1、08年郑州铁路局ZPWA信号工骨干培训班教案郑州铁路局青年信号工骨干培训班ZPW-2000A 课程教案一、 主要技术条件1 、环境条件ZPW-2000A 型无绝缘移频轨道电路设备在下列环境条件下应可靠工作:(1周围空气温度:室外:-30+70;室内:-5+40(2周围空气相对湿度:不大于 95%(温度 30时(3大气压力:74.8kPa 106kPa (相对于海拔高度 2500m 以下2、 发送器(1低频频率:10.3+n1.1Hz , n=017即:10.3 Hz、 11.4 Hz、 12.5 Hz、 13.6 Hz、 14.7Hz 、 15.8 Hz、 16.9 Hz、 18 Hz、 19
2、.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。(2载频频率下行:1700-1 1701.4 Hz 上行:2000-1 2001.4 Hz1700-2 1698.7Hz 2000-2 1998.7Hz2300-1 2301.4Hz 2600-12601.4Hz2300-2 2298.7 Hz 2600-2 2598.7 Hz(3频偏:11 Hz(4输出功率:不小于 70W3、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 (1
3、700负载,无并机接入状态下 ; 小轨道接收电压不小于 33mV; 小轨 道继电器或执行条件电压不小于 20V (1700负载,无并机接入状态下 。4、工作电源(1直流电源电压范围:23.5V 24.5V ;(2设备耗电情况:发送器在正常工作时负载为 400,功出为 1电平的情况下, 耗电为 5.55A ;当功出短路时耗电小于 10.5A ;(3接收器正常工作时耗电小于 500mA 。5、 轨道电路(1分路灵敏度为 0.15,分路残压小于 140mv (带内 。(2主轨道无分路死区;调谐区分路死区不大于 5m ;(3有分离式断轨检查性能;轨道电路全程断轨,轨道继电器可靠落下。二、系统原理ZPW
4、-2000A 型无绝缘轨道电路系统,与 UM71无绝缘轨道电路一样采用电气 绝缘节来实现相邻轨道电路区段的隔离。电气绝缘节长度改进为 29m ,电气绝缘 节由空芯线圈、 29m 长钢轨和调谐单元构成。调谐区对于本区段频率呈现极阻抗, 利于本区段信号的传输及接收,对于相邻区段频率信号呈现零阻抗,可靠地短路 相邻区段信号,防止了越区传输,实现了相邻区段信号的电气绝缘。同时为了解 决全程断轨检查,在调谐区内增加了小轨道电路。 ZPW-2000A 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, 小轨道电路视为列车运行前方主轨 道电路的所属 “ 延续段 ” 。 主轨道电路的发送器由编码条件控
5、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(实际电缆和模拟电缆传给匹配变压 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,也向调谐区小轨 道传送,主轨道信号经钢轨送到轨道电路受电端,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。调谐区小轨道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继电器执行条件送至本区段接收器, 本区段接收器同时接收到主轨道移频信号及小轨道电路继电器执行条件,判决无 误后驱动轨道电路继电器吸起,并由此来判断区段的空闲与占用情况。该系统 “ 电 气 电气 ” 和 “ 电气 机械 ” 两种绝缘节结构电气性能相同。
