ZPWA轨道电路分析及故障处理教学提纲.docx
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ZPWA轨道电路分析及故障处理教学提纲
ZPW-2000A轨道电路分析及故障处理
毕业设计（论文）
任务书
本任务书下达给：
2011级自动化专业学生王胜
设计（论文）题目：
ZPW-2000A轨道电路分析及故障处理
一、设计（论述）内容
通过ZPW-2000A轨道电路分析研究，为故障进一步快速的判断、快速的定位做好准备。
本文通过对ZPW-2000A轨道电路的组成及组成各部件的的一些作用进行了相应的阐述，然后通过理论的掌握提出日常维护与检修工作。
还有一些在2014年陇海线改造过程中，所发生的一些故障现象和处理方法。
主要完成以下的任务：
1.对ZPW-2000A轨道电路结构进行分析；
2.如何做好ZPW-2000A轨道电路日常维护工作；
3.如何减少ZPW-2000A轨道电路故障的发生；
4.通过实验及发生的故障现象进行总结；
二、基本要求
1.查阅大量参考文献，熟悉设计内容，掌握设计方法；能够熟知系统的工作原理，系统的结构，掌握各个部件的功能，尤其对于小轨的条件和主轨条件的掌握。
2.查阅与本课题相关资料；另外对一些简单的ZPW-2000A轨道电路故障能够进行判别及处理。
3.按照论文撰写格式完成毕业论文，并参加论文答辩；
三、重点研究的问题
1.ZPW-2000A轨道电路结构的组成部分；
2.ZPW-2000A轨道电路各部的功能；
3.ZPW-2000A轨道电路的日常维护；
4.如何减少ZPW-2000A轨道电路故障的发生；
四、主要技术指标
1.无绝缘轨道技术；
2.光电隔离技术；
3.冗余技术；
五、其他要说明的问题
下达任务日期：
2014年6月1日
要求完成日期：
2014年8月20日
答辩日期：
2014年8月22日
指导教师：
开题报告
题目：
ZPW-2000A轨道电路分析及故障处理
报告人：
王胜2014年7月14日
一、文献综述
铁路运输是以机车车辆等移动设备和铁路线路、桥梁隧道、站场等固定设备为基本设备，以车站为运输生产基地的实现旅客和货物运输的庞大系统。
在这个系统中，必须有一套行车指挥系统，以指挥行车按运行计划，安全有效地运行。
这个行‘车指挥系统的主要技术装备就是铁路信号系统。
为了防止列车冲突事故的发生，把铁路线路划分成许多线段，在车站之间的线段称作区间，每一个线段叫做轨道电路。
在线段的入口处设置信号机进行防护。
对于区间来说，以人工或技术方法检查区间内确实无列车存在，即在空闲状态时，防护该区间的信号才能开放。
对于车站进路来说，同样需要在迸路的入口设置信号予以防护，用来检查轨道区段是否空闲，这就是轨道电路所起的作用。
但在信号开放时不仅要检查进路空闲，而且要检查进路中的道岔位置是否正确，还要检查是否和其他进路发生冲突等，只有在进路空闲、道岔位置正确并锁闭不能再操纵。
对于可能发生冲突的进路（称做敌对进路）没有办理并己锁闭的条件下，信号才‘能开放。
列车驶入进路后，防护信号应立即关闭。
列车离开了迸路中的道岔区域后，道岔和敌对进路才允许解锁。
因此轨道电路是检查列车空闲最有效的手段，对其进行升级改造是很有必要的。
早期的联锁设备是以人力操纵信号机和道岔的。
后来（一直到今天）采用了色灯信号机和动力转辙机等电气设备，不再需要人力操纵了，特别是在1927年发明了轨道电路以后，用它检查线路是否空闲，这为实现铁路信号自动控制创造了条件。
在车站信号系统中，采用了色灯信号机、动力转辙机和轨道电路之后，既缩短了办理进路的时间，提高了运输效率，又改善了值班人员的劳动条件。
ZPW一2000A型无绝缘移频自动闭塞是在法国UM71无绝缘轨道电路技术引进、国产化基础上，结合国情进行的技术再开发。
前者较后者在轨道电路传输安全性、传输长度、系统可靠性、可维修性以及结合国情提高技术性能价格比、降低工程造价上都有了显著提高。
[1]
该系统自1998年开始研究，2000年10月底，针对郑州局、南昌局接连两次发生因钢轨电气分离式断轨，轨道电路得不到检查，客车脱轨的重大事故，该系统提出了解决“全程断轨检查”等四项提高无绝缘轨道电路传输安全性的技术创新方案，获得了铁道部运输局、科技司的肯定。
