 ， 紧接着对相邻区段间的小 观察结果， 如果结果低于 １ ０ ０ ｍ Ｖ， 那么就说 明是 ２ ． １ ． ６调谐区设备引接线。 采用 ３ ６ ０ ０ ｍｍ 、 １ ６ ０ ０ ｍｍ钢包铜引接线 ， 用于调 轨输出电压进行测量 ， 谐 单元 、空心 线圈 、机械 节空心线圈等设备 与钢轨 的链接 ，也有 小轨 的问题。 当其 中的—个区段有红光带的现象发生时 ， 那么很有可能 ４ ０ ０ ０ ｍ ｍ、 ２ ０ ０ ０ ｍｍ设计。 ２ ． １ ． ７扼流变压器 。 在每—个轨道电路起到平衡 是相邻后段的小轨存在异常的情况 ，这样就要ｘ Ｃ ｄ ， 轨的输出电压进行 测试 ， 当检测结果低于 １ ０ ０ ｍ Ｖ时， 那么可以肯定是小轨的原因。还有一 次牵引电流的作用。 也就是在室外的主轨道 中有一端电容 比较容易丢失 ， ２ ． ２室内部分。 ２ ． ２ ． １ 电缆模拟网络。 按０ ５ ． 、 ０ ５、 ． １ 、 ２ ． ２ 、 ２ ＊ ２ 六段ｉ 殳汁， 种是特殊 的情况 ， 那么小轨电压会 出现低于 ７ ０ ｍ Ｖ 用于对电缆 的补偿 ， 总补偿距离为 １ ０ ｋ ｍ 。２ ． ２ ． ２发送器 。 产生高精度、 高 还有可能出现电容塞钉头松动的迹象， 稳定移频信号源， 采用 Ｎ ＋ Ｉ 冗余 十， 故障时通过发送报警继电器接点 的情况 ， 也就会因此造成红光带的出现。 结束 语 转至 ＋ １ 发送。 ２ ． ２ ． ３ 接收器。接收器主要的作用就是对主轨道发出的电 本文主要对 Ｚ Ｐ Ｗ一 ２ ０ ０ ０ Ａ故障的相关问题进行 了研究 ，探讨故障 路信号进行接收 ， 当满足相关状态的￣ ， ｔ Ｃ Ｔ， 还能够对相邻 区 段的信号 进行接收 ， 为其提供相关的小轨道电路状态条件 。 一般 情况下的接收器 查找的程序等问题 ， 希望对今后的工作提供一定的帮助 。 参考文献 都采用的是双机并联的方式加以运行 。 ２ ． ２ ． ４衰耗盒。 用于实现主轨道电 １ 高速铁路管理人 员和专业技术人 员培训教材—Ｚ Ｐ ｗ－ ２ ０ ０ ０ Ａ型无绝 路、 小轨道电路的调整。给出发送接收故障、 轨道 占用表示及发送 、 接收 … 用＋ ２ ４ Ｖ电源 电压 、 发送功出电压 、 接收 Ｇ Ｊ 、 ｘＧ Ｊ 测试条件。 缘移频 自动闭塞 系统 邮 ． 北京： 中国铁道 出版社． ２ ］ Ｚ Ｐ Ｗ－ ２ ０ ０ ０ Ａ型 无 绝缘 移频 自动 闭塞 系统技 术 综 述阴． 北 京全 路 通信 ２ ． ３系统防雷。室内： 发送端、 接收端的站防雷。实现对从电缆引入 ［ 雷电冲击的横向、 纵向防护 ， 并满足电缆绝缘在线测试。室外 ： 对从钢轨 信 号研 究设计 院． ３ ］ Ｚ Ｐ Ｗ－ ２ ０ ０ ０ Ａ移频 自动闭塞系统原理、 维护和故障��

ZPW-2000A系统构成及原理
ZPW-2000A系统构成及原理
• 主要技术指标 • 轨道继电器GJ吸起必须具备两个技术条件，二者
缺一不可： • 1、主轨道条件正常：本轨道衰耗器上测量“轨出
1”电压应大于240mV，一般调整在450-900mV之 间；测量“GJ（Z）”与“GJ（B）”直流28V左右 （标准值：不小于20伏）。 • 2、小轨道条件正常：运行前方相邻轨道衰耗器上 测量小轨道条件“轨出2”电压应在160±10mV之 间，本轨道衰耗器上测量“XGJ”电压，直流28V左 右（标准值：不小于20伏）。
• 技术特性： • 1) 分路灵敏度为0.15Ω；分路残压小于140mV。 • 2) ZPW-2000A系统在10km SPT电缆及不同道碴电阻条件，
轨道电路传输长度按调整表。 • 3）ZPW-2000A系统在10、12.5、15km SPT电缆及1.0、1.2、
1.5Ω·km道碴电阻下，轨道电路传输长度见调整表。 • 4）主轨道无分路死区间，调谐区分路死区不大于５ｍ。 • 5）有分离式断轨检查性能：轨道电路全程（含主轨及小
• 2) 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。
• 3) 检查轨道电路完好，减少分路 死区长度，还用接收门限控制实现 对BA断线的检查。
ZPW-2000A系统构成及原理
• ZPW-2000K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，小轨道电路就是接续 主轨送端的调谐谐区部分。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，该信号经电缆通道传给匹配变压器 及调谐单元，因为钢轨是无绝缘的，所以该信号 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的受电端，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。

