10客運專線ZPW-2000A軌道電路

1、客運專線ZPW-2000A軌道電路ZPW-2000A 軌道電路是在既有 ZPW-2000 無絕緣軌道電路的根底上, 針對高速鐵路的應用進行了適應性改造, 它保存了既有 ZPW-2000 軌道 電路穩(wěn)定、可靠的特點,具有我國自主知識產權、適用于高速鐵路列控 系統(tǒng).一技術特點ZPW-2000A 軌道電路具有以下技術特點：1. ZPW-2000A 軌道電路、接收器載頻選擇可通過列控中央進行集中配 置,發(fā)送器采用無接點的計算機編碼方式,取代了既有 ZPW-2000A 軌 道電路系統(tǒng)的繼電編碼方式,取消了大量的編碼繼電器.2. 發(fā)送器由既有的 N+1 提升為 1+1 的備用模式,最大限度地降低了因設 備

2、故障而影響行車.3. 將既有 ZPW-2000A 軌道電路的調諧單元和匹配單元整合為一個調諧 匹配單元,減少了系統(tǒng)的設備數(shù)量,提升了系統(tǒng)的可靠性.4. 優(yōu)化了補償電容的配置, 采用 25微法一種,不同的信號載頻采用不同 的補償間距； 補償電容采用了全密封工藝,提升了其容值穩(wěn)定性和延長 了使用壽命.5. 加大了空心線圈的導線線徑,從而提升了關鍵設備的平安容量要求.6. ZPW-2000A 軌道電路系統(tǒng)帶有監(jiān)測和故障診斷功能, 為系統(tǒng)的狀態(tài)修 提供了技術支持；7. 站內采用與區(qū)間同制式的 ZPW-2000A 軌道電路, 提升系統(tǒng)的可靠性.8. 站內道岔區(qū)段的彎股采用與直股并聯(lián)的一送一受軌道電路結構

3、,軌道電路在大秦線站內 ZPW-2000A 軌道電路的根底上,使道岔分支長度由 小于等于30m延長到的160m,提升了機車信號車載設備在站內使用的 平安性、靈活性,方便了設計.二信號特征1. 載頻頻率下行：1700-11701.4 Hz1700-21698.7 Hz2300-12301.4 Hz2300-22298.7 Hz上行：2000-12001.4 Hz2000-21998.7 Hz2600-12601.4 Hz2600-22598.7 Hz2.低頻頻率：F18F1頻率分別為：10.3 Hz、11.4 Hz、12.5 Hz、13.6 Hz、14.7 Hz、15.8 Hz、16.9 Hz、

4、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頻偏：± 11 Hz3.輸出功率： 70W400 Q負載三軌道電路工作參數(shù)1. 軌道電路的標準分路靈敏度：1道渣電阻為1.0Q,km或2.0Q km 時,為0.15Q;道渣電阻不小于3.0Q km時,為0.25Q;1 不2. 可靠工作電壓：軌道電路調整狀態(tài)下,接收器接收電壓軌出 小于240mV,軌道電路可靠工作；3可靠不工作：在軌道電路最不利條件下,使用標準分路電阻在軌道區(qū)段的任意點分路時,接收器接收電壓軌出1原那么上

5、不大于153mV,軌道電路可靠不工作；4在最不利條件下,在軌道電路任一處軌面機車信號短路電流不小于下 規(guī)定值,如表LB6-1所示：表格LB6-1機車信號短路電流不小于規(guī)定值頻率Hz仃00200023002600機車信號短路電流A0.500.500.500.455直流電源電壓范圍：23.0V25.0V二、系統(tǒng)框圖及簡要原理一各種類型軌道電路系統(tǒng)原理框圖1.區(qū)間軌道電路系統(tǒng)結構1 電氣絕緣節(jié)一電氣絕緣節(jié)軌道電路系統(tǒng)結構圖 LB6-1區(qū)間電氣絕緣節(jié)一電氣絕緣節(jié)軌道電路系統(tǒng)結構矗f二 je-.11ZPflF-溯碗E仙ZJWJ-KF?戢理I暉竺記=-" JLL" a±-|v

