ZPW-2000R型无绝缘移频自动闭塞系统说明

瑞兴科技

ZPW-2000R型无绝缘移频自动闭塞

系 统 说 明

黑龙江瑞兴科技股份有限公司

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第一章 移频自动闭塞基本知识

第一节 自动闭塞概述 一、 自动闭塞的基本概念

铁路信号的概念：铁路信号是在列车运行时及调车工作中对列车乘务人员及其它有关行车人员发出的命令，有关行车人中必须按信号指示办事，以保证行车安全并准确的组织列车运行及调车工作。为发出这些命令，铁路信号又分为固定信号、移动信号、手信号、信号表示器、信号标志及听觉信号等。它在铁路运输中对保证行车、提高运输效率和改善行车工作人员劳动条件等，均发挥着十分重要的作用。 目前，我们铁路采用的行车闭塞方法主要有半自动闭塞和自动闭塞两种。

闭塞的概念：为使列车安全运行，在一个区间，同一时间内，只允许一个列车运行，保证列车按这种空间间隔运行的技术方法称为闭塞。

区间的划分：为了保证列车运行的安全的提高运输效率，铁路线路以车间、线路所及自动闭塞的通过色灯信号机为分界点划分为若干区间。 区间分为三种：

1、 站间区间――车站与车站间构成的区间。

2、 所间区间――两线中所间或线中所与车站间构成的区间。

3、 闭塞分区――自动闭塞区间的两个同方向相邻的通过色灯信号机间或进站（站界标）信号机与通过

信号机间。

自动闭塞的概念：是实现列车运行自动化的基础设备，它对保证列车行车安全、提高区间通过能力起着重要的作用。所谓自动闭塞，就是办理闭塞的过程全部实现自动化而不需要人工操纵。这种闭塞制式，是通过色灯信号机把区间分成若干个小区段，称为闭塞分区。在每个闭塞分区内装设轨道电路，用于检查闭塞分区是否有车占用，这样色灯信号机可随着列车运行而改变显示，以指示追踪列车的运行。根据列车运行及有关闭塞分区状态，自动变换通过信号机显示的闭塞方法称为自动闭塞。

自动闭塞的优点：

自动闭塞不需要办理闭塞手续，并可开行追踪列车，既保证了行车安全，又提高了运输效率。和半自动闭塞相比，自动闭塞有以下优点：

（1） （2） （3）

由于两站间的区间允许列车追踪运行，就大幅度地提高了行车密度，显著地提高区间通过能力。

由于不需要办理闭塞手续，简化了办理接发列车的程序，因此既提高了通过能力，又大大减轻了车站值班员的劳动强度。

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在以及线路的状态，因而确保了列车在区间运行的安全。

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（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。

二、单向和双向自动闭塞

按照行车组织方法，自动闭塞可分为单向自动闭塞和双向自动闭塞。在复线上是采用单方向列车运行的，即一条线路只允许上行列车运行，而另一条线路只允许下行列车运行。为此，对于每一条线路仅在一侧装设通过色灯信号机，这样的自动闭塞叫做单向自动闭塞，如图1－1所示。

在单线区段上，因为线路需要双方向行车，为了调整双方向列车运行，而在线路两侧都装设色灯通过信号机，这样的自动闭塞叫双向自动闭塞，如图1－2所示。对于双向自动闭塞，为了防护列车的头部，平时规定一个方向的色灯通过信号机亮灯，另一方向信号机则全部灭灯。需要改变运行方向时，必须在区间空闲条件下，车站值班员才能办理改变运行方向手续。

图1－1 复线单向自动闭塞

图1－2 单线双向自动闭塞

三、四显示各种灯光的用途：

在四显示制度中，信号机显示除了红、黄、绿三种灯光外，增加绿黄灯光，信号能预告列车前方三个闭塞分区的状态。信号机的显示关系比较复杂一些，它要取决于前方三个轨道电路的状态。

