ZPW2000A移频自动闭塞系统原理、故障

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ZPW-2000A移频自动闭塞系统原理及故障分析

摘 要

ZPW-2000A型无绝缘移频轨道电路组成的自动闭塞系统在我国铁路系统已得到广泛应用，其对铁路扩能、提速、提效起着非常重要的作用，是一种具有国际先进水平的新型自动闭塞，在感受它技术先进、性能优越等特点的同时，在日常使用、维护中出现的一系列问题也成为困扰信号维修人员的一大难道，现在铁路是高速度高密度运行，因此一线员工对其工作原理的熟练掌握和快速准确的判断、处理故障则无疑对我国快速发展的铁路有极大的促进作用。但是其要成为主体化机车信号控车设备，由于其信息量的限制还不能独自担当控车技术的主要设备，要应用在更高运营速度的客运专线时，其设备将必须进一步改进或者优化，本文就此也提出了几点建议。

关键词：ZPW-2000A； 系统原理；故障分析；发展

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目录

摘 要 ................................................................................................................................... I 引言 ............................................................................................................................... - 1 - 第一章ZPW-2000A型无绝缘移频自动闭塞系统概述 ............... 错误！未定义书签。

1.1系统特点 ......................................................................................................... - 2 - 1.2系统构成 ......................................................................................................... - 3 -

1.2.1室内设备 .............................................................................................. - 3 - 1.2.2室外设备 .............................................................................................. - 4 - 1.2.3系统防雷 .............................................................................................. - 5 -

第二章系统及各设备工作原理 ................................................................................... - 6 -

3.2故障判断 ....................................................................................................... - 19 -

3.2.1发送器 ................................................................................................ - 19 - 3.2.2接收器 ................................................................................................ - 20 - 3.2.3衰耗盘 ................................................................................................ - 20 - 3.2.4站防雷和电缆模拟网络 .................................................................... - 21 - 3.3故障分类及处理方法 ................................................................................... - 22 -

3.3.1断线 .................................................................................................... - 22 - 3.3.3 接地 ................................................................................................... - 23 - 3.3.4系统故障排查处理 ............................................................................ - 23 -

第四章 故障处理参考流程图 ................................................................................... - 27 - 第五章ZPW-2000A型无绝缘移频自动闭塞发展方向和改建意见 ...................... - 30 - 结束语 ......................................................................................................................... - 32 - 致 谢 ......................................................................................................................... - 38 - 参考文献 ..................................................................................................................... - 39 -

II

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引言

闭塞是铁路上防止列车对撞或追撞（追尾）的方式，是铁路上保障安全的重要方法。 闭塞设备是用来保证区间或闭塞分区在同一时间内只能运行一个列车，从而保证行车安全，提高行车效率。然而实际工作中，由于对设备工作原理不清楚，操作不当，不能维修或者维修不熟练，造成设备故障不能及时得到解决，严重威胁行车安全和效率的事时有发生！因此要想成为一名真正的铁路技术工人必须对各设备工作原理了然于胸，要做好随时能够快速处理各种突发状况的准备，还要能通过日常测试、维护把不安全隐患消灭在萌芽中，这些就使得我们必须对各设备有更深的理解！

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1.1系统特点

（1）保持UM71无绝缘轨道电路整体结构上的优势。 （2）解决了调谐区断轨检查，实现轨道电路全程断轨检查。 （3）减少调谐区分路死区。

（4）实现对调谐单元断线故障的检查。 （5）实现对拍频干扰的防护。

（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、低道碴电阻最大传输长度要求，又为一般长度轨道电路最大限度提供了调整裕度，提高了轨道电路工作稳定性。

（9）用SPT国产铁路数字信号电缆取代法国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）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（0.5+0.5），提高系统可靠性，大幅度提高单一电子设备故障不影响系统正常工作的时间

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1.2系统构成

3800mm 主轨道电路 调谐区Δ补偿电容 Δ（短小调谐单1G（F1） 元 空心线圈调谐单元 机空械芯绝线缘圈 节 调谐单元 匹配1600 mm 变压匹配变压器 匹配变压室外 SPTSPT相当总长10km 电缆模拟相当总长10km SPT 室 电缆模拟电缆模拟内 站防站防（XGJ、XGJH） 站防接收 发送 接收 GJ （XG、XGH） ZPW-2000A闭塞系统主要由室内设备、室外设备、系统防雷三大部分组成。 1.2.1室内设备

由发送器、接收器、衰耗盘、电缆模拟网络等组成。

发送器用于产生高精度、高稳定移频信号源，采用 “N+1”冗余设计。故障时，通过FBJ接至“+1”FS.