6、现按 “ 电气 机械 ” 结构 进行系统原理介绍,系统原理构成见图 2-1, 为补偿间距。 主 轨 道 电 路 调谐区 小轨道电路 图 1 ZPW-2000A 系统原理图主轨道和小轨道检查原理图三、设备构成: (一室内设备组成及原理:发送器、接收器、衰耗盘、电缆模拟网络盘、防雷 单元、无绝缘移频自动闭塞机柜、网络接口柜、电缆模拟网络组匣等。1、发送器:(1作用:用于产生高精度、高稳定、一定功率的移频信号。用途:ZPW-2000A 型无绝缘轨道电路发送器, 在区间适用于非电化和电化区 段 18信息无绝缘轨道电路区段, 供自动闭塞、机车信号和超速防护使用 。在车站 适用于非电化和电化区段站内移频电
7、码化发送。(2 冗余方式:系统采用发送 N+1冗余方式。 故障时, 通过 FBJ 接点转至 “ +1” FS 。 2、接收器(1主要作用:ZPW-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 ” 。 该 “ 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通过 (XG 、 XGH 送至本轨道电路接收器, 做为轨道继电器(GJ 励磁的必要检查条件之一。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(XG 、 XGH 条件下,动作
8、本轨道电路的轨道继电器(GJ 。另外,接收器还同 时接收邻段所 属调谐区小轨道电路信号,向相邻区段提供小轨道 电路状态 (XG 、 XGH 条件。用于对主轨道电路移频信号的解调,并配合与送电端相连接调谐区短小轨道 电路的检查条件,动作轨道继电器。另外,还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。接收器接收端及输出端均按双机并联运用设计,与另一台接收器构 成相互热机并联运用系统,保证接收系统的高可靠运用。 (2冗余方式:系统采用接收器成对双机并联冗余方式。 ZPW-2000A 系统中 A 、 B 两台接收器构成成对双机并联运用。 即
9、:A 主机输入接至 A 主机,且并联接至 B 并机。 B 主机输入接至 B 主机,且并联接至 A 并机。A 主机输出与 B 并机输出并联,动作 A 主机相应执行对象。 B 主机输出与 A 并机输出并联,动作 B 主机相应执执行对象。 3、衰耗盘 (1主要作用:用做对主轨道电路及调谐区短小轨道电路的调整(含正反向 。给出发送、接 收用电源电压、发送功出电压、轨道输入输出 GJ , XGJ 测试条件。给出发送、接A 主 机 输 入B 主 机 输 入A 主 机 输 出B 主 机 输 出收故障报警和轨道占用指示灯等。(2主轨道输入电路主轨道信号 V1、 V2自 C1、 C2变压器 B2输入, B2变压
10、器阻抗约为 3655(17002600Hz ,以稳定接收器输入阻抗,该阻抗选择较低,利于抗干扰。 变压器 B2其匝比为 116:(1146 。次级通过变压器抽头连接,可构成 1 146共 146级变化。(3短小轨道电路输入电路根据方向电路变化,接收端将接至不同的两端短小轨道电路。故短小轨道电路 的调整按正、反两方向进行。正方向调整用 A11A23端子,反方向调整用 C11 C23端子,负载阻抗为 3.3k 。为提高 A/D模数转换器的采样精度, 短小轨道电路信号经过 1:3升压变压器 B4输出至接收器。4、电缆模拟网络电缆模拟网络设在室内,按 0.5、 0.5、 1、 2、 2、 22km 六