6、 »« BZWFTH3ZPWJT Kdi：(2)機械絕緣節(jié)-電氣絕緣節(jié)軌道電路系統(tǒng)結構5WRSM7 I:YgHW*J 丁5»1和1甘2擁訂*ni I 1 I V 3.晳屮匚站r卡州MMJ圖LB6-2區(qū)間機械絕緣節(jié)一電氣絕緣節(jié)軌道電路系統(tǒng)結構圖2.站內軌道電路系統(tǒng)結構機械絕緣節(jié)-機械絕緣節(jié)軌道電路系統(tǒng)結構1W 1mmj圖LB6-3站內機械絕緣節(jié)一機械絕緣節(jié)軌道電路系統(tǒng)結構圖3. 典型的區(qū)間和站內正線股道軌道電路框圖如圖LB6-4禾口 LB6-5所示(1)區(qū)間軌道電路結構： J J1TTT圖LB6-4區(qū)間軌道電路結構圖(2)站內軌道區(qū)段軌道電路結構:圖LB6-5站內道

7、岔區(qū)段軌道電路結構圖二簡要工作原理1. 調諧區(qū)的工作原理由于當前鐵路線路多為長軌,且多為電氣化牽引,為了減少鋸軌,采用電氣分割相鄰軌道電路信號,利用調諧單元對不同頻率信號的不同阻抗 值,實現(xiàn)相鄰區(qū)段信號的隔離,戈憔了軌道電路的限制范圍運行正方向圖LB6-6調諧區(qū)設置長度要求電氣絕緣節(jié)長L調諧區(qū)米調諧區(qū)長度取決于軌道電路鋼軌參數(shù)值,不同軌道結構的軌道電路的鋼軌參數(shù)不同,例如：無砟和有砟的路基地段為29m,橋梁地段一般情況下為32m,在兩端各設置一個調諧匹配單 元,對于較低頻率軌道電路1700Hz、2000Hz端,設置L1、C1兩元 件的F1型調諧單元；對于較高頻率軌道電路2300Hz、2600H

8、z端, 設置L2、C2、C3三元件的F2型調諧單元.見圖LB6-8圖LB6-7調諧區(qū)工作原理fl (f2)端BA的L1C1 ( L2C2 )對f2 (fl)端的頻率為串聯(lián)諧振,呈 現(xiàn)較低阻抗(約數(shù)十毫歐姆),稱“零阻抗相當于短路,阻止了相鄰 區(qū)段信號進入本軌道電路區(qū)段.fl(f2 )端BA對本區(qū)段的頻率呈現(xiàn)電容性,并與調諧區(qū)鋼軌,SVA的電感構成并聯(lián)諧振,呈現(xiàn)高阻抗,稱“極阻抗,從而,降低電氣絕緣 節(jié)對信號的衰減.2. 電氣絕緣節(jié)調諧區(qū)內的檢測功能將調諧區(qū)做為一段短小軌道電路(如32m).利用相鄰區(qū)段的接收器,對調諧區(qū)諧振信號進行解調處理, 設置上下兩個防護門限,對調諧區(qū)進 行檢查.圖 LB6

9、-8電氣絕緣節(jié)調諧區(qū)內的檢測功能示意圖3. 系統(tǒng)冗余設計(1)發(fā)送器采用1備1方式(2)接收器由本接收“主機及另一接收“并機兩局部組成.GJB GI圖LB6-9發(fā)送器1備1原理圖圖LB6-10接收器雙機并聯(lián)運用原理框圖4. 補償電容設置無論區(qū)間軌道電路區(qū)段還是站內道岔軌道電路區(qū)段, 當軌道電路區(qū)段長 度大于 300 米時,原那么上需要設置補償電容, 以改善軌道電路信號在鋼 軌線路上的傳輸條件,補償電容采用高可靠的全密封電容(型號： ZPW CBGM ).(1)補償電容容值的選擇根據(jù)道床泄漏電阻值確定, (2)補償電容根據(jù)相等間距原那么進行布置, 補償間距根據(jù)有關原那么進行計 算布置.(3)補償