接收器为“0.5+0.5”主备使用。

ZPW-2000A型无绝缘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”。“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（XGJ、XGJH）之一，见下图

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本轨调谐区邻轨短小轨道 主轨F JS XG、XGH G、GH XGJ、XGJH JS Cpu CPU2 综上所述，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。接收器采用成对双机并联运用方式。

（3）衰耗盘，用于实现主轨道电路、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+24V电源电压、发送功出电压、接收GJ、XGJ测试条件。

（4）电缆模拟网络，通过0.5、0.5、1、2、2、2*2km六节电缆模拟网络，补偿实际SPT数字信号电缆，使补偿电缆和实际电缆总距离为10km。

1.2.2室外设备

（1）电气绝缘节(调谐区)

电气绝缘节由调谐单元（ZW.T1（F1）、ZW.T1（F2））、空芯线圈（ZW.XK1）、设备引接线、及29m钢轨组成。用于实现两相邻轨道电路间的电气隔离。

（2）机械绝缘节

由“机械绝缘节空芯线圈（ZPW.XKJ）”与调谐单元并接及设备引接线组成，其特性与电气绝缘节相同。

（3）匹配变压器（ZPW.BP）

实现轨道电路与传输电缆的匹配连接(道碴电阻一般在0.25～1.0Ω的情况下)。

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Cpu CPU2 XG、XGH G、GH 1GJ 3GJ 西安铁路职业技术学院毕业论文

（4）补偿电容

根据通道参数兼顾低道碴电阻道床传输，采用分段加装补偿电容方法，在一定程度上减少钢轨电感对移频信号传输的影响，延长(或保证)轨道电路长度；保证轨道电路的传输性能。

（5）传输电缆

ZPW-2000A采用铁路内屏蔽数字信号电缆，其电缆芯线直径为Φ1.0mm，一般条件下，电缆长度按10Km考虑。

（6）设备引接线

采用3600mm、1600mm钢包铜注油线，用于调谐单元、空芯线圈、匹配变压器等设备与钢轨间的连接

1.2.3系统防雷

系统防雷可分为室内和室外两部分 1.室内

(1)一般防护从钢轨引入的雷电信号，包括横向防雷、纵向防雷。 横向：限制电压在75V、10KA以上。 纵向：

○1根据设计，一般可通过空心线圈中心线直接接地进行纵向雷电防护。

○2在不能直接接地时，应通过空心线圈中心线与地间加装横向、纵向防雷元件。电气化区段考虑牵引回流不畅条件下，出现的纵向不平衡电压峰值，限制电压选在AC500V、5KA以上。非电气化区段则只考虑50HZ、AC220V电流影响，纵向电压选在AC280V（或AC275V）、10KA以上。

（2）防雷地线电阻要严格控制在10欧姆以下。

（3）对于多雷地区、石质地层的地区，有条件应加装贯通地线。 2.室外

防护由电缆引入的雷电信号。

横向：限制电压在AC280V、10KA以上。 纵向：利用低转移系数防雷变压器进行防护。

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第二章系统及各设备工作原理

2.1系统工作原理

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。如下图所示，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26.8 Hz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16.9 Hz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13.6 Hz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。

ZPW2000A移频自动闭塞的工作原理

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2.2各设备工作原理

1、匹配变压器电路图

电路分析

(1)、V1V2 经调谐单元端子接至轨道， L1L2 经 SPT 电缆接至室内。

(2) 、考虑到 1.0 Ω·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，4700μF 电解电容（C1、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。 2、电气绝缘节电路图

电气绝缘节由调谐单元、空芯线圈及29m 钢轨组成。用于实现两相邻轨道电路间的电气隔离，即完成电气绝缘节的作用。

电气绝缘节长 29 米，在两端各设一个调谐单元（下称 BA），对于较低频率轨道电路（1700、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（2300、2600Hz）端，设置 L2、C2、C3 三元件的 F2 型调谐单元。

“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，见图（C）左端（图（b）右端）。

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“f1”（f2）端的 BA 对本区段的频率呈现电容性，并与调谐区钢轨、SVA 的综合电感构成并联谐振，呈现较高阻抗，称“极阻抗”（约 2 欧），相当于开路。以此减少了对

本区段信号的衰耗。

3、补偿电容作用

等效电路

钢轨呈现感性在1700Hz、 2600Hz 有着甚高的感抗值阻碍了信息的传输为此在钢轨上一段距离内加装有补偿电容见上图。

由于L 与C 的补偿抵消了钢轨电感，使钢轨呈现阻性并在BB、 CC呈现较高的阻抗和较高的电压。

当电容断线故障时由于补偿作用的消失钢轨感性的作用使信号在钢轨上产生较大的衰减，从而降低了接收端电压使系统导向安全。

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。

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以此在补偿段入口端（A、B）取得一个趋于电阻性负载 R。并在出口端（C、D）取得一个较高的输出电平。

一般载频频率低，补偿电容容量大；最小道碴电阻低，补偿电容容量大；轨道电路只考虑加大机车信号入口电流，不考虑列车分路状态时，电容容量大。

电缆模拟网络

电缆模拟网络按 0.5、0.5、1、2、2、2*2km 六节对称π型网络，以便串接构成 0-10km 按 0.5km 间隔任意设置补偿模拟电缆值。

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SK1 SK2

空芯线圈

电力牵引区段，对于有机械结缘节的轨道电路，采用扼流变压器沟通和平衡牵引电流回流，由于要通过较大牵引电流，在牵引电流不平衡条件下，又不能造成扼流变压器饱和，造成变压器体积大、重量大、维修工作量大等缺点。但是扼流变压器起到了在每

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一个轨道电路段平衡一次牵引电流的作用。

在无绝缘轨道电路区段，在每一个轨道电路区段亦设置一个起到平衡牵引电流的空芯线圈。在两轨间该线圈应对 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，并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。

