ZPW2000A移频自动闭塞

第三章ZPW2000A移频自动闭塞第一节ZPW2000A闭塞系统概述第二节发送设备第三节接收设备第四节衰耗盘第五节站防雷和电缆模拟网络盘一、概述1.载频、频偏的选择我国于20世纪90年代初引进法国高速铁路的UM71移频自动闭塞设备，并在此基础上结合我国国情研制了更加适应我国铁路的区间移频自动闭塞设备，该设备即为目前铁道部推广使用的ZPW-2000无绝缘轨道电路移频自动闭塞设备。ZPW-2000无绝缘轨道电路移频自动闭塞低频、载频延用了UM71技术。载频分别为四种：1700HZ、2000HZ、2300HZ、2600HZ。其中上行线使用2000HZ和2600HZ交替排列，下行线用l700HZ和2300Hz交替排列。UM71轨道电路的频偏Δf为11HZ。UM7]低频调制信号Fc(低频信息)从10.3HZ至29HZ按1.1HZ递增共18种。即这18种低频信息分别为：10.3HZ、11.4HZ、12.5HZ、13.6HZ、14.7HZ、15.8HZ、16.9Hz、18HZ，19.1HZ、20.2HZ、21.1H2、22.4HZ、23.5HZ、24.6HZ、25.7HZ、26.8HZ、27.9HZ、29HZ。在低频调制信号作用下，一个周期内，信号频率发生f1、f2来回变化。其中f1=f0-Δf，f2=f0+Δf。载频fo选得较高(1700HZ-2600HZ)。在这些频段上，牵引回归电流的强度已经很弱。因此，ZPW2000A移频轨道电路在电气化区段的抗于扰能力比较强。频偏Δf选为11HZ。由于频偏较小，信号能量集中在中心频率附近，远离邻线和邻区段的干扰。在每个闭塞分区的钢轨中传输的移频信息，实际上是频率为中心载频的下边频f1和上边频f2的两个交替变换的正弦交流信息，即f1、f2在单位时间内频率变换的次数由低频调制信号Fc决定。第一节ZPW2000A型自动闭塞系统概述示发送的低频码（HZ）信号显示含义HU码26.8前方闭塞分区有车占用U码16.9(次架信号机显示H)前方只有1个闭塞分区空闲U2码14.7(次架信号机显示UU)次架为进站信号机开放双黄信号U2S码20.2(次架信号机显示USU)次架为进站信号机开放黄、闪黄信号LU码13.6前方只有2个闭塞分区空闲L码11.4前方有2以上闭塞分区空闲HU码26.8进站信号关闭HB码24.6进站开放引导信号UU码18进站开放侧线停车信号U码16.9进站开放正线停车信号U2码14.7(出站信号开放)列车“直进”“弯出”通过UUS码19.1经18号道岔侧线通过LU码13.6出站信号开放黄灯信号L码11.4正线通过信号进站信号机通过或出站信号机2.18信息的显示3.基本工作原理在移频自动闭塞区段，移频信息的传输，是按照运行列车占用闭塞分区的状态，迎着列车的运行方向，自动地向各闭塞分区传递信息的。如图3-1-1所示，若下行线有两列列车A、B运行，A列车运行在1G分区，B列车运行在5G分区。由于1G有车占用，防护该闭塞分区的通过信号机7显示红灯，这时7信号点的发送设备自动向闭塞分区2G发送以26.8Hz调制的中心载频为2300Hz的移频信号。当5信号点的接收设备接收到该移频信号后，使通过信号机5显示黄灯。此时5信号点的发送设备自动地向闭塞分区3G发送以16.9Hz调制的中心载频为17000Hz的移频信号。当3信号点的接收设备接收到该移频信号后，使通过信号机3显示绿黄灯。同理，3信号点的发送设备又自动地向闭塞分区4G发送以13.6Hz调制的中心载频为2300的移频信号，当1信号点的接收设备接收到此移频信号后，使通过信号机1显示绿灯。1信号点的发送设备会自动向5G发送11.4HZ调制1700HZ的移频信号。由于续行列车B已进入5G分区，该区段的接收设备接收不到11.4HZ调制1700HZ的移频信号，防护后续区段的信号机点红灯。道理同1G区段。此时B车司机可按绿灯显示定速运行。如果列车A由于某种原因停在1G分区续行列车B进入3G分区时，司机见到5信号机显示黄灯，则应注意减速运行。