2001年，针对郑一武UM71轨道电路雨季多处“红光带”，该系统围绕“低道碴电阻道床雨季红光带”问题，通过对轨道电路计算机仿真系统的开发，提出了提高轨道电路传输性能的一系列技术方案，从理论和实践结合上实现了传输系统的技术优化。
[3]
ZPW-2000A无绝缘轨道电路作为铁路运输基础安全设备，已经被确立为今后铁路发展的统一制式。
国家知识产权局已受理了有关“钢轨断轨检查”、“多路移频信号接收器"等8项专利，成为我国目前安全性高、传输性能好、具有自主知识产权的一种先进自动闭塞制式，为“机车信号作为主体信号”创造了必备的安全基础条件。
ZPW-2000A型无绝缘轨道电路系统保持了UM71无绝缘轨道电路整体结构上的优势，解决了调谐区内断轨的检查，且减少了调谐区的分路死区长度，并在系统中发送器采用了“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。
铁路信号工程是铁路基建的配套工程，但铁路信号水平是铁路现代化程度的重要体现。
我们正处于科学技术对推动经济社会发展起着关键性作用的时代，以信息化为特征的先进的铁路信号科学技术正以前所未有的广度和深度改变铁路运输的面貌，成为运输生产力得以突飞猛进的主导力量。
信号工程在铁路基建中投资所占比重也呈上升趋势。
二、选题的目的和意义
铁路信号技术它是计算机技术、自动控制技术和通信技术在铁路安全运输过程中的具体应用，是保证行车安全、提高运输效率、改善劳动条件和运营管理水平的重要设备系统，也是铁路运输实现集中统一指挥的重要手段。
通过对ZPW-2000A无绝缘轨道电路的阐述，能够更好的理解系统的工作原理，对设备的维护管理是非常重要的。
只有减少轨道电路红光带的发生，才能够保证行车的安全、提高行车的效率，获得更多的经济效益。
三、研究方案（框架）
1、对早期轨道电路介绍；
2、ZPW-2000A无绝缘轨道电路结构组成；
3、ZPW-2000A无绝缘轨道电路各部作用；
4、ZPW-2000A无绝缘轨道电路各部原理；
5、ZPW-2000A无绝缘轨道电路的开通和调试；
6、如何减少ZPW-2000A无绝缘轨道电路故障的发生；
。
四、进度计划
2014年6月2日～2014年6月12日：
收集ZPW-2000A无绝缘轨道电路相关资料。
2014年6月12日～2014年6月24日：
对相关资料进行认真研读，并对其工作原理进行说明。
2014年6月24日-2014年7月4日：
通过对ZPW-2000A无绝缘轨道电路的结构分析。
2014年7月5日～2014年8月20日：
完成论文初稿
2014年8月21日～2014年9月30日：
完成论文
五、指导教师意见
指导教师：
年月日
中期报告
题目：
报告人：
王胜
一、进展情况
按照进度计划进行撰写，另外积极收集相关的资料及文献，为下一步的论述做好基础准备。
二、指导教师意见
指导教师：
年月日
结题验收
一、完成日期
2014.8．20
二、完成质量
按照任务书，基本完成了ZPW-2000A无绝缘轨道电路的组成，工作原理，及各部作用的阐述
三、存在问题
四、结论
指导教师：
年月日
中文摘要
本文从自身的经历，比较系统的分析了ZPW-2000A无绝缘轨道电路的技术和故障处理
ZPW--2000A型无绝缘轨道电路，是在法国UM71无绝缘轨道电路技术引进及国产化基础上，结合我国国情进行提高系统安全性、系统传输性能及系统可靠性的技术再开发研制的，具有自主知识产权的设备。
本文主要是以亲身经历了对陇海线的自闭改造，从改造开始时的电缆敷设、组合架走线、配线、焊接等方面。
特别是对ZPW-2000A无绝缘轨道电路在调试过程中的调整相关部件的电压，开通过程的准备工作做了分析研究。
同时也对设备在调试和开通过程中，产生的一些故障现象做了详细的阐述。
通过本文的描述可以对以后的设备故障时，能够及时的进行处理，提高列车的运行能力。
本文主要从四个章节来阐述ZPW-2000A无绝缘轨道电路，1、从ZPW-2000A无绝缘轨道电路的组成方面，主要从室内部分和室外部分；2、从ZPW-2000A无绝缘轨道电路的各部件的作用与原理进行了分析；3、从ZPW-2000A无绝缘轨道电路的技术条件进行说明；4、主要通过开通时的调试、开通等阶段，对其开通的步骤等作出详细的阐述，另外也将其出现的故障现象进行总结。