空芯线圈 SVA 结构特点 ：SVA 由直径 1.53mm、19 股电磁线绕制，截面为 35mm 。在 20℃时，以 1592Hz 信号测试，电感量为：L＝33±μH，电阻值为 25mΩ≥R≥14mΩ。直流电阻为 R0＝4.5±0.5mΩ。 铜线敷有耐高温的玻璃丝包。

SVA 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10mΩ），故能起到对不平衡牵引电流电动势的短路作用。

（2）对于上、下行线路间的两个 SVA 中心线可做等电位连接。一方面平衡线路间牵引电流，一方面可保证维修人员安全。

（3）作抗流变压器见下图， 如在道岔斜股绝缘两侧各装一台 SVA，二中心线连接。 应该指出，SVA 作抗流变压器时，其总电流≤200 安

（4）SVA 对 1700Hz感抗值仅有 0.35Ω，对 2600Hz 也只有 0.54Ω。在调谐区中，不能把它简单作为一个低阻值分路电抗进行分析，而应将其作为并联谐振槽路的组成部分。SVA 参数的适当选择，可为谐振槽路提供一个较为合适的 Q 值，保证调谐区工作的稳定性。

发送器作用

1）、产生 18 种低频信号 8 种载频（上下行各四种）的高精度、高稳定的移频信号；

2）、产生足够功率的输出信号； 3）、 调整轨道电路 ；

4) 、对移频信号特征的自检测，故障时给出报警及 N+1 冗余运用的转换条件。

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1．原理框图（如上图）

“安全与门”在确认两组动态信号同时存在条件下，方可驱动执行继电器，其原理框图如下图：

两数字电路间的联系为数字交换或自检、互检及闭环检查等。 发送器“安全与门”电路如下图

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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，并作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 作为漏泄电阻，保证无“方波 2”信号时，三级管的可靠关闭。Re 作为“光耦 2”长期固定导通时的恒流保护，同时作为 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”。

表示灯设置及故障检测： （1）“工作”表示灯

设在衰耗盘内，与 FBJ 线圈条件相并联，如右图

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R 用作限流，“N”为“工作”指示灯，光耦提供发送报警接点。 发送工作正常：工作表示灯亮，报警接点通。

发 送 故 障：工作表示灯灭，报警接点切断车站移频报警 盒 报警继电器 YBJ 电路。 （2）故障表示灯

为便于检修所对复杂数字电路的维修，盒内针对每一套 CPU设置了一个指导维修人员查找设备故障的“故障表示灯”。用其闪动状况，表示它可能出现的故障点。

闪动次数 1 低频编码条件故障 2 功出电压检测故障 3 4 5 6 低频频率检测故障 上边频检测 故障 下边频检测 故障 型号选择条件故障 7 载频编码条型号选择条件线断线或混线；相应的光耦击穿或断线； 相应的稳压管二级管被烧断或击穿； 载频编码条件线断线或混线；相应的 - 14 -

含 义 可能的故障点 低频编码条件线断线或混线；相应的光耦被击穿或断线；相应的稳压管二级管被烧断或击穿。 负载短路； 功放电路故障； 功出电压检测故障 滤波电路故障； 其他故障引起； JT3 或 JT4 或 N16 故障；J1 断线； JT3 或 JT4 或 N16 故障；J1 断线； JT3 或 JT4 或 N16 故障；J1 断线； 西安铁路职业技术学院毕业论文

件故障 光耦被击穿或断线。 [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 接收器作用 ：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（或称0.5+0.5），保证接收系统的高可靠运用。

1、 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。

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。

原理框图及原理说明：接收器由本接收“主机”及另一接收“并机”两部分构成（如下图）

ZPW-2000A 系统中 A、B 两台接收器构成成对双机并联运用，即： 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(A GJ)

B 主机输出与 A 并机输出并联，动作 B 主机，相应执行对象(B GJ)

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载频选择小轨道检查条件 安全与门 1 主轨道电路A/D输主出机入小轨道电路A/D安全与门2 CPU1接收器原理框图（如上图）

主轨道 A/D、小轨道 A/D：模数转换器，将主机、并机输入的模拟信号转换成计算机能处理的数字信号。

CPU1、CPU2：是微机系统，完成主机、并机载频判决、信号采样、信息判决和输出驱动等功能。

安全与门 1～4：将两路 CPU 输出的动态信号变成驱动继电器（或执行条件）的直流输出。 载频选择电路：根据要求，利用外部的接点，设定主机、并机载频信号，由 CPU 进行判决，确定接收盒的接收频率。 接收盒根据外部所确定载频条件，送至两 CPU，通过各自识别，并通信、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。两套 CPU 对外部四路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。安全与门收到两路方波后，就转换成直流电压带动继电器。如果双CPU 的结果不一致，安全与门输出不能构成，且同时报警。电路中增加了安全与门的反馈检查，如果 CPU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，接收盒也报警。如果接收盒收到的信号电压过

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A B并机入 故障检查报条 件 CPU2主轨道电路A/D小轨道电路A/D安全与门2安全与门1输出载频选择小轨道检查条件至CPU1及CPU2检查西安铁路职业技术学院毕业论文