当续行列车B进入2G分区时，由于信号机7显示红灯，司机使用常用制动措施，使列车B能停在显示红灯的信号机的前方。这样，就可根据列车占用闭塞分区的状态，自动改变地面信号机的显示，准确地指挥列车的运行，实现自动闭塞。图3-1-1ZPW2000A移频自动闭塞的工作原理二、ZPW2000A型自动闭塞系统特点(I)在解决调谐区断轨检查后，实现了对轨道电路全程断轨的检查，大幅度减少了调协区死区长度(20m减小到5m以内)，实现了对调谐单元的断线检查和对拍频信号干扰的防护，大大提高了传输的安全性。(2)利用新开发的轨道电路计算软件实现了轨道电路参数的优化，大大提高了轨道电路的传输长度，将1.0kmΩ道碴电阻的轨道电路传输长度提高了44%(从900m提高到1300m)，将电气-机械绝缘节的轨道电路长度提高了62.5%(800m提到1300m)，改善了低道床电阻轨道电路工作的适应性。(3)用SPT国产铁路信号数字电缆取代法国的ZCO3型电缆，线径由1.13mm降至1.0mm，减少了备用芯组，加大了传输距离(从7.5km提高到10km)，使系统的性能价格比大幅度提高，显著降低了工程造价。调谐区设备的70mm2铜引接线用钢包铜线取代，方便了维修。(4)用单片微机和数字信号处理芯片代替晶体管分立元件和小规模集成电路，提高了发送移频信号频率的精度和接收移频信号的抗干扰能力。(5)系统中发送器采用“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，大幅度提高了系统无故障工作时间。三、ZPW2000A型自动闭塞系统构成ZPW-2000A型无绝缘自动闭塞系统有电气一电气绝缘节(JES-JES)和电气绝缘节一机械绝缘节(JES-BA//SVA’)两种结构，其电气性能相同。以后者为例，系统构成如图3-1-1图3-1-2ZPW2000A型自动闭塞系统构成图发送器采用“n+1”冗余方式，接收器采用“0·5+0·5”冗余方式，以保证接收系统的高可靠运用。ZPW一2000A型无绝缘轨道电路将轨道电路分为主轨道电路和调谐区短小轨道电路两个部分，并将短小轨道电路视为列车运行前方主轨道电路的所属延续段。发送器同时向线路两侧主轨道电路、小轨道电路发送信号。接收器除接收本主轨道电路频率信号外，还同时接收相邻区段小轨道电路的频率信号。接收器采用DSP数字信号处理技术，将接收到的两种频率信号进行快速傅氏变换(FFT)，获得两种信号能量谱的分布。上述“延续段”信号由运行前方相邻轨道电路接收器处理，并将处理结果形成小轨道电路轨道继电器执行条件(XG.XGH)送本轨道电路接收器，作为轨道继电器(GJ)励磁的必要检查条件(XGJ、XGJH)之一。这样，接收器用于接收主轨道电路信号，并在检查所属调谐区短小轨道电路状态(XGJ、XGJH)条件下，动作本轨道电路的轨道继电器（GJ）。另外，接收器还同时接受邻段所属调协区小轨道电路信号，向相邻区段提供小轨道电路状态(XGJ、XGJH)条件。四、室外设备1、调谐区(电气绝缘节)调谐区既电气绝缘节，除车站进出站口交界点外，各闭塞分区分界点均设电气绝缘节。调谐区按29m长设计，它由调谐单元（称BA）及空心线圈（称SVA）组成。其参数保持原“UM71”参数，功能是实现两相邻轨道电路电气隔离。空芯线圈非电气绝缘节的必须元件，该系统在每一个轨道电路区段亦设置一个空芯线圈目的是对50Hz形成较低的阻抗，对不平衡电流电势起到短路、平衡作用。另外，该线圈若设在调谐区中间，适当确定参数，可起到改善调谐区阻抗作用。该线圈也可用作复线区段，上下行线路间等电位连接、渡线绝缘两端牵引电流平衡以及防雷接地等作用。SVA设在调谐区，归纳起来有以下作用：(1)平衡牵引电流回流SVA设置在29米长调谐区两个调谐单元的中间，由于它对于50Hz牵引电流呈现甚小的交流阻抗(约lOmΩ)，故能起到对不平衡牵引电流电动势的短路作用，见下图：(2)对于上、下行线路间的两个SVA中心线可做等电位连接。