10、電容安裝位置的允許公差區(qū)間補償電容的安裝位置允許公差為：半截距土0.25m；間距土 0.5m.對于站內道岔區(qū)段岔心處的補償電容的安裝位置允許公差為：± 10.0m 處理,其余的一般按“區(qū)間補償電容的安裝位置允許公差原那么處理.三、站內ZPW- 2000A軌道電路(一)站內 ZPW2000A 軌道電路含義站內 ZPW2000A 軌道電路是集軌道電路信息和列車的車載信息于一 體,在任意時刻向鋼軌同時傳送軌道電路信息和列車的車載信息. 它是 相對于目前 “站內軌道電路電碼化而言的.從這一含義可以看出：車站 ZPW2000A 軌道電路的發(fā)送設備應具 有編碼水平, 以便將軌道電路信息和列車的車

11、載信息集一體. 該信息經 調整、放大后,通過軌道電路傳輸系統(tǒng)的傳輸通道,將經過調制的信號 送至鋼軌,經鋼軌傳輸網絡向軌道電路傳輸系統(tǒng)的接收設備和列車的車 載設備提供信息.二站內ZPW 2000A軌道電路結構站內道岔區(qū)段軌道電路采用“分支并聯(lián)一送一受軌道電路結構,以實現(xiàn)道岔彎股的分路檢查防護和車載信號信息的連續(xù)性傳輸.具體如下：加跳線和絕緣節(jié)I；4fEICKh* HU*»lit mtii 軸 gWW:*-.VSWWimiE»tilji<!*t«x«t圖LB6-11站內ZPW 2000A軌道電路結構圖軌道電路的“道岔跳線十分重要,應該保證其實時完好.三

12、扼流適配變壓器的作用為了降低不平衡牽引電流在扼流變壓器兩端產生的50Hz電壓,又能讓 牽引電流暢通無阻,站內軌道電路采用帶適配器的扼流變壓器如果站內 ZPW2000A 軌道電路使用在非電氣化牽引區(qū)段,那么應取消 帶適配器的扼流變壓器.因此,帶適配器的扼流變壓器的作用有兩個： 1.降低不平衡牽引電流在扼流變壓器兩端產生的50Hz 電壓,使其不大于 2.4V ；2.導通鋼軌內的牽引電流,使其暢通無阻.基于以上原因, 站內道岔區(qū)段的空扼流變壓器應該使用帶適配器的扼流 變壓器.(四)站內道岔區(qū)段道岔分支軌道電路信息連續(xù)性 高速鐵路列車限制系統(tǒng)的機車車載設備, 要求地面軌道電路系統(tǒng)提供列 車車載信息,其

13、傳送的信息必須能夠實時、連續(xù)、穩(wěn)定地被機車的車載 設備接收,這就要求地面軌道電路系統(tǒng)提供應列車車載信號設備的信 息,必須在時間和空間上的連續(xù)性.1.時間上的連續(xù)站內采用了與區(qū)間同制式的 ZPW-2000A 軌道電路,可以保證地面軌道 電路系統(tǒng)提供應列車車載設備的信息在時間上是連續(xù)的.2.空間上的連續(xù) 高速鐵路車站軌道電路采用機械絕緣節(jié), 正線采用膠粘絕緣節(jié),并且站 內軌道區(qū)段有道岔軌道區(qū)段,因此,在站內,列車車載信息在機械絕緣 節(jié)處和道岔的彎股必然存在列車車載信息連續(xù)性的問題. 下面就具體分 析各種情況下的列車車載信息空間連續(xù)性問題.(1)機械絕緣節(jié)處信息的空間連續(xù)機械絕緣節(jié)的結構如圖 LB6

14、-12 所示：抱嫁節(jié)圖LB6-12機械絕緣節(jié)結構圖從圖可以看出,由于受到機械絕緣節(jié)結構的影響,軌道電路設備的安裝必然要離開機械絕緣節(jié)一定的距離.因此,機車經過機械絕緣節(jié)時,因 受到軌道電路設備安裝位置的限制和機車的車載信號接收感應器的安 裝位置限制,機車的車載信號接收感應器在軌道電路的機械絕緣節(jié)兩邊圖LB6-13機械絕緣節(jié)處各尺寸圖由圖示可知,軌道電路的鋼軌連接線往鋼軌上連接設備時, 需要離開魚 尾板一定的距離,距軌縫的距離約 0.6m0.8m；而機車車載信號設備 的接收線圈距機車的第一輪對的距離最大可達 1.0m.這樣,就不難看 出機車的第一輪對從 A點開始至軌縫C點相對于接收線圈自B點運行