低，就认为是列车分路。

接收报警电路 ：

来自两个 CPU 的信号，经过一个与非门后，控制报警电路。如果正常，CPU 就输出一个高电平1，与非门输出一个低电平（0），这时衰耗盘接收工作表示灯点亮，光耦导通。给外部提供一个导通的条件，构成总移频报警电路。如果发现故障，CPU 就输出低电平（0），与非门输出高电平，工作表示灯灭，光耦断开，构成报警电路。

故障表示灯：

为便于检修所对复杂数字电路的维修，盒内针对每一套 CPU 设置了一个指导维修人员查找设备故障的“故障表示灯”。具体情况如表。

G 闪动次（N） 义 1 2 3 4 5 CPU 故障 主机备机通信故障 安全与门 1 故障 6 安全安全与 2 输出电路故障 - 17 -

含 可能的故障点 RAM 故障 ；CPU 内部 RAM 故障 载频输入条件没有或有两个及以上；相应的载频输入条件没有或有两个及以上；相应的CPLD 故障或另一 CPU 故障 安全与 1 输出电路故障 载频故障 光耦被击穿。 载频故障 光耦被击穿。 西安铁路职业技术学院毕业论文

与门 2 故障 7 安全与门 3 故障 8 安全与门 4 故障 9 EPROM 故障 [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=1-9

安全与 4 输出电路故障 安全与 3 输出电路故障 - 18 -

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第三章 设备故障判断、处理与维护

3.1故障处理程序

3.1.1一般有报警故障处理程序

（1）通常控制台声光报警（YBJ落下）得知故障，由于发送、接收有冗余设计，系统正常工作有可能不中断、有可能中断。

（2）查看SH上各发送、接收的工作灯（绿）是否灭灯； （3）灭灯设备为故障；

（4）迅速判断故障是否影响行车。如只有一台发送故障并已转为“+1FS”工作，接收仍正常工作，不影响行车。如只有一台接收故障，由于双机并联运行另一方保持工作，不影响行车；

（5）发现故障一般处理程序： 对发送；检查电源、保安器、低频编码电源、功出电压等，区分发送器内外故障；对接收：检查电源、保安器、输入电压（主轨道、小轨道）等，区分接收器内外故障。并机仍可保证GJ工作，多为单一接收故障，可更换接收盒。

3.1.2 无报警故障处理程序

无故障报警一般多为无检测飞冗余环节故障。这类故障多由控制台红光带指示及司机行车受阻报告得知。

如发送功出→组合柜→防雷柜→分线盘→室外轨道电路；

接收输入→衰耗盘→组合柜→防雷柜→分线盘→室外轨道电路机。再如：区间信号机的点灯电路从室内室外，以上线路均存在故障可能。处理故障中应迅速判断故障范围属于室内或室外，进而做相应处理。室内外故障划分躲在分线盘处测量确定。

3.2故障判断

3.2.1发送器

发送器正常工作应具备的条件 （1）24 V 电源有，保持极性正确； （2）低频编码条件有，且只有一个； （3）载频条件有，且只有一个；

（4）“ - 1”“ - 2”选择条件有，且只有一个； （5）发送输出电平正常。 发送器的作用

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（1）产生18种低频信号8种载频（上下行各四种）的高精度、高稳定的移频信号 （2）产生足够功率的输出信号 （3）调整轨道电路

（4）对移频信号特征的自检测，故障时给出报警及N+1冗余运用的转换条件 故障判断

当衰耗盘上发送工作指示灯点亮时表明发送器工作正常，FBJ 吸起，当发送工作指示灯灭灯时表明发送器发生故障或工作条件不具备。

（1）首先判断上述 5 个工作条件是否具备，用直流电压表在另层（或发送器）端子上将负表笔放在 024V 上，正表笔分别在 18 个低频、4 个载频及“ - 1”“ - 2”上测量，应该有且只有一个 + 24 V。（2）当判断出上述 5 个工作条件都具备时而发送器仍不工作，则说明发送器出现故障，更换发送器即可。

3.2.2接收器

接收器正常工作应具备的条件（接送器工作指示灯亮） （1）24 V 电源有，保持极性正确； （2）载频条件有，且只有一路；

（3）“ - 1”“ - 2”及 X（ 1）、X（ 2）选择条件有（主机并机都应具备）。 具备上述条件后接收工作指示灯应点亮，接收器工作正常。 接收器轨道继电器的吸起应具备的条件

（1）从轨出 1 测出主轨道的信号达到可靠工作值240 mV。 （2）前方相邻接收送来的小轨道执行条件 + 30V电源。 具备上述两条件后轨道继电器应吸起。 接收器的作用

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（或称0.5+0.5），保证接收系统的高可靠运用。

（1）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。

（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。

3.2.3衰耗盘 衰耗盘的作用

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（1）用作对主轨道电路的接收端输入电平调整。 （2）对小轨道电路的调整含正反向。

（3）给出有关发送、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。

（4）给出发送、接收故障报警和轨道占用指示灯等。

（5）在N+1冗余运用中实现接收器故障转换时主轨道继电器和小轨道继电器的落下延时。

测试端子

SK1：“发送电源”接FS+24V、024V SK2：“发送功出”接发送器功出 SK3：“接收电源”接JS+24V、024V SK4：“接收输入”