绿灯：表示前方至少有三个闭塞分区空闲，准许列车按规定速度运行。

绿黄灯：表示前方至少有二个闭塞分区空闲，它对不同列车有着不同的意义。对于重量大、速度高的列车则要求在通过该信号机后开始减速并进行制动，以便在显示红灯的色灯信号机前停车；对于重量小、速度低的列车则可按规定速度运行。这样既可保证高速列车的运行安全，又不影响低速列车的行车密度。

黄灯：表示前方有一个闭塞分区空闲，要求列车注意并减速运行。

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红灯表示该通过色灯信号机所防护的闭塞分区有车占用或设备发生故障，要求列车停车。

四、轨道电路

轨道电路是以铁路的两条钢轨作为传输导体，两端设有绝缘节，一端设有送电设备，一端设有受电设备所构成的电气回路。轨道电路应该完成以下两项基本任务：

1、当轨道电路上没有机车车辆占用时，应该发出轨道电路空闲信息。

2、当轨道电路上有机车车辆占用，钢轨绝缘破损或轨道电路中元件发生故障时，应该发出轨道电路占用的信息。

根据上述要求，在设计、计算及研究轨道电路时，应满足轨道电路调整状态、分路状态、断轨状态的要求。同时，由于轨道电路既要承担轨道区段占用检查功能，又要完成向机车信号机发送信号状态信息的功能，因此，还应满足机车信号接收状态的要求。

铁路的两条钢轨作为信号的传输媒介，其信号传输特性与长线传输特性是相同的，因此，钢轨线路的电气性能是由它的一次参数，道床漏泄电阻及钢轨阻抗决定的。对于钢轨线路和传输信号确定的情况下，钢轨阻抗是相对固定的，因此，导致信号传输性能变化的因素是道床漏泄电阻。

轨道电路传输的工作信号类型、信息调制方式、信息量是衡量轨道电路性能的重要条件。我国曾经用于自动闭塞的轨道电路有交流计数、极频和移频轨道电路。

交流计数轨道电路采用50Hz交流信号作为工作信号，以不同的时间间隔周期性输出交流信号代表不同的信息。极频轨道电路采用极性脉冲作为工作信号，不同的极性和频率代表不同的信息。由于交流计数和极频轨道电路的存在信息量少、应变时间长、抗干扰能力较低、不能满足电化区段运用要求等缺点，已经不再推广运用。

移频轨道电路采用移频信号作为工作信号，移频信号的调制低频代表不同的信息。移频信号信息量大、抗干扰能力较强，能够适应电化区段运用的要求，因此，移频轨道电路在自动闭塞系统中被广泛采用。

五、机车信号

在自动闭塞区段，可以在机车上装设机车信号机。通过机车感应器接收在钢轨上传输的轨道电路信息，机车信号机可以复示运行列车前方地面信号的显示状态。同时，为了保证行车安全，在机车上还可以装设列车超速防护系统。列车超速防护系统，可以根据机车信号显示、线路数据、机车工况等对列车实施监督和控制。轨道电路要满足机车信号接收状态的要求，必须符合轨道电路分路电流大于机车信号接收灵敏度值条件。

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六、自动闭塞系统的组成

自动闭塞系统由轨道电路设备和结合电路两部分组成。轨道电路设备一般采用电子技术实现，主要完成轨道区段占用检查、钢轨断轨检查、设备状态检查和机车信号信息发送等功能。结合电路一般采用安全型继电器电路实现，主要完成信号点灯、方向转换和轨道电路编码等功能。自动闭塞系统结构框图见图1－4。

···

···

电气集中 或 车站联锁 结合电路 区间轨道电路 区间色灯信号 图1－4 自动闭塞系统结构框图

第二节 ZPW-2000R型无绝缘移频轨道电路性能和特点

ZPW-2000R型无绝缘移频轨道电路是在消化吸收法国UM71系统的基础上，通过技术创新，进行完善提高的新型无绝缘移频自动闭塞系统。该系统与UM71系统相比，系统性能和特点主要通过以下几方面体现。

一、系统的安全性

通过对调谐区信号的接收和处理，缩短了调谐区的分路死区，实现了轨道全程断轨检查，从而提高了系统的安全性。在实现方案上，独创性地提出调谐区五点布局的方案和调谐区检查采用浮动门限的方法。提出调谐区五点布局的方案主要目的是提高调谐区信号的幅度，利于提高信号处理的可靠性。