关键词：
铁路信号；无绝缘轨道电路技术；ZPW-2000；冗余技术
Abstract
Railwaystationsignalcontrolsystemnamelyinterlockingsystemisoneoftheimportantcontrolsystemofmodemrailwaysignalsystem．Atpresent,themostwidelyusedinterlockingsystemis6502一electronic-centralizedinterlockingandcomputerinterlocking．Andalongwiththeapplicationofcomputertechnologyandcommunicationtechnologyinrailwaysignalareas，computerinterlockingsystemhasbeenquitepopular．Butatpresentthecommonuseoftheseinterlockingsystemisnottherealsenseofcomputerinterlockingsystem，becauseit’soutdoorcontrolmoduleofbottomequipmentisstillcompletedbyrelaycontrolcircuitcomposedbyrelay．Therefore，totakeplaceofrelaysbyelectronicmoduleofmicroelectronicstechnologytocontrolswitch，trackcircuit，signalsandotheron-siteequipmentsbecomesthenextimportantresearchanddevelopmentdirectionincomputerinterlockingsystem．
Thisarticlepresentsaframestructureofelectronicinterlockingsystem.Andthewholeelectronicinterlockingsystemworkingprincipleandstructurearediscussed,andthesoftwarestructureofunderstanding.Throughapplicationinspecialrailwayline,theoperationofthefullelectroniccomputerinterlockingequipment,andputsforwardsomeproblems.Italsoputsforwardsomemeasurestoreducethefaultandmaintenanceofnetworksecurityandprotectionworkofcomputerinterlockingsystem.
Keywords：
RailwaySignal；ComputerInterlocking；RedundancyEthernet；
1绪论1
1.2研究目的与意义3
1.3国内外研究现状4
2.1.2典型的25HZ轨道电路的特点和工作原理7
2.2.2ZPW-2000A无绝缘轨道电路各部的功能9
2.3ZPW-2000A无绝缘轨道电路各部的工作原理10
2.3.1发送器工作原理11
2.3.2接收器的工作原理11
2.3.3衰耗冗余控制和空芯线圈的工原理12
2.4ZPW-2000A无绝缘轨道故障-安全设计及电气特性的分析13
2.4.1ZPW-2000A故障-安全设计13
2.4.2ZPW-2000A电气特性性分析14
3.ZPW-2000A无绝缘轨道电路的技术条件15
3.1环境条件16
3.2轨道电路对应的参数条件17
3.3补偿电容的算法和设置16
3.4直流电源电压16
4ZPW-2000A无绝缘轨道路的开通调试及故障处理18
4.1ZPW-2000A无绝缘轨道路的开通调试18
4.1.1调试前的准备工作18
4.1.2室内设备的模拟试验步骤19
4.1.3室外设备的模拟试验步骤
4.1.4开通时的调整与测试18.