SK5：“主轨道输出”经B1变压器电平调整后输出至主轨道主机、并机。

SK6：“小轨道输出”经调整电阻调整后，通过B2变压器送至小轨道主机、并机。 SK7：“GJ”主轨道，GJ电压 SK8：“XG”小轨道执行条件电压。 移频总报警继电器（YBJ）

YBJ控制电路仅在移频柜第一位置设置。

在衰耗盘设“光耦5”。FS+24电流通过对本段轨道电路发送故障条件（BJ—1、BJ—2）、接收故障条件（BJ—2、BJ—3）以及其它段轨道电路有关检查条件串联检查，系统设备均正常时，使“光耦5”受光器导通控制三级管V7导通，并使YBJ励磁。

电容C1起到缓放作用，防止各报警条件瞬间中断，造成YBJ跳动。

在站内电码化及“+1发送”只有发送没有接收设备时仅接入BJ—1、BJ—2条件。在车站接收设置总数为奇数，单独设置并机备用时，仅接入BJ—2、BJ—3条件。

3.2.4站防雷和电缆模拟网络 防雷及电缆模拟网络作用

用做对通过传输电缆引入室内雷电冲击的防护（横向、纵向）。通过0.5、0.5、1、2、2、2*2km六节电缆模拟网络，补偿实际SPT数字信号电缆，使补偿电缆和实际电缆总距离为10km，以便于轨道电路的调整和构成改变列车运行方向电路。

“电缆模拟网络”可视为室外电缆的一个延续。

（1）电缆模拟网络按0.5、0.5、1、2、2、2*2km六节对称π型网络，以便串接构成0-10km按0.5km间隔任意设置补偿模拟电缆值。

（2）模拟电缆网络值按以下数值设置：

R:23.5Ω/km L:0.75mH/km C:29nF/km

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R、L按共模电路设计，考虑故障安全,C采用四端引线。

3.3故障分类及处理方法

3.3.1断线

1、单线静态（按固定连接）

始 末 （1）检查“始”、“末”端；

（2）原则上从中间点入手，先排除约一般故障范围，逐渐缩小故障范围； （3）从容易查找点进行；

（4）具体方法有三种：量电位法，电阻法，短路法； 2、单线、动态（指动态连接） （1）观察停留点或步；

（2）控制电路动作步数进行观察。 3、设备连接如图

始 末 一般测量“始”、“末”端信号，从中间已查找点入手，如SK、分线盘等。局部也用短路法，如FS功出电路的DJ（灯丝继电器）条件等。

3.3.2 混线

1、两单线混线如右图

（1）从短线入手；；

（2）破坏短路方法：即将条件少的短线条件从中间分开，分别查两部分混线，进而缩小故障范围，分别查找；

（3）破坏短路也要注意从易切断位置进行，如拔下继电器等。 2、单线与环线混线如右图 （1）查找配线图，从短环入手；；

（2）若检查环，则将环断成两半，分半查找。

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3、环与混线如右图

（1）查找配线图，从小环入手；； （2）多为某点交叉如图。

4、设备连接

（1）从条件少的线入手；

（2）室内外从分线盘端子处分开； （3）从原理上进行分析。 3.3.3 接地 接地是混线的一个特例，也分静态接地、动态接地两种情况，处理方法很多，最典型的方法就是断线法，逐步缩小范围，按照原理图一步步追查到底，这里就不一一叙述了。

3.3.4系统故障排查处理 主要表示灯

1. 发送工作：即为发送故障报警指示，设在衰耗盘内，绿色。点灯表示：工作正常；灭灯表示：故障。

2. 接收工作：即为接收故障报警指示，设在衰耗盘内，绿色。点灯表示：工作正常；灭灯表示：故障。

3. 轨道占用：设在衰耗盘内，正常反映轨道电路空闲：绿灯

列车占用时：红灯一般接收故障时，由于双机并联运用，轨道电路空闲，仍绿灭灯状态。

4. 总移频报警灯：

设在控制台，当移频总报警继电器（YBJ）失磁时，点亮红灯，并通过故障铃报警。 5. 安全与门输出指示灯：

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设在接收器内部I/O 板上，共4 只，可从接收器侧面看到，分别对应接收器的主机的主轨输出、小轨输出；并机的主轨输出、小轨输出。点灯表示此安全与门有输出，灭灯表示无输出，缺少与条件。

6. 故障定位指示灯：

设在发送、接收设备内，供检修所维修用；也可在日常维修故障排查时，透过网罩观察作为故障定位的参考依据。

发送器

发送故障定位指示灯在发送器正常工作时为恒亮状态；故障状态下可能出现混合闪光。

接收器

接收器故障定位指示灯在接收器正常工作时为恒亮状态。 主要测试插孔

（1）发送、接收有关测试插孔及测量值

“发送电源”：发送器用+24 电源电压测试，24V； “接收电源”：接收器用+24 电源电压测试，24V； “发送功出”：发送器功出电平的测试；

“轨入”：接收输入电压（自轨道来UV1V2），主轨道信号电压≥240 mV，具体值可参考道碴电阻Rd- U 轨入关系曲线图，小轨道信号电压一般50～160mV 左右；