11、节设计,用于对 SPT 电缆长度的补偿,电缆与电缆模拟网络补偿长度之和为 10km 。5、系统防雷系统防雷由两部分构成:(1室内防雷:该防雷设在室内发送端和接收端,实现对从电缆引入雷电冲击的 横向、纵向防护。(2室外防雷:对钢轨引入雷电冲击进行保护。 横向防护防雷单元设在匹配变压 器轨道输入端。纵向防护防雷单元设在空芯线圈中心线与地之间。 完全横向连接 处不设防雷单元。6、防雷模拟网络盘(1 用作对通过传输电缆引入室内雷电冲击的横向、纵向防护。通过 0.5、 0.5、 1、 2、 2、 22km 六节电缆模拟网络,补偿 SPT 数字信号电缆,使补偿电缆和实 际电缆总长度为 10km ,以便于轨
12、道电路的调整和构成改变列车运行方向。(2结构:防雷电缆模拟网络盘是盒体结构,盒内装有两块模拟电缆板及防雷变 压器,盒体正面有测试塞孔,可以测量电缆侧的电压,也可以测量设备侧的电压。 盒体是通过 35线插头与组匣相连接,通过调整 35线插座的端子进行电缆长度的 调整。(二室外设备构成及原理 :匹配变压器、调谐单元、空心线圈、机械绝缘空心 线圈、补偿电容、钢轨引接线。 1、调谐区调谐区按 29m 设计,设备包括调谐单元及空芯线圈,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。 电气绝缘节及调谐单元 电气绝缘节长 29m ,在两端各设一个调谐单元。(1对于较低频率轨道电路(1
13、700Hz 、 2000Hz 端,设置 L1、 C1两元件 F1型 调谐单元;(2对于较高频率轨道电路(2300Hz 、 2600Hz 端,设置 L2、 C2、 C3三元件的电气绝缘节原理图2300(2600 Hz轨道电路F 1=1700F2型调谐单元。(3 f1(f2端调谐单元的 L1、 C1(L2、 C2、 C3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区 段。(4 f1(f2端调谐单元对本区段的频率呈现容性并与调谐区的钢轨、空芯线圈 的综合电感构成并联谐振,呈现高阻抗,称为“极阻抗” ,相当于开路,减少了对 本区段信号的衰耗。综
14、上所述:调谐单元与空芯线圈、 29m 钢轨、电感等参数配合,实现了两个相邻轨道电 路信号的隔离,即完成了“电气绝缘节”功能。2、 空芯线圈(1用途:逐段平衡两钢轨的牵引电流回流,实现上、下行线路间的等位连接,改善电 气绝缘节的 Q 值,保证工作的稳定性。该线圈用 191.53mm 电磁线绕制,其截面积为 35mm2,电感约为 33H ,直流 电阻 4.5m 。中间点引出线作等电位连接用。(2电路原理简要说明:空芯线圈设置在 29m 长调谐区的两个调谐单元中间,由于它对 50Hz 牵引电 流呈现很小的交流阻抗(约 10m ,即可起到平衡牵引电流的作用。如上图:I1、 I2有 100A 不平衡电流
15、,可近似将空芯线圈视为短路,则有 I3=I4=(I1+I2 /2=450A由于空芯线圈对牵引电流的平衡作用,减少了工频谐波干扰对轨道电路的影响。 3、 匹配变压器(1作用:匹配变压器用于钢轨对 SPT 电缆的匹配连接,变比为 1:9, L1用作 对电缆容性的补偿,并作为送端列车分路的限流阻抗。C1、 C2电解电容按同极性串接,形成无极性,在直流电力牵引中用于隔离直 流(如地下铁道 。 V1、 V2接至钢轨, E1、 E2接至 SPT 电缆。 F 为带劣化指示的 防雷单元,该压敏电阻选择 75V防护等级。 (2原理说明 4、机械绝缘节空心线圈按电气绝缘节 29m 钢轨及空芯线圈等参数设计,该机械