二、系统的可靠性和可用性

由于发送器和接收器各种载频通用，并且具备自检测功能，因此可以实现发送设备“N+1”和“1+1”的冗余方式，提高了系统的可靠性和可用性。

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三、系统的工作性能

系统设备采用了数字信号处理技术实现信号的调制与解调，极大地提高了系统的抗电化干扰能力。

轨道信号传输采用精补偿方案，优化信号传输的网络匹配关系，从而增加了轨道电路极限长度。

第二章 轨道电路工作

第一节 电气结构

系统设备由室内设备和室外设备两大部分组成，系统电气结构图参见图2－1。

室内设备包括区间发送器、区间功放器、接收器、衰耗滤波器、电缆模拟单元和区间防雷单元、组合架、继电器、分线盘等。

室外设备包括轨道匹配单元、调谐单元、平衡线圈、补偿电容器、钢包铜引接线、轨端接续线、数字电缆、贯通地线等。

第二节 工作原理 一、移频信号

所谓移频，就是一种频率调制制式，它的载频信号的频率是随调制信号的脉冲和周期而改变的。如图2－2所示。

当调制信号输出脉冲时，载频信号的频率为f1，当调制信号输出间隔时，载频信号的频率变为f2。因此，移频信号是一种频率由f1和f2交替变换的周期波，其交替变换的速率即是调制信号的频率，习惯上称之为调制低频fc。而对于f1和f2，我们称之为上边频和下边频。从频谱上分析，f1和f2之间存在一个中心频率f0，f0与f1、f2的差即为频偏?f。

本轨道电路的移频信号载频的中心频率f0有四个，分别为：1700Hz、2000Hz、2300Hz、2600Hz。为了系统的安全性考虑，我们又将每个中心频率进行偏移处理，分别加上或减去一个很小的偏移量。该偏移量的确定，要保证偏移后的中心频率在机车信号接收的带宽内。经过处理后，每个中心频率演变为两个中心频率，共有八个中心频率，分别标称为：1700F1、1700F2、2000F1、2000F2、2300F1、2300F2、2600F1、2600F2。但对于机车信号接收来说，仍然是四个中心频率。 频偏?f为±11Hz，调制低频fc有18个，分别为：10.3Hz、11.4Hz、12.5Hz、13.6Hz、14.7Hz、15.8Hz、16.9Hz、18.0Hz、19.1Hz、20.2Hz、21.3Hz、22.4、H25.7Hz、26.8Hz、27.9Hz、29.0Hz。

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f 2 f1 f2 图2－2 移频信号波形图

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f1

轨调道平轨轨平轨谐匹衡道调调道衡道调单配元单线匹谐谐匹配单单配线匹谐配单单元 元圈单元元单 元元圈 元 室外部分 室内部分 电缆模拟单元 电缆模拟单元 防雷变压器 防雷变压器 方向切换电路 衰耗滤波器 N+1转换电路 接收器 接收器 功放器 功放器 发送器 发送器 图2－1 系统电气结构图

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二、信号传输流程

发送器根据编码电路的接点条件产生相应的移频信号，该移频信号通过功放器进行功率放大后，经发送“N+1”转换电路、红灯转移电路、方向电路、电缆模拟单元、防雷单元、室外电缆及轨道匹配单元被送至轨道。被送到轨道送端的移频信号在有补偿电容的道床上传输到轨道受端，经轨道匹配单元、室外电缆、防雷单元、电缆模拟单元、方向电路及衰耗滤波器被送到接收器。

三、电气绝缘节工作原理

轨道电路信号在钢轨上传输，由于闭塞分区间没有机械绝缘节，为了实现电气隔离，采用电气绝缘节方式。电气绝缘节用于实现两相邻轨道电路间的电气隔离，它由调谐单元、平衡线圈及30m钢轨组成。两个调谐单元分别设于30m钢轨的两端，平衡线圈设于中点，如图2－3所示。

f1=1700Hz(2000Hz) 轨道电路 钢轨 BA L1 C1 SVA L3 BA L2 C2 f2=2300Hz(2600Hz) C3 轨道电路 15m 30m