“轨出1”：来自主轨道，主轨道经过电平级调整后的输出电平，≥240mV； “轨出2”：来自小轨道，经过衰耗电阻分压后的输出电平，100～150 mV 左右； GZ：主机主轨道继电器电压，约22V； GB：并机主轨道继电器电压，约22V；

G：轨道继电器的电压，双机并联输出时约28V； XGZ：主机小轨道继电器电压，约22V； XGB：并机小轨道继电器电压，约22V；

XG：小轨道继电器（执行条件）电压，双机并联输出时约28V； XGJ：邻区段小轨道继电器检查条件电压，>20V。 （2）站防雷及电缆模拟网络： 有三个测试插孔 测试插孔 发送 SK1“防雷入” 防雷变压器室内侧 与发送功 - 24 -

电压值 接收 约数百毫伏 西安铁路职业技术学院毕业论文

出同 SK2“电缆入”防雷变压器室外侧 SK3 “电缆出”与电缆连接侧 室外设备故障 序号 1 线 引接线松动、断（1）发生于送端：①本区段轨道电路红光带；②送端匹配变压器端子有电压，轨面无电压或电压值偏低。 （2）发生与受端： ①本区段及后方邻区段红光带； ②受端轨面电压正常；③受端匹配变压器V1-V2端电压低，趋于零。 2 3 塞钉锈蚀，接触电阻大 电缆盒端子接（1）轨入电压教历史值偏低； （2）小轨电压下降多，不利于小轨调整。 （1）发生于送端： ①本区段轨道电路红光带； ②分压低。 （2）发生与受端： ①本区段及后方邻区段红光带； ②受端匹配变压器V1-V2端电压正常，分线盘无送回电压。 4 电缆短路 （1）发生于送端：①本区段轨道电路红光带；②分线盘送出电压低，甩开室外后又正常。③送端匹配变压器E1-E2端子电压低，甚至趋于零。 （2）发生与受端： ①本区段及后方邻区段红光带； ②受端轨面电压偏低； ③受端匹配变压器E1-E2端子电压骗低，甚至趋于零。 5 匹配盒端子松动、断线 （1）发生于送端：①本区段轨道电路红光带；②送端匹配变压器端子有电压，轨面无电压或电压值偏低。 （2）发生与受端： ①本区段及后方邻区段红光带； ②受端轨面电压正常；③受端匹配变压器V1-V2端电压低，趋于零。 6 补偿电容断线 在该电容设置点轨面电压偏离正常值；在线测试得到电容值甚小。 - 25 -

与发送功出同 经模拟网络衰减低于功出电压 略高于SK1 电压值 有模拟网络衰减时，高于SK2 电压值 可能的故障点 现 象 触不良（电缆断线） 线盘送出电压正常，送端匹配变压器V1-V2端无电压或电西安铁路职业技术学院毕业论文

7 调谐单元内部断线 （1）发生于送端：①本区段轨道电路红光带；②主轨入、小轨入电压下降； ③送端轨面电压下降；④送端TAD测试V1-V2 在线端输入阻抗ZG低于正常值。 2）发生与受端： ①后方邻区段红光带； ②调谐单元零阻抗、极阻抗大幅升高；③小轨入电压大幅升高； ④主轨入电压降低。 8 断 轨 1）断轨轨裂过程中，轨入电压不稳定，偶尔闪红光带，或较长时间闪红光带； 2）分离式断轨，本区段轨道电路红光带： ①主轨道：轨出一小于落下门限， ②小轨道：轨出二电压甚低，仅数mv。 9 小 10 11 12 13 补偿电容值变信号机灭灯或主丝断丝 正常天气条件正常天气条件接收器工作不带，“闪红” 在线测试得到电容值小于正常值。 控制台声光报警 ①电容断线； ②引接线松动； ③电缆盒端子接触不①塞钉接触不良； ②电缆短路； ③调谐单元内部断送端某处补偿电容与钢轨瞬间连接不良；断轨；引接下轨出1电压下降 良； ④道床条件恶；⑤石渣碰轨底；⑥绝缘轨距杆漏泄大。 下轨出2电压下降 线。 稳定，有时出现红光线松动；匹配盒端子松动等使得小轨入信号下降和不稳定。 - 26 -

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第四章 故障处理参考流程图

（1）快速判断故障点位置在室内还是室外：

测试发送功出电压及分线盘输出电压 否 正常与否 从送端甩开室外，再次测量分线盘输出电压 正常与否 否 故障点在送端室内 是 测量分线盘送回电压 是 否 正常与否 是 测量接收轨入电压 从受端甩开室内，再次测量分线盘送回电压 正常与否 否 故障点在室外 是 是 正常与否 故障点在受端室内 （2）若故障点在送端室内时

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（3）当故障点在室外时:

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（4）故障点在受端室内:

接收故障是系统故障的综合体现，理清接收主轨道、小轨道逻辑关系是系统故障判断、定位的重要前提。

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第五章ZPW-2000A型无绝缘移频自动闭塞发展方向和改建意见

ZPW-2000A型无绝缘移频轨道电路组成的自动闭塞的信号系统，是实现机车信号成为主体信号和列车超速防护系统的安全基础设备。适用于电气化牵引区段和非电气化牵引区段的区间及车站轨道电路区段，也可用于机械绝缘节轨道电路区段。