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六、ZPW-2000A总技术条件 1.环境条件 ZPW-2000A 无绝缘移频轨道电路在下列环境条件下应
可靠工作： （ 1）周围空气温度： 室外：-40℃～+70℃ 室内：-5℃～+40℃ （2）周围空气相对湿度： 不大于95%（温度30℃时） 大气压力：70kPa～106kPa （3）周围无腐蚀和引起爆炸危险的有害气体。
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2.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（考虑到上下边频 幅度差，运用中，33～38mV）； 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）。
移频自动闭塞是以移频轨道电路为基础的自 动闭塞。它选用频率参数作为控制信息，采 用频率调制的方法，把低频信号(Fc)搬移到 较高频率工程(载频f0)上，以形成振幅不变、 频率随低频信号的幅度作周期性变化的调频 信号。将此信号用钢轨作为传输通道来控制 通过信号机的显示，达到自动指挥列车运行 的目的。
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二、发送器原理 1.发送器结构图
图3-2-1 通用型发送器原理框图
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2、微处理器、可编程逻辑器件及作用： (1)采用双处理器，双软件，双套检测电路,闭环检查 (2)处理器采用 80C196 ，其中CPU1 控制产生移频信号。CPU1、CPU2
还担负着移频输出信号的低频,载频及幅度特征的检测等功能； (3)FPGA 可编程逻辑器件，由它构成移频发生器，并行输入/输出扩展接
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3.基本工作原理

低频调制信号中包含地面信号和机车信号的控制信息，所以需要按 照区间信号显示方式和机车信号的种类多少进行合理设置。
对于调频常数的选择，调频常数的值越大，移频信号的频谱能量越 分散，带宽也就越宽，边频含的能量越多，抗干扰性能越强；调频常数 的值越小，移频信号的频谱能量越集中，带宽越窄，边频所含的能量越 少，抗干扰性能越弱。所以在保证带宽合适的前提下应选择尽可能大的 调频常数。通过计算和实验，发现调频常数为6时比较合理。另外，为 使信息与信息之间有效区分，调制信号频率不能太低，太低LC选频放 大器制作困难。所以ZPW-2000A型移频自动闭塞系统的低频调制信号 频率选择为10.3+1.1n(Hz),n=0~17，共18个频率，包含18种信息， 各频率分别为 ：
zpw2000a型无绝缘移频轨道电路将轨道电路分为主轨道电路和调谐区小轨道电路两部分并将短小轨道电路视为列车运行前方住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丌同含义的低频调制的移频信号该信号经电缆通道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小轨道传送
ZPW-2000A型移频自动闭塞系统简介
步长Δ 设置电容，以获得最佳传输效果。
补偿电容规格及技术指标：
1700Hz：55μ F±5%（轨道电路长度250～1450m） 2000Hz：50μ F±5%（轨道电路长度250～1400m） 2300Hz：46μ F±5%（轨道电路长度250～1350m） 2600Hz：40μ F±5%（轨道电路长度250～1350m）
四、频率参数的选择
1、干扰的产生
一方面两根钢轨各自对地漏电阻以及其自身阻抗不一样而使其 上流过的牵引电流不完全相等，这在二流变压器的线圈中所产生的 磁通不能抵消，从而牵引电流不平衡会对信号产生干扰电压。另一 方面，电力牵引电流是经整流过后的非正弦波，其中含有大量的谐 波成分，从而会对信号产生谐波干扰。