图2－3 电气绝缘节结构图

两个相邻轨道区段G1和G2的载频f1和f2是不相同的，而调谐单元由LC电路构成，它对不同的频率呈现不同的阻抗。调谐单元BA1对于区段G1的载频f1呈现极阻抗，而对区段G2的载频f2呈现零阻抗，因此，区段G2的载频f2信号不能传到区段G1。调谐单元BA2对于区段G2的载频f2呈现极阻抗，而对区段G1的载频f1呈现零阻抗，因此，区段G1的载频f1信号不能传到区段G2。两个相邻轨道区段的信号不能越区传输，实现了电气隔离的目的。

电气绝缘节性能可以用隔离度指标去衡量。所谓隔离度，即是在某一载频情况下，电气绝缘节两端头信号幅度的比值。隔离度值越高，说明电气绝缘节性能越好，越区传输的信号就越小。

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四、轨道电路信号传输补偿

由于钢轨的阻抗呈感性，因此信号在钢轨上传输，其衰耗量是很大的。理论分析得出，如果两根钢轨间并联有均匀分布电容，这将大大改善钢轨电路的传输特性，信号的衰耗量将大大减少，这对提高轨道电路的性能是非常有好处的。但是要做到完全均匀的补偿是比较困难的，实际工程实现上是每隔一定距离并接一处电容来实现的，我们称该电容为补偿电容。

加装补偿电容器后的轨道电路，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，保证轨道电路传输距离和接收端信号有效信干比。同时，降低了轨道电路的特性阻抗，减少了轨道电路在道碴电阻变化的动态范围，使轨道电路能够保证断轨检查性能，以及在轨道电路两端对地不平衡条件下轨道电路的分路性能。

五、轨道占用检查

由于存在30m长度的调谐区，为了轨道电路分析方便，可以把整个轨道分成两部分：主轨道和调谐区。主轨道在整个轨道的出口端，轨道信号传输方向为正向，与列车运行方向相反。调谐区在整个轨道的入口端，轨道信号传输方向为反向，与列车运行方向相同。轨道设备布局示意图见图2－4。

图2－4 轨道设备布局示意图

调谐区 主轨道 发送接收发送主轨道的占用检查原理与一般轨道电路相同。本区段的发送信号经主轨道传输到接收器的信号称之为主轨道接入信号。在调整状态下，主轨道接入信号电压高于接收器的可靠工作值，轨道继电器吸起。当在主轨道分路时，主轨道接入信号电压低于接收器的落下值，轨道继电器落下。

对于调谐区，后方相邻区段的发送信号经调谐区反向传输到接收器的信号称之为调谐区接入信号。如果调谐区的占用检查采用常规方法，直接以调谐区接入信号为判据，由于调谐区是电压发送、电压接收工作方式，那么轨道电路存在较长的提前分路距离。显然这不符合运用的要求。

当在调谐区分路时，对于主轨道也有提前分路的作用，主轨道的提前分路区与调谐区重叠。因此，可以利用主轨道提前分路特性实现调谐区占用检查。但是，通过理论计算可得出，主轨

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电气技术指标及测试方法

1、区间自动闭塞设备电气技术指标测试见表5－11。

表5－11

区间自动闭塞设备电气技术指标测试方法 设备名称 测试项点 指标或要求 DC48±0.5 5.3～5.9 DC22～27 ±0.12% ±0.1 实测值 备注 用CD96-3在电源接线板处测试 用CD96-3在“功出”塞孔测试 用CD96-3在“报警”塞孔测试 用CD96-3在“低出”塞孔测试 用CD96-3在“移频”塞孔测试 用CD96-3在“功出”塞孔测试 用CD96-3在“缆入”塞孔测试 用CD96-3在“缆出”塞孔测试 用CD96-3在“缆入”塞孔测试 用CD96-3在“缆出”塞孔测试 用万用表交流电压挡在“缆出”塞孔测试 用CD96-3在“主接入”塞孔测试 用CD96-3在“调接入”塞孔测试 用CD96-3在“GJ”塞孔测试 用CD96-3在“主接入”塞孔测试 用CD96-3在“调接入”塞孔测试 用CD96-3在“GJ”塞孔测试 36