一方面平衡电路间牵引电流，一方面可保证维修人员及设备安全（起纵向防雷作用）。等电位连接图如下：简单横向连接：两轨道间的等电位连接时不直接接地(用防雷元件接地)。完全横向连接：两轨道间的等电位连接，并接地。(3)SVA作抗流变压器用SVA作抗流变压器时，其总电流≤200安(长时间）如在道岔斜股绝缘两侧各装一台SVA，二中心线连接。（4）可为谐振槽路提供一个较为合适的Q值SVA对1700Hz感抗值有0.35Ω，对2600Hz也有0.54Ω。在调谐区中，不能把它单作为一个低阻值分路电抗进行分析，应将其作为并联谐振槽路的组成部分。SVA参数的适当选择，能保证调谐区工作的稳定性。（5）为调谐区两端设备纵向防雷提供方便A、当复线区段设有完全横向连接线时，通过SVA中心点直接接入地线。B、当设有简单横向连接或无横向连接的SVA中心点，则经过防雷元件接地。2、机械绝缘节在车站的进出站口交界处设机械绝缘节，由“机械绝缘节空心线圈”（称SVA’）与调谐单元并接而成，其节特性与电气绝缘节相同。在车站进出站口交界处的原绝缘节上再并联BA、SVA’目的是使该轨道电路与电气绝缘节轨道电路有相同的传输参数和传输长度。根据29m调谐区四种载频的综合阻抗值，设计SVA’并将该SVA’与BA并联，能获得较好的预期效果。机械绝缘节空心线圈的结构特征与空心线圈一致。机械绝缘空心线圈按频率(1700Hz、2000HZ、2300Hz、2600㈠z)分为四种，安装在机械绝缘节轨道边的基础桩上与相应频率调谐单元相并联，使电气绝缘节-机械绝缘节间轨道电路的传输长度与电气绝缘节-电气绝缘节间轨道电路的传输长度相同。3、匹配变压器一般条件下，按0.3—1.0Ω·km道碴电阻设计，用于实现轨道电路（钢轨）与SPT铁路数字信号电缆的匹配连接。电路见下图：(1)V1V2：经调谐单元端子接至轨道，E1E2经SPT电缆接至室内。(2)考虑到1.0Ω/km道碴电阻，并兼顾低道碴电阻道床，该变压器变比优选为9:1(3)钢轨侧电路中，串联接入二个16V，4700uF电解电容(Cl、C2)该二电容按相反极性串接，构成无极性联结，起到隔直及交连作用。保证该设备在直流电力牵引区段运用中，不致因直流成分造成匹配变压器磁路饱和。(4)F为匹配变压器的雷电横向防护元件。(5)10mH的电感L1用作SPT电缆表现出容性的补偿。同时，与匹配变压器相对应处轨道被列车分路时，它可作为一个阻抗(1700Hz时约为6.8Ω)。该电感阻抗的降低将造成接收器电平的增高，故电感由富于弹性物质灌封，以防止振动或撞击造成电感损坏，使电感值降低或丧失。图3-1-3匹配变压器原理4、补偿电容由于60kg重1435mm轨距的钢轨电感为1.3Μh/m，同时每米约有几个pf电容。对于1700、2300Hz的移频信号，钢轨呈现较高的感抗值。该值大大高于道碴电阻时，对轨道电路信号的传输产生较大的影响。为此，需在两钢轨间等距离加补偿电容。采取分段加补偿电容的方法，减弱电感的影响。其补偿原理可理解为将每补偿段钢轨L与电容C视为串联谐振，见下图补偿电容设置密度加大，有利于改善列车分路，减少轨道电路中列车分路电流的波动范围，有利于延长轨道电路传输长度，过密设置又增加了成本，带来维修的不便，要适当考虑。补偿电容的没置方式宜采用“等间距法”，即将无绝缘轨道电路两端BA间的距离L按补偿电容总量N等分，其步长△=L/N。轨道电路两端按半步长△/2,中间按全步长△设置电容，以获得昀佳传输效果3-1-4补偿电容原理图5、传输电缆采用SPT型铁路信号数字电缆，线径为1.0mm，总长10km。SPT数字电缆能实现1MHz(模拟信号)、2Mbit/s(数字信号)以及额定电压交流750V或直流1100V及以下铁路信号系统中有关设备和控制装置之间的联接，传输系统控制信息及电能。可在铁路电气化和非电气化区段使用。6、调谐区设备与钢轨间的引接线调谐区设备与钢轨间连接由3700mm、2000mm钢包铜引接线各两根构成。分别用于调谐单元、空心线圈