15、 的D點的范圍內.當機車車載信號設備的接收線圈在 BD間,因鋼軌內無電流或電流量缺乏而造成機車車載信號設備的接收中斷.只有當線圈已越過軌縫1.0m或機車的第一輪對已越過軌縫,其前方的軌道電路 區(qū)段被機車分路時,那么機車車載信號設備的接收線圈下方鋼軌內的車載 信號電流才能夠大于或等于機車信號入口電流,車載信號設備可重新可靠地接收機車信號車載信息,這一接收“盲區(qū)約為1.61.8m.為了消除列車車載信號的接收“盲區(qū),在道岔絕緣節(jié)處采用“跳線換 位和在軌道電路收發(fā)端處采用軌道電路鋼軌引接線迂回的方法.具體如圖LB6-14所示：圖LB6-14絕緣節(jié)處道岔跳線示意圖圖LB6-15 機械絕緣節(jié)處軌道電路鋼軌

16、引接線迂回設置圖從以上圖示可以看出,圖LB6-14通過改變道岔跳線的走線方式,圖LB6-15通過對軌道電路鋼軌引接線的安裝方式采取迂回走線處理,可 以消除機車車載信號在機械絕緣節(jié)處的信息中斷問題.(2)道岔區(qū)段內車載信息的連續(xù)性道岔區(qū)段內,由于道岔結構,絕緣節(jié)設置和道岔跳線設置等,均會引起 機車車載信號在岔區(qū)內信息不連續(xù)的問題,現(xiàn)以單開道岔為例說明車載信息連續(xù)性.對于單開道岔區(qū)段的軌道電路, 如果根據(jù)傳統(tǒng)方式安裝道岔跳線, 那么 在彎股上機車車載信號設備的接收線圈下方,鋼軌內的車載信號電流量圖LB6-16 道岔軌道電路彎股信號電流示意圖由圖中信號電流流經路徑可以看出, 在彎股上存在機車車載信號

17、設備的 接收線圈下方,鋼軌內的車載信號電流量缺乏以動作車載信號設備或無信號電流問題.為了使地面軌道電路系統(tǒng)提供應列車車載信號設備的信息在空間上的 連續(xù),并且具有足以動作車載信號設備,必須對道岔跳線采取如下舉措： 道岔跳線換位,增設道岔跳線.采取上述舉措后,可以使運行于道岔區(qū)段內的列車,在彎股的無受電分 支的任何地點均能連續(xù)、正確和穩(wěn)定可靠地接收到列車車載信號設備的 限制信息.采取在彎股上每間隔一定的距離就增設一組道岔跳線,以強制列車車載信號設備的限制信息電流流經列車車載信號設備接收感應線圈下方的 鋼軌內.具體如圖LB6-仃所示.圖LB6-仃道岔彎股跳線布置示意圖四、設備構成 系統(tǒng)設備分為室內設

18、備與室外設備一室內設備 室內設備包括發(fā)送器、接收器、單頻衰耗冗余限制器、雙頻衰耗冗余控 制器、防雷模擬網絡盤1.發(fā)送器1功能發(fā)送器用于產生高精度、 高穩(wěn)定的移頻信號源, 采用雙機熱備冗余方式.a. 產生18種低頻、8種載頻的高精度、高穩(wěn)定的移頻信號；b. 產生足夠功率的移頻信號；c. 對移頻信號進行自檢測,故障時向監(jiān)測維護主機發(fā)出報警信息.2原理框圖及電原理圖 發(fā)送器內部采用雙套相互獨立的 CPU 處理單元,同一載頻、低頻編碼 條件源, 以反碼的形式分別通過互為冗余的兩條 CAND 、 CANE 總線送 至 CPU1 及 CPU2. CPU1 限制“移頻發(fā)生器產生移頻信號,移頻信 號分別送至