4.1.5设备正常情况下具备的条件18
4.2ZPW-2000A无绝缘轨道电路的故障处理18
4.2.1ZPW-2000A无绝缘轨道电路在开通调试中的故障18
4.2.2ZPW-2000A无绝缘轨道电路在日常维护中的故障18
4.2.3ZPW-2000A无绝缘轨道电路故障处理流程总结18
5结论20
5.1研究成果20
5.2不足21
参考文献23
附录24
1绪论
1.1研究背景
铁路信号技术经历了一百多年的发展，形成了如今的现代铁路信号系统。
它是计算机技术、自动控制技术和通信技术在铁路安全运输过程中的具体应用，是保证行车安全、提高运输效率、改善劳动条件和运营管理水平的重要设备系统，也是铁路运输实现集中统一指挥的重要手段。
现代铁路信号技术已成为向运输组织人员提供实时信息、实现列车有效控制、提高铁路区间通过能力、提高编组能力的重要手段，是列车提速与发展高铁事业的关键技术之一。
[4]
在铁路信号系统中如何检测线路上是否有车辆占用是极其重要的。
在铁路信号发展的初期，主要依靠工作人员的观察和判断来确定线路的占用情况，时有因观察失误而造成车辆冲突的事故。
由于不能实时自动的实现列车位置检测，也不能实现信号控制的自动化，直到1870年美国人鲁宾逊发明了开路式轨道电路，1872年又研制成功了闭路式轨道电路，从此，自动、实时检查线路占用的课题得到解决，用轨道电路将列车运行与信号显示联系起来，诞生了铁路自动信号，开创自动信号的新时代。
目前，轨道电路有了多种制式，现在它不仅用来检查线路空闲，而且还可以用来向列车传输信息，成为机车信号和车载设备的基础。
我国所采用的轨道电路有25HZ相敏轨道和ZPW-2000A无绝缘轨道电路。
然而ZPW-2000A无绝缘轨道电路是我国具有自主知识产权的一种先进的自动闭塞制式。
1.2研究目的与意义
为了适应铁路运输的高密度、高速度的需要，实现我国铁路的跨越式发展。
铁路设备引入新技术、新设备。
在对自闭系统的更新和研发上，将对无绝缘移频自动闭塞的改造，作为我国铁路自闭技术发展的重点。
因此，ZPW-2000A的高可靠性和适应性广等优点，为机车信号主体化创造了必备的条件，因此成为我国自动闭塞系统轨道电路的首选。
然而，相对于25HZ轨道电路而言，25HZ轨道电路较简单，它是由室内和室外设备组成。
室外由送端设备和受端设备组成，室内由防护盒和防雷补偿器、防护盒组成。
25HZ轨道电路无法检测断轨的状况，因此为了铁路的安全性、效率性的考虑，必须采用较先进的闭塞系统轨道电路。
因此我国在UM71的基础上研制出具有自主知识产权的自动闭塞系统轨道电路ZPW-2000A。
ZPW-2000A无绝缘轨道电路有较完备的传输安全性技术及优化的传输系统参数构成。
另外ZPW-2000A无绝缘轨道电路具有断轨检查及多移频信号的接收的功能。
因此成为我国目前传输性能高、安全性好，为“机车信号作为主体信号”创造了安全基础条件。
另外ZPW-2000A无绝缘轨道电路在传输长度、传输安全性、系统的可靠性、可维修性上比其他制式的性价比高，降低了成本。
因此ZPW-2000A轨道电路的是具有很好的发展趋势。
1.3国内外研究现状
1.3.1国内发展现状
截止2005年底，中国铁路营业里程已达到74000km以上，复线率达到30%左右，电气化率达到25%左右。
目前在两万多公里的电气化铁路上，有近98%的车站采用25Hz相敏轨道电路，因此，该制式成为电气化区段铁路站内轨道电路的首选。
“九五”电务装备政策规定:
电气化区段站内采用25Hz相敏软道电路。
我国25Hz相敏轨道电路于1978年开始研制，1982年通过铁道部技术鉴定，批准推广使用。
新型25Hz相敏轨道电路的研制工作是在1993年由铁道部下达研制的。
该任务由中国铁路通信信号总公司研究设计院负责系统研究设计，并负责25Hz电源及配套器材的研制，西安器材研究所负责研制二元二位继电器，西安、北京、天津、沈阳信号工厂及郑州铁路局西安电务器材厂分别负责产品试制，1996年在郑州铁路局襄樊铁路分局管内的花果站进行了试点，同年在郑州铁路局进行了扩大试验。