电源接线板 电压值、极性（V） 功出电压（V） 报警电压（V） 区间发送器 低频频率变化范围 发 送 区间功放器 中心载频变化（Hz） 功出电压（V） 缆入电压（V） 发送模拟电缆单元 缆出电压（V） 缆入电压（V） 接收模拟 电缆单元 缆出电压（V） 衰耗滤波器 缆入电压（V） 主信号接入电压（mV） 接收 接收器1 调谐区接入电压（mV） GJ继电器电压(V) 主信号接入电压（mV） 接收器2 调谐区接入电压（mV） GJ继电器电压(V) 按图纸标识区段长度、载频，由调整表 查得，填写。 开通后，稳定状态下测试结果，做为日后 运用测试标准 开通后，稳定状态下测试结果，做为日后 运用测试标准 开通后，稳定状态下测试结果，做为日后 运用测试标准 开通后，稳定状态下测试结果，做为日后 运用测试标准 调整表查得，填写 调整表查得，填写 600～700 DC23±3 调整表查得，填写 600～700 DC23±3 ZPW-2000R型无绝缘移频自动闭塞系统说明

注：测试仪表包括FLUKE187型万用表， CD96-3 UM71专用参数选频测试表,接地电阻测试仪。

2、室外信号点设备电气指标测试，见表5－12。

表5－12

（ ）室外信号点设备测试表 测试项点 指标或要求 实际测试 测试方法 2.23～2.46 （40μF、1700Hz） 用CD96-3在补偿2.3 ～2.54 电容与钢轨连接线阻抗测试结果（33μF、2000Hz） 处测试电容电流I补偿电容 （U/I） 2.2～2.43 （A），用CD96-3选（30μF、2300Hz） 用相应载频在补偿2.08～2.3 电容塞钉处测试电（28μF、2600Hz） 容电压U（V） 塞钉、钢轨间压降不大于1mV 用CD96-3测试 钢包铜 冷挤压塞钉螺帽、垫片齐全，紧固 目测 引接线 引接线压降 在引接线两端分别测试 防雷地线 SVA防雷地线的接地电阻≤1Ω 采用接地电阻测试仪 电缆 绝缘芯线绝缘电阻≥1000MΩ 兆欧表 绝缘测试 护套绝缘电阻（钢带与屏蔽层）≥10MΩ 兆欧表 接BA 用CD96-3选用相轨面电压 按区段条件，由调整表查得，填写。 应载频在接BA轨面测试 发BA 用CD96-3选用相轨面电压 按区段条件，由调整表查得，填写。 应载频在发BA轨面测试 注：测试仪表包括FLUKE187型万用表， CD96-3 UM71专用参数选频测试表,接地电阻测试仪 C=I/2π?U

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日常及定期检查、测试

1、区间自闭室内设备日常维护测试见表5－13。

表5－13 （ ）区段室内区间自闭设备日常维护测试表 设备名称 测试项点 指标或要求 实测值 备注 电源接线板 电压值、极性（V） DC48±0.5 用CD96-3在电源接线板处测试，每周测试一次 功出电压（V） 5.3～5.9 用CD96-3在“功出”塞孔测试，每天测试一次 报警电压（V） DC22～27 用CD96-3在“报警”塞孔测试，每周测试一次 低频频率变化范围 ±0.12% 用CD96-3在“低出”塞孔测试，每周测试一次 中心载频变化（Hz） ±0.1 用CD96-3在“移频”塞孔测区间发送器 试，每周测试一次 报警指示灯 点亮 目测，每天测试一次 安全门指示灯 点亮 目测，每天测试一次 载频指示灯 四种载频指示灯点亮一个 目测，每天测试一次 发 F1、F2指示灯 F1、F2指示灯点目测，每天测试一次 送 亮一个 低频指示灯 点亮一个 目测，每天测试一次 按图纸标识区段功出电压（V） 长度、载频，由调 用CD96-3在“功出”塞孔测整表查得，填写。 试，每天测试一次 区间功放器 按实际电缆长度，功出挡连线端子 由调整表查得，填 目测，每周测试一次 写。 工作指示灯 点亮 目测，每天测试一次 开通后，稳定状态缆入电压（V） 下测试结果，做为用CD96-3在“缆入”塞孔测日后运用测试标 试，每天测试一次 发送模拟电缆准 单元 开通后，稳定状态缆出电压（V） 下测试结果，做为用CD96-3在“缆出”塞孔测日后运用测试标 试，每天测试一次 准 ZPW-2000R型无绝缘移频自动闭塞系统说明