19、CPU1 及 CPU2 進行頻率檢測.頻率檢測結果符合規(guī)定后, 限制輸出信號,經“限制與門使移頻信號送至“濾波環(huán)節(jié),實現(xiàn)方 波-正弦變換.“功放輸出的移頻信號送至 CPU1及CPU2,進行功出 電壓檢測, CPU1 及 CPU2 對移頻信號進行低頻、載頻、幅度特征檢測 符合要求后,驅動“平安與門電路使發(fā)送報警繼電器吸起,并使經過“功放放大的移頻信號輸出至軌道.當發(fā)送端短路時,經檢測使“控 制與門有 10 秒的關閉休眠保護.如圖 LB6-18 所示：地 址輸入CANDCANE至鋼軌功出惟測C曲 地址件讀取件讀取CAN 地址CPU1亠頻宰桂沏檢聿栓測亠V福頻發(fā)生器匚AND頻件入頻杵入我條輸CAN地

20、址簡人圖LB6-18發(fā)送器原理框圖2、接收器(1)功能接收器輸入端及輸出端均按雙機并聯(lián)運用設計,與另一臺接收器構成雙機并聯(lián)運用系統(tǒng)(或稱0.5+0.5),保證系統(tǒng)的可靠工作a. 用于對主軌道電路移頻信號的解調,動作軌道繼電器；b. 實現(xiàn)與受電端相連接調諧區(qū)短小軌道電路移頻信號的解調,給出短小軌道電路報警條件,并通過 CAND及CANE總線送至監(jiān)測維護終端；c. 檢查軌道電路完好,減少分路死區(qū)長度,用接收門限限制實現(xiàn)對BA 斷線的檢查.(2) 原理框圖接收器采用兩路獨立的 CPU 處理單元,對輸入的信號分別進行解調分 析,滿足繼電器吸起條件時輸出方波信號,輸出至平安與門電路.與另 一臺接收器的平

21、安與門輸出共同經過隔離電路,動作軌道繼電器. A/D 為模數(shù)轉換器,將輸入的模擬信號轉換成計算機能處理的數(shù)字信 號.載頻條件讀取電路設定主機、并機載頻條件,由 CPU 進行判決,確定 接收器的接收頻率.同一載頻、低頻編碼條件源,以反碼的形式分別通過 CAND 、CANE 總 線送至CPU1及CPU2.CPU1、CPU2根據(jù)確定的載頻編碼條件,通過 各自識別、通信、比擬確認一致,視為正常,不一致時,視為故障并報 警.外部送進來的信號,分別經過主機、并機兩路模數(shù)轉換器轉換成數(shù) 字信號.CPU1、CPU2對外部信號進行單獨的運算,判決處理.說明接 收信號符合幅度、載頻、低頻要求時,就輸出 3kHz

22、的方波,驅動平安 與門電路.平安與門電路收到兩路方波后, 轉換成直流電壓驅動繼電器. 如果 CPU1 、 CPU2 的結果不一致,平安與門輸出不能構成,那么同時報 警.電路中增加了平安與門的反應檢查,如果 CPU1、 CPU2 有動態(tài)輸 出,那么平安與門就應該有直流輸出,否那么就認為平安與門故障,接收 器進行報警.如果接收器接收到的信號電壓過低,那么判為列車分路. 平安與門電路將 CPU1、 CPU2 輸出的動態(tài)信號變成直流輸出,驅動繼 電器(或執(zhí)行條件).C哋址輸入?yún) 載頻選擇"I»提供表示祭件另一臺接收器輸出j隔離七OI回檢主機平安與門并機安金與門CAN 地址CAND

23、CANE報警 輸出皿線S 刖總CA總CANDCANRA/DCPLT1CFU2AGJ隔離C酬地址輸入圖LB6-19接收器原理框圖(3) 接收器雙機并聯(lián)運用原理框圖接收器按雙機并聯(lián)運用設計,分為主、并兩局部,由兩路獨立的信號輸入、執(zhí)行條件輸出和 CAN地址及載頻條件接口.可協(xié)同處理另一區(qū)段 信號,從而構成互為熱備的冗余系統(tǒng).A軌道図段沽號諭入僧號:酗址就刨做7誡 端皐設備般 蛙瞎 楓普靜叫酬謔塊 *皓曲毘軸1系件或臨總技過育命A軌道輕段煦器E靳道區(qū)段WS 主陽盼mi堀n部涉蜩電蒂如報芒巨檢 詁聯(lián)CSS 地肚圖LB6-20接收器雙機并聯(lián)運用原理框圖3.單頻衰耗冗余限制器1功能內部有正方向繼電器復示及