16、绝缘节空芯线圈分 为 (1700 Hz、 2000 Hz、 2300 Hz、 2600 Hz四种频率 。与相应频率调谐单元相并联,可获得与电气绝缘节阻抗相同的效果,用在车 站与区间衔接的机械绝缘节处(对于进站和出站口均设有机械绝缘节 。 5、调谐区用钢包铜引接线为加大调谐区设备与钢轨间的距离, 便于工务维修等原因, 加长了引接线长度。 其材质为多股钢包铜注油线,满足耐酸、碱,耐冻,耐磨,耐高温性能。其长度 为 2000mm , 3700mm 各两根并联运用。6、室外防雷:对钢轨引入雷电冲击进行保护。横向防护防雷单元设在匹配变压器 轨道输入端。纵向防护防雷单元设在空芯线圈中心线与地之间。完全横向
17、连接处 不设防雷单元。 7、补偿电容(1为抵消钢轨电感对移频信号传输的影响,采取在轨道电路中,分段加装补偿电容的方法,使钢轨对移频信号的传输趋于阻性,接收端能够获得较大的信号能 量。另外,加装补偿电容能够实现钢轨断轨检查。在钢轨两端对地不平衡条件下, 能够保证列车分路。(2补偿电容规格及技术指标1700Hz :55F 5%(轨道电路长度 2501450m 2000Hz :50F 5%(轨道电路长度 2501400m 2300Hz :46F 5%(轨道电路长度 2501350m 2600Hz :40F 5%(轨道电路长度 2501350m (3补偿电容的安装方法,是按照等间距设置补偿电容的方法。
18、其具体方法如下 : 表示等间距长度;轨道电路两端调谐单元与第一个电容距离为 /2,安装允许误差0.5m。计算公式:=L/ Nc,其中,L:轨道电路两端调谐单元的距离(并非轨道电路长Nc :根据优选设计确定的补偿电容数量补偿电容的配置,其容量根据轨道电路频率的不同而不同,其数量按照轨道电路 的长度来确定 .7、传输电缆采用 SPT 型铁路信号数字电缆,线径为 1.0mm ,总长 10km 。主要电气参数:导线线径:1mm ;直流电阻:47/km;线间电容:2910%nF/km。四、 ZPW-2000A 设备测试1、在衰耗盘测试:(测试周期:季衰耗盘上共有 5个指示灯, 12个测试孔。5个指示灯分
19、别是:发送工作灯 O-绿灯(正常接收工作灯 O-绿灯(正常轨道 O-绿灯(正常正向 O-黄灯(正常反向 O-反向运行时点亮12个测试孔分别是:SK1“发送电源” -发送器 24V 工作电源(23.524.5DCSK2“接收电源” -接收器 24V 工作电源(23.524.5DCSK3“发送功出” -发送器输出电平测试,与调整表范围一致(用选频表按 频率测试注:基地设备使用 4电平为 111V实际设备电压大约:108V左右(实际值SK4“轨入” -接收器接收到的电压(主轨道与相邻小轨道叠加主轨道输 入与调整表范围一致,小轨道应大于等于 42mv 。基地设备为:5655G 主轨 2300-1时为:
20、小轨 1700-1时为 48mv 。(用选频表,按频率分别测试主轨和小轨道轨入电压SK5“轨出 1” -来自主轨道,即主轨道信号经过调整后的轨出电压与调整 表范围一致(用选频表,按频率测试大于等于 240mv SK6“轨出 2” -来自小轨道,经过衰耗电阻分压后,按小轨道调整表连接 相应端子。(正向连接 a 列,反向连接 c 列使轨出 2输出范围在 110130mv。(用选频表,按频率测试基地为:SK7“ GJ (Z ” -主机轨道继电器电压大于 20VSK8“ GJ (B ” -并机轨道继电器电压大于 20VSK9“ GJ ” -轨道继电器电压大于 20VSK10“ XGJ (Z ” -主机
21、小轨道继电器(或执行条件电压大于 20V SK11“ XGJ (B ” -并机小轨道继电器(或执行条件电压大于 20V SK12“ XGJ ” -小轨道继电器(或执行条件电压大于 30V ,空载大于 50V 2、防雷电缆模拟网络盘的测试网络盘正面有 3个测试孔:可以测量电缆侧的电压可以测量设备侧的电压可以测量防雷侧的电压3、电缆通道至室外发送端、接收端箱合的测试4、轨道电路分路残压的测试室外用 0.15分路线进行测试,室内在轨出 1插孔测试不大于 140mv (测试 周期:季5、各测试孔之间的关系图五、故障处理(一故障原理分析接收信号进入衰耗盘 ,可在衰耗盘上测试孔测得轨入电压,轨入电压中既有