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续表5－13

（ ）区段室内区间自闭设备日常维护测试表 设备名称 测试项点 指标或要求 实测值 测试方法 缆入电压（V） 开通后，稳定状态下测试结用CD96-3在“缆入”塞孔接收模拟 果，做为日后运用测试标准 测试，每天测试一次 电缆单元 缆出电压（V） 开通后，稳定状态下测试结用CD96-3在“缆出”塞孔果，做为日后运用测试标准 测试，每天测试一次 用万用表交流电压挡在“缆缆入电压（V） 调整表查得，填写 出”塞孔测试，每天测试一次 衰耗滤波器 主滤出1、滤出2比较 3% 每天测试一次 副滤出1、滤出2比较 3% 每天测试一次 主信号接入电压用CD96-3在“主接入”塞（mV） 调整表查得，填写 孔测试，每天测试一次 调谐区接入电压用CD96-3在“调接入”塞（mV） 600～700 接收 孔测试，每天测试一次 接收器1 GJ继电器电压(V) DC23±3 用CD96-3在“GJ”塞孔测试，每天测试一次 安全门指示灯 点亮 目测，每天测试一次 报警指示灯 点亮 目测，每天测试一次 低频指示灯 点亮一个 目测，每天测试一次 F1、F2指示灯 F1、F2指示灯点亮一个 目测，每天测试一次 主信号接入电压用CD96-3在“主接入”塞（mV） 调整表查得，填写 孔测试，每天测试一次 调谐区接入电压用CD96-3在“调接入”塞（mV） 600～700 孔测试，每天测试一次 接收器2 GJ继电器电压(V) DC23±3 用CD96-3在“GJ”塞孔测试，每天测试一次 安全门指示灯 点亮 目测，每天测试一次 报警指示灯 点亮 目测，每天测试一次 低频指示灯 点亮一个 目测，每天测试一次 F1、F2指示灯 F1、F2指示灯点亮一个 目测，每天测试一次 注：测试仪表包括FLUKE187型万用表， CD96-3 UM71专用参数选频测试表,接地电阻测试仪。

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2、室外信号点设备定期维护测试，见表5－14。 建议运用单位每季度或每半年测试一次。

表5－14 （ ）室外信号点设备测试表 测试项点 指标或要求 实际测试 测试方法 2.23～2.46 （40μF、1700Hz） 用CD96-3在补偿电容与钢轨连接2.3 ～2.54 线处测试电容电阻抗测试结果（33μF、2000Hz） 补偿电容 流I（A），用（U/I） 2.2～2.43 CD96-3选用相应（30μF、2300Hz） 载频在补偿电容2.08～2.3 塞钉处测试电容（28μF、2600Hz） 电压U（V） 塞钉、钢轨间压降不大于1mV 用CD96-3测试 钢包铜 冷挤压塞钉螺帽、垫片齐全，紧固 目测 引接线 引接线压降 在引接线两端分别测试 防雷地线 SVA防雷地线的接地电阻≤1Ω 采用接地电阻测试仪 电缆 绝缘芯线绝缘电阻≥1000MΩ 兆欧表 绝缘测试 护套绝缘电阻（钢带与屏蔽层）≥10MΩ 兆欧表 接BA 用CD96-3选用相轨面电压 按区段条件，由调整表查得，填写。 应载频在接BA轨面测试 发BA 用CD96-3选用相轨面电压 按区段条件，由调整表查得，填写。 应载频在发BA轨面测试 注：测试仪表包括FLUKE187型万用表， CD96-3 UM71专用参数选频测试表,接地电阻测试仪 C=I/2π?U

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