24、反方向繼電器復示；內部有主發(fā)送報警繼電器及備發(fā)送報警繼電器；實現(xiàn)單載頻區(qū)段主軌道電路調整；實現(xiàn)單載頻區(qū)段小軌道電路調整含正向調整及反向調整；實現(xiàn)總功出電壓切換來自主發(fā)送器功出還是來自備發(fā)送器功出；主發(fā)送器、備發(fā)送器發(fā)送報警條件的回采；面板上有主發(fā)送工作燈、備發(fā)送工作燈,接收工作燈、軌道表示燈、正向指示燈及反向指示燈；主發(fā)送電源、備發(fā)送電源、主發(fā)送報警、備發(fā)送報警、功出電壓、功出 電流、接收電源、主機軌道繼電器、并機軌道繼電器、軌道繼電器、軌 道信號輸入、主軌道信號輸出、小軌道信號輸出測試塞孔.4防雷模擬網絡(1) 功能對通過傳輸電纜引入室內雷電沖擊的防護(橫向、縱向)；通過0.25、0.5、1

25、、2、2、2*2Km電纜模擬網絡,補償實際 SPT數(shù)字信號電纜；便于軌道電路調整.(2) 防雷模擬網絡電原理圖3-121992275232» r 2 至室內沒備“總.:.至室外電纜13514 L*I441=4 6 S 1012 141S1620 2224 2623 30圖LB6-21模擬網絡電原理框圖模擬一定長度電纜傳輸特性,與真實電纜共同構成一個固定極限長度由0.25km、0.5km、1km、2km、2km、4km共六節(jié)組成,通過串聯(lián)連接, 可以構成 10km 以內的間隔為 0.25km 的 40 種長度.使所有軌道電路不需要根據(jù)所在位置和運行方向改變配置. 如圖 LB6-23 所

26、示. 二室外設備室外主要包括調諧匹配單元、空心線圈、機械絕緣節(jié)空心線圈、站內匹 配單元、補償電容、調諧電容、可帶適配器的扼流變壓器、適配器等設 備.1.調諧匹配單元 PT 調諧匹配單元用于軌道電路的電氣絕緣節(jié)和機械絕緣節(jié)處, 調諧局部形 成相鄰區(qū)段載頻的短路, 且與調諧區(qū)內鋼軌電感 或機械絕緣節(jié)處的機 械絕緣節(jié)扼流空心線圈 形成并聯(lián)諧振, 實現(xiàn)相鄰區(qū)段信號的隔離和本 區(qū)段信號的穩(wěn)定輸出. 匹配局部主要作用實現(xiàn)鋼軌阻抗和電纜阻抗的連 接,以實現(xiàn)軌道電路信號的有效傳輸. 調諧匹配單元可以簡單地看作是 原 ZPW-2000A 軌道電路中調諧單元 BA 和匹配變壓器 TAD 的二 合一設備.共分為四種

27、型號,根據(jù)本區(qū)段的載頻頻率選用.設備原理圖 如下：Ui銅板端子調諧局部 一電感卜Elu銅板端子圖LB6-22 調諧匹配單元原理圖VI、V2、V3、E1、E2 為 6mm2 萬可端子.E1、E2 連接電纜,VI、V2 為匹配單元的測試端子,在運用中V1與V3采用4mm2多股銅線連接.A、B為4螺母,該設備用于機械絕緣節(jié)處時,必須撤除 A、B間銅 引接片,該設備用于電氣絕緣節(jié)處時,必須使用銅引接片將 A、B間連 接.設備出廠時,A、B間使用銅引接片連接.U1、U2為盒體外方的銅連接板,與既有調諧單元連接板一致.用于與 其它設備或鋼軌的連接.圖LB6-23調諧匹配單元2.空心線圈XKD 空心線圈設置于電氣絕緣節(jié)中央位置, 平衡牽引電流和穩(wěn)定調諧區(qū)的作用,由50mm2玻璃絲包電磁線繞制,線圈中點可以做為鋼軌的橫向連 接、牽引電流回流連接和縱向防雷的接地連接使用圖LB6-24空心線圈3機械絕緣節(jié)空心線圈XKJD 機械絕緣節(jié)扼流空芯線圈用于進出站口處,該設備與調諧匹配單