虽然ZPW-2000A型无绝缘移频轨道电路组成的自动闭塞已广泛应用于时速160公里普速铁路区段和250公里以下提速区段。但是，要成为主体化机车信号控车设备，由于其信息量的限制还不能独自担当控车技术的主要设备。即使增加了列控中心和点式设备提供进路、线路状态、限速信息等辅助控车信息，但要应用在更高运营速度的客运专线时，其设备将需要进一步改进或者优化，以方便工程安装、实现与诸如列控中心、车站微机联锁和更高级控车模式如CECS-3级移动闭塞系统设备及微机监控系统的接口。

高速铁路要求每一子系统设备都必须具有高可靠性。下文就客专用ZPW-2000系统在技术指标及设备配置方面的特点做以简单介绍分析。

一、低频信息实现无接点的计算机编码

ZPW-2000A轨道电路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。并助于更好的实现与车站微机联锁设备、列控中心设备和CECS-3级移动闭塞中心RBC设备进行数字接口。因为这样的接口功能，不仅减少了故障环节、可高了信息传输速率，同时也提高了信息传输的安全性。

二、电气绝缘节JES和机械绝缘节JIC设备的整合

将原ZPW-2000中的与电缆连接的匹配单元TAD、进行信号鉴频和调谐区谐振的调谐单元有条件的在一起，装在一个防护盒内既方便安装又便于系统性能优化。

更改后的调谐匹配单元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。

三、轨道补偿电容的优化配置

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。按照简化器材规格、优化配置、方便工程施工的原则，利用等距设置、频率区分的原理，构造轨道电路补偿电容，将电容值统一设置为25uF，整合了原四种载频四种电容1700Hz——55μF；2000Hz——50μF；2300Hz——46μF；2600Hz——40μF。

四、发送接收设备的冗余特点

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为提高ZPW-2000A轨道电路在高速铁路的适应性和高可靠性，轨道电路冗余技术在原“发送器N+1、接收1+1”方案的基础上，改为“发送器、接收器全部改成1+1”冗余方式。这一点主要基于现场有大量的经常性发送器故障原因考虑的。在原有轨道电路设备配置中，受过载、雷电、干扰源侵蚀和元件在高温条件下的老化等因素影响，发送器是最易受损坏的器材。但系统配置方案中，轨道电路发送器是按照“N+1”冗余方案设计的。显然，在高速线路这种配置是冒风险的，或者说高速运行的列车一旦突然接到前方区段故障信息，行车授权将马上缩短，并立即通知车载设备进行紧急制动。而告诉条件下的紧急制动后果是不言而喻，故此，改进设备冗余方案增加系统安全可靠性是应当认真考虑的。

五、扼流变压器改进

电气化区段需增设大量的扼流变压器，为减少扼流变压器对ZPW-2000轨道电路的影响，在原有扼流变压器中增加适配器，以提高在工作载频条件下呈现高阻抗17欧姆。同时，加大对不平衡电流的平衡作用。

带适配器的扼流变压器对牵引电流50Hz电压呈现较低阻抗，使其在最大不平衡电流条件下，在其扼流变压器上产生的50Hz电压不大于2.4V。而对于ZPW-2000A轨道电路移频信号电压呈现高阻抗，在规定使用条件下不小于17欧姆。

因此建议站内ZPW-2000A轨道电路区段采用带适配器的扼流变压器。区间吸上线位置设置的扼流变压器，考虑到道床阻抗相对较高和工程成本的投入，安装一般不带适配器的扼流变压器即可满足要求。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。在过去25Hz轨道电路叠加移频区段，个别出站信号机位置相邻道岔区段分支轨道电路不设受电断时，续增设一台扼流变压器，以保证轨回流的畅通。但空扼流变压器增设后，对轨道电路的阻抗影响较大。在当今以ZPW-2000轨道电路为主的站内一体化轨道电路设计中，应采用上述带适配器的扼流变压器，一方面节约了投资（相对原有方式节约了电缆、变压器箱、轨道变压器）；另一方面也方便了工程安装，规范了设备安装和设计标准。

目前，我国的客运专线正在展开施工，基于ZPW-2000轨道电路自动闭塞和列控中心构成的CECS-2级列控系统，已成为时速250公里以下列车控车的主用系统。当然，当列车速度时速超过250公里后，将有由GSM-R构成的移动闭塞中心RBC对列车在闭塞分区的运营进行授权控制。在此条件下，ZPW-2000轨道电路自动闭塞设备在信息量、信息交换速度上，已不能满足列车运行的需要。因此，改进ZPW-2000轨道电路自动闭塞设备势在必行。