22、 本区段主轨信号电压,又有相邻区段小轨道传来的信号电压。轨入电压进入衰耗 盘后分为并联的两条支路,一路经变压器(116(1146 调整后送入接收器, 作为主轨道电平输入接收器即“轨出 1” ;另一路按正、反两方向进行调整,经正 (反向小轨道调整电阻调整后再经 1 3升压作为小轨道电平输入接收器即轨出 2。接收器一方面对主轨道电路移频信号进行解调,同时配合与送电端相连接的 本区段调谐区小轨道电路的检查条件(由运行前方区段接收端送来的 XGJ 、 XGJH 条件动作本区段轨道继电器。另一方面接收器还对与受电端相邻调谐区小轨道电路(运行后方相邻区段的 “延续段” 的移频信号进行解调,给出短小轨道执行
23、条件(XG 、 XGH ,经衰耗 盘送至相邻区段接收器。1、故障原因分析:(以下分析针对两端电气绝缘节轨道电路ZPW-2000A 型轨道电路故障时显现的现象主要有:无车占用一个区段红光带、 无车占用相邻两个区段同时红光带和无红光带但控制台移频报警。为方便讲述我 们以某区间 5257G 、 5217G 、 5205G 三个区段为例,这三个区段间的关系如下图: (1无车占用一个区段红光带(5217G 红光带由于 ZPW-2000A 轨道电路主轨信号由本区段接收器解调, 小轨信号由运行前 方相邻区段接收器解调,若只有本区段在无车占用时出现红光带,本区段从受电 端调谐单元至室内接收器这整个接收通道应是
24、完好的(否则其相邻区段 5257G 将 得不到小轨检查条件也将出现红光带 。查找故障应重点从 室内该区段的发送器开 始经室外送端至受端轨面 ,如:发送器故障;发送端模拟网络故障;送端电缆接地断线或混线;送端匹配变压器故障或调谐单元开路;钢包铜线断线;轨面异常分路或电容开路 。这些都会造成受端电压降低,可测试一下本区段的功出、轨出 1、轨出 2。 这里要注意:还要测试一下前方区段(5205G 的轨出 1、轨出 2,因为如果 5205G 受端调谐单元开路故障会使接收到的小轨(5217G 电压升高 5-7倍,使轨 出 2高出接收器小轨高落门限值而关闭向 5217G 接收器送出的小轨检查条件 XG 、
25、 XGH ,这种情况同时会使 5205G 的主轨接收电压降低,但降低的幅度不至于使轨 出 1低于接收器的主轨落下门限,所以只会造成 5217G 一个区段红光带。还不能排除室内接收设备故障,如 5205G 衰耗盘故障导致送不出 XIN 信号使 接收器接收不到小轨信号或 5205G 向 5217G 送的小轨检查条件线开、短路等;还 有本区段衰耗盘故障无法送出 ZIN 信号,使接收器主、并机接收不到主轨信号。 另外如果 QGJ 故障也会造成控制台相应区段红光带。(如果是机械绝缘节轨道电路红光带就要考虑送、受端整个通道。(2无车占用相邻两个区段红光带(5217G 、 5205G 同时红光带由于 ZPW
26、-2000A 轨道电路受电端至室内衰耗盘间的接收通道同时传输本区段 (5205G 接收端的主轨道信息和相邻区段(5217G 的小轨道信息,这一通道故 障会导致本区段接收不到主轨信息,出现红光带,同时影响相邻区段因得不到小 轨检查条件而红光带。除接收通道故障外,若衰耗盘本身故障送不出 ZIN 和 XIN 信息,也会造成本 区段和相邻区段红光带。(3无车占用无红带但控制台移频报警造成这种现象的原因有:发送器或接收器内部故障;发送器或接收器正常工作的外围条件不满足;衰耗盘内部光耦故障;衰耗盘间的报警条件连接线断线;加 1发送器故障。这些会造成报警检查条件无法正常送出, YBJ 失磁落下使控制台发出移