主轨道电路
调谐区 小轨道电路
机械绝 缘空芯 线圈 调谐单元
补偿电容
调谐单 元
空芯线
调谐单 元
圈
匹配变压器
匹配变压器
匹配变压器
电缆
电缆模拟网络盘 电缆模拟网络盘 电缆模拟网络盘
组合架（红灯转移条件；正、反方向转换；+1FS转换）
衰耗盘
XGJ、XGJH
发送器
衰耗盘 接收器
XG 、 XGH 、
接收器
GJ
调谐单元工作原理：
L/4
f1
L1 C1
Ls
L2 C2
C3
f2
（a）
f1
C 与以右电 感并联谐振 取得高阻抗
C1 C 2 1 1 L1C1
L2C2对f1串联谐振 得到低阻抗
（b）
L1C1对f2串联谐振 得到低阻抗
1 L3 L2 2 2 C2
C3
C3与以左电 感并联谐振 得到高阻抗
●接收端室外部分与发送室外相反---回到室内后， 接在接口柜零层D1-2、4---受端防雷模块31、32进 后，由1、2出---接口柜零层D6-2、4---组合柜某层 侧面01-3、4入---继电器接点组条件的配线---由0211、12出---移频柜零层01-3-1、2---SH插座板端子C1、2 ---主轨、小轨调整后，由SH端子C-5、6、7 和B-5、6、7出---接收器主机端子13、14、15入和 另一接收器备机端子30、31、32入---发送器对主 轨移频信号、相邻轨送来XGJ检查条件进行处理--接收器端子16、17轨道继电器输出线---SH的b16、 17---SH的a30、c30---移频柜零层01-3-7、8---组合 柜某层05-10、使11QGJ吸起---GJ吸起。

[注]：闪光方式为灯闪 N 次后，暂停一段时间，然后继续闪动，其中 N=1～7
发送器端子代号及用途说明（如表）
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 代号 D ＋24-1 ＋24-2 024-1 024-2 1700 2000 2300 2600 -1 -2 F1～F18 用途 地线 ＋24V 电源外引入线 载频编码用＋24V 电源（＋1FS 除外） 024 电源外引入线 备用 1700Hz 载频 2000Hz 载频 2300Hz 载频 2600Hz 载频 1 型载频选择 2 型载频选择 29Hz～10.3Hz 低频编码选择线
发送器“安全与门”电路如下图 方波 1、方波 2 分别表示由 CPU1、CPU2 单独送出的方波动态信号。“光耦 1”、“光 耦 2”用于模拟电路与数字电路间的隔离。 变压器 B1 将“方波 1”信号变化读出，经“整 流桥 1”整流及电容 C1 滤波，在负载 R0 上产生一个独立的直流电源 U0。该独立 电源反映了方波 1 的存在，并做为执行电 路开关三级管的基级偏置电源。 “方波 2”信号通过“光耦 2”控制开关三级管 偏置电路。 在“方波 1”、“方波 2”同时存在 的条件下，通过变压器 B2，“整流桥2”整流 及电容滤波使发送报警继电器（FBJ）励磁。 由以上分析可以看出，FBJ↑反映“方波 1” “方波 2”的同时存在。电路中，R1 用于限流。 C1 采用四端头，为检查电容断线，防止独立 电源 U0 出现较大的交流纹波。Rb1 为上偏置 电阻，Rb2 做为漏泄电阻，保证无“方波 2”信 号时，三级管的可靠关闭。Re 做为“光耦 2”长 期固定导通时的恒流保护，同时做为 FBJ 继电 器电压的调整。Ce 为交流旁路电容。采用 B1、 B2 变压器耦合提取交流信号、都为了保证电路 的“故障—安全”。

三显示自动闭塞分区的最小长度，应满足列车的制动距离（该制动距离包括机车信号自动停车装置动作过程中列车所行走的距离，其动作时间不应大于14s），其长度不应小于1200m，但采用不大于8min运行间隔时间时，不得小于1000m。进站信号机前方第一个闭塞分区长度，一般不大于1500m。
四显示自动闭塞在规定的运行间隔时间内按四个闭塞分区排列通过信号机。四显示自动闭塞每个闭塞分区的长度，应满足速差制动所需的列车制动距离。列车运行速度超过120km/h时，紧急制动距离由两个及其以上闭塞分区长度来保证。
2、三显示自动闭塞和四显示自动闭塞
三显示自动闭塞的通过信号机具有三种显示，能预告列车运行前方两个闭塞分区的状态。当通过信号机所防护的闭塞分区被列车占用时显示红灯；只有它所防护的闭塞分区空闲时显示黄灯；其运行前方有两个及以上的闭塞分区空闲时显示绿灯。三显示自动闭塞，能使列车经常按规定速度在绿灯下运行，并能得到前方一架通过信号机显示的预告，基本上能满足运行要求，又能保证行车安全，得到了较广泛的应用。
3、客货列车混运的双线自动闭塞区段，列车追踪运行间隔应符合下列规定：
（1）双线三显示自动闭塞区段宜采用7min或8min，有条件的区段可采用6min。
（2）采用四显示自动闭塞时，其列车追踪间隔宜采用6min或7min。
（3）单线三显示自动闭塞宜采用8min。
（4）闭塞分区的划分根据实际情况可按规定的列车追踪间隔时间增加或减少，当根据需要增加时不得超过规定追踪时间的10%。
（3）由于通过信号机的显示能直接反映运行前方列车所在位置以及线路的状态，因而确保了列车在区间运行的安全。
（4）自动闭塞还能为列车运行超速防护提供连续的速度信息，构成更高层次的列车运行控制系统，保证列车高速运行的安全。