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结束语

此次的毕业设计，令我感慨良多。毕业设计是我在大学学习阶段的最后一个环节，是对所学基础知识和专业知识的一种综合应用，是一种综合的再学习、 再提高的过程，这一过程有助于培养我的学习能力和独立工作能力，是对自己三年以来大学生活所学知识的重新学习和巩固。我所学的知识在实际运用过程中得到了真正的考验，让我异常兴奋。经过长时间资料的收集，通过到学校图书馆、网上查阅资料以及向老师请教，搜集到许多有关的资料，有些内容花费很多时间去整理去打字，设计中的许多图都是找了很多资料才搜集到或者挑选出来的。经过多次修改之后才把握好本课题的结构，本次设计的核心是ZPW2000A移频自动闭塞系统，该闭塞系统是一种新型的自动闭塞。它对于保证区间行车安全，提高区段通过能力，起着非常显著的作用。该系统在轨道电路的控制下，控制通过信号机的显示，自动地指挥列车通过闭塞分区，从而实现了列车运行的自动化。在特殊情况下，系统还可以通过一定手段，为反向运行的列车提供运行条件。系统提供了各种测试端孔，便于维修测试。系统的核心器材采取冗余方式，发生问题可以自动倒备。通过抗干扰数字电缆的连接，器材集中放置在机械室，改善了器材的使用环境，提高了器材的使用寿命，便于维修保养。不过在感受它技术先进、性能优越等特点的同时，在日常使用、维护中出现的一系列问题成为困扰信号维修人员的一大难道，ZPW-2000A设备刚投入运用后故障率较高，主要集中在室外器材质量和维修质量上，更为严重的是在发生故障后现场职工对系统原理及设备性能不清楚，故障处理时间长，严重影响运输秩序和行车安全。对此作为一线员工就必须对该闭塞系统有足够的认识。该闭塞系统由室外设备、室内设备、系统防雷等组成。基本原理是该轨道电路由主轨道电路和小轨道电路两部分组成，小轨道电路被视为列车运行前方主轨道电路的“延续段”，主轨道电路的发送器配有由编码电路控制的、表示不同含义的低频调制移频信号。该信号经电缆通道传到室外的匹配变压器及调谐单元，从轨道的发送端经钢轨送入主轨道电路以及调谐区小轨道电路接收器。主轨道电路信号经钢轨送到轨道电路的收电端，然后经调谐单元、匹配变压器、电缆通道将信号传到本区段的接收器。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，本区段的接收器同时接收主轨道电路移频信号及小轨道电路继电器执行条件，判断无误后，驱动轨道电路继电器吸起，根据继电器的吸起或落下来判断区段的空闲和占用情况。系统室内设备主要有发送器、接收器、衰耗盘、电缆模拟网络，发送器用于产生高精度、高稳定移频信号源，采用 “N+1”冗余设计。故障时，通过FBJ接至“+1”FS。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

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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。接收器采用成对双机并联运用方式。衰耗盘，用于实现主轨道电路、小轨道电路的调整。电缆模拟网络，通过0.5、0.5、1、2、2、2*2km六节电缆模拟网络，补偿实际SPT数字信号电缆，使补偿电缆和实际电缆总距离为10km。室外设备有电气绝缘节，机械绝缘节，匹配变压器，补偿电容，传输电缆，设备引接线。电气绝缘节由调谐单元（ZW.T1（F1）、ZW.T1（F2））、空芯线圈（ZW.XK1）、设备引接线、及29m钢轨组成。用于实现两相邻轨道电路间的电气隔离。机械绝缘节其特性与电气绝缘节相同。匹配变压器实现轨道电路与传输电缆的匹配连接。补偿电容根据通道参数兼顾低道碴电阻道床传输，采用分段加装补偿电容方法，在一定程度上减少钢轨电感对移频信号传输的影响，延长(或保证)轨道电路长度；保证轨道电路的传输性能。传输电缆ZPW-2000A采用铁路内屏蔽数字信号电缆，其电缆芯线直径为Φ1.0mm，一般条件下，电缆长度按10Km考虑。设备引接线采用3600mm、1600mm钢包铜注油线，用于调谐单元、空芯线圈、匹配变压器等设备与钢轨间的连接。

发送器为模块化结构，内部由数字板、功放板两块集成电路板组成。

发送器电路原理：电源、低频、载频、电平条件构成后，载频、低频条件源以反码输入CPU1、CPU2中，CPU1控制移频发生器，产生移频信号Fc。Fc经过检测、转换、放大输出。

接收器由数字电路板、I/O板、CPU板三块电路板组成。一个接收器内部装有两套完全相同的电路，一套为主机部分，一套为并机部分。

工作原理：主轨道 A/D、小轨道 A/D：模数转换器，将主机、并机输入的模拟信号转换成计算机能处理的数字信号。

CPU1、CPU2：是微机系统，完成主机、并机载频判决、信号采样、信息判决和输出驱动等功能。

安全与门 1～4：将两路 CPU 输出的动态信号变成驱动继电器（或执行条件）的直流输出。 载频选择电路：根据要求，利用外部的接点，设定主机、并机载频信号，由 CPU 进行判决，确定接收盒的接收频率。 接收盒根据外部所确定载频条件，送至两 CPU，通过各自识别，并通信、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。两套 CPU 对外部四路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。安全与门收到两路方波后，就转换成直流电压带动继电器。如果双CPU 的结果不一致，安全与门输出不能构成，且同时报警。电路中增加了安全与门的反馈检查，如果 CPU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，接收盒也报警。如果接收盒收到的信号电压过低，就认为是列车分路。

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参考文献

[1]林瑜筠．《新型移频自动闭塞》3版．北京：中国铁道出版社，2007． [2]陈习莲．《UM71自动闭塞知识问答》．北京．中国铁道出版社，2001． [3]李文海. 《ZPW-2000A移频自动闭塞系统原理、维护和故障处理》. 中国铁道出版社，2010. - 39 -

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/iogp.html