27、频 报警。由于 ZPW-2000A 系统有充分的冗余措施(发送器采用 N+1冗余,接收器 采用主、并机冗余 ,器材故障不至于影响系统的正常工作,不会导致 QGJ 落 下,也就不会出现红光带。但 YBJ 一旦落下就失去了它的移频故障总报警的功能, 若同时系统出现其它故障就不能及时被发现, 所以出现这类现象也要及 时排除。查找这样的故障可以观察衰耗盘上的发送、接收故障报警指示灯是否灭灯,很直 观地查到对应故障的发送器或接收器。4、 YBJ 继电器电路移频柜 103-16接第一个衰耗隔离盒的 a27, 03-14接第一个衰耗隔离盒的 c28。 轨出 2的电压值,光耦损坏导致移频报警条件中断、控制台移
28、频报警。如果 移频报警的同时发送和接收故障指示灯仍点亮,测量衰耗盘后面的 BJ1、 BJ2、 BJ3条件端子(BJ1与 BJ2间是发送报警条件, BJ2与 BJ3间是接收报警条件 , YBJ 的 +24V电源通与断之间即为对应的发送或接收条件光耦损坏,及时更换衰耗盘。 5、常见故障分析(1一个区段红光带(5217G ,在故障区段(5217G 的衰耗盘上测功出正常, 轨出 1、轨出 2也正常,运行前方相邻区段(5205G 轨出 2电压为 0或低于接收 器小轨落下门限。可判断本区段主轨的发送和接收通道都是正常的, 问题出在室外小轨, 小轨开路, 不会影响相邻区段(5205G ,小轨轨面短路会使相邻
29、区段(5205G 受端主轨电 压降低,可以测一下相邻区段(5205G 的轨出 1若低到接收器主轨落下门限,其 也会出现红光带。(2 无车占用没有红光带, 但当列车出清本区段 (5217G 占用下一区段 (5205G 时本区段红光带不能及时消失。这种情况可能是本区段(5217G 送端调谐单元开路,本区段(5217G 送端电压 降低造成小轨电压降低,但相邻区段(5205G 轨出 2列车出清本区段进入下一区 段时由于调谐区电气绝缘特性受到破坏,轨出 2的值不会升到吸起门限以上,所 以红光带不消失。(3无车占用时相邻两个区段红光带(5217G 、 5205G ,测 5217G 功出、轨出 1、 轨出
30、2均正常, 5205G 功出正常,轨出 1降低,轨出 2升高 5-7倍。这说明运行前方相邻区段(5205G 受端调谐单元开路。由于轨出 2高于接收盒小 轨高落门限, 因此本区段 (5217G 红光带。 对于前方相邻区段 (5205G 若 5205G 轨出 1降低不到落下门限以下,其不会出现红光带,若在落下门限以下也会出现 红光带,这个不一定。(4补偿电容在 ZPW-2000A 轨道电路中起补偿高频条件下钢轨呈现出的感性, 从而降低传输通道对高频信号的衰减,若补偿电容缺失或击穿短路都会影响接受 端电压降低。特别是在轨道电路的送端,缺失电容对接收电压的影响更为显著, 由于区段的长度与道床阻抗值的差
31、别,现场运用中的区段接收电压值有差别,电 容开路后降低的幅度也不等,所以缺失电容不一定都会造成红光带,只有当降低 至接收器主轨落下门限值以下才会出现红光带,所以平时要按要求做好轨道电路 的测试,随时观察电压值的变化及时发现及时解决。(二 、室内故障分析1、移频柜器材故障ZPW-2000A 轨道电路移频柜中设置有发送端设备发送器、发送防雷模拟网 络盘;接收端设备衰耗盘、接收器、接收防雷模拟网络盘。这些器材故障或工作条件不满足时会发出移频报警,通过观察器材指示灯再配合简单的测试可以很 快找到故障原因,下面简单介绍以上器材故障如何查找。1、发送器发送器正常工作所需条件: 有 24V 直流工作电源且极性正确; 有且只有一个载频选择条件(包括选型条件 ; 有且只有一个低频选择条件。 功出电平调整与测试 另外,当发送电平调整跳线虚接时(可通过观察、晃动跳线或测量跳线两端是否有不该有的电压来判断