1997年经铁道部鉴定，决定用“97型25Hz相敏轨道电路”替代原“25Hz相敏轨道电路”在全路推广使用。
在近期修建的电气化区段车站，其轨道电路已采用"97型25Hz相敏轨道电路”。
97型25Hz相敏轨道电路除保留原25Hz相敏轨道电路工作稳定可靠、维修简单和故障率低的优点外，还提高了抗冲击干扰能力（由原来10A提高了60A）并延长了极限长度（可达1500m）。
为了适应铁路的快速发展、高安全性的发展要求，在我国的京广线于20世纪90年代初在电气化工程中引进法国UM71系统。
“UM71”即通用调制71型，是一种无绝缘的轨道电路，是法国在1971年在克服电气化的干扰而研发的。
UM71系统的引进使我国的铁路的安全性、可靠性有了很大的提高，也使我国铁路的信号技术有了很大的提高。
在引进的同时我国也研发属于本国铁路发展模式的无绝缘轨道电路。
从1998年到2002年历经五年的时间，属于我国的自主产权的ZPW-2000A无绝缘轨道电路诞生。
ZPW-2000A无绝缘轨道电路是在充分吸收利用UM71的长处，同时借鉴移频轨道电路应用DSP数字信号处理技术成功实验的基础之上自主研发出来的，它依然沿用UM71的电气隔离方式，但在轨道电路的传输长度和传输的安全方面做了很大的改进。
1.3.2国外现状
国外目前所采用的是“数字轨道电路”系统，对于铁路的数字化来说，是一个复杂的大系统，包括许多子系统，数字铁路是一个全方位数字化的铁路系统，包括铁路各个系统的数字化，如工务系统、车务系统、电务系统、调度系统等，对于铁路的数字化这一系统工程来说，需要各方面合作进行。
目前，对于数字铁路信号系统来说，主要包括以下几个主要的组成部分：
数字化轨道电路、轨道电路集中检测系统、主体化机车信号、列车运行控制系统。
这一系统有如下的特点：
符合信号系统的发展方向、网络化、数字化、计算机、通信信号一体化、符合数字轨道电路的发展方向、无绝缘（无死区段）、连续传输、全部通过钢轨、信息量大、车地间实现双向通信（可考虑单向）、符合列控的发展方向、适应提速和高速要求、适应高低速混跑、确保安全、提高效率、定位准确、提高旅客舒适度、符合铁路信息现代化的要求、实现调度中心对移动体的直接控制、实现车、机的维修现代化。
“数字轨道电路”的三种制式有：
自然衰耗时序数字化轨道电路、谐振隔离式频率编码轨道电路、谐振隔离式时序编码数字化轨道电路。
日本所采用的数字ATC轨道电路，频率400-700Hz；带宽25Hz；码长56bits；信息量56bit；传输速率25bps；信息流向-地对车单向传输。
法国所采用的UM71-TVM430轨道系统，TVM430是一个完整的列车自动控制系统，在法国北线及海峡隧道（英吉利海峡）的TGV高速铁路上得到应用，它以UM71传输为基础，利用安全数字计算系统机进行工作，易于适应铁路的特定需求。
载频1700-2600Hz；带宽±30Hz；码长27bits；信息量21bits；编码频率间隔0.64Hz；信息流向-地对车单向传输。
意大利所采用的SASIB数字轨道电路，载频2100-4100Hz；带宽±200Hz；码长200bits；信息量100bits；传输速率400bps；信息流向-车地双向通信。
1.4研究内容与技术路线
本文对早期轨道电路做一个简单的简析，进而引出ZPW-2000A无绝缘轨道电路。
通过对无绝缘轨道电路的组成、工作原理及各部的作用进行详细的阐述。
在充分掌握和了解ZPW-2000A的全部性能后，当有故障发生后，才能快速的定位故障和处理故障，才能更好的维护设备。
论文后续内容的安排如下：
第二章分析了早期轨道电路的含义和工作原理。
引出了ZPW-2000A无绝缘轨道电路的结构和各部的主要功能及相关主要部件的一些原理，另外对其在故障安全和电气性方面作出分析；
第三章为了更好的维护和检修ZPW-2000A无绝缘轨道电路，对其相关的一些技术参数条件进行分析；
第四章根据ZPW-2000A无绝缘轨道电路的开通调试，及在调试过程中产生的故障和日常工作中总结的一些故障。
2ZPW-2000A无绝缘轨道电路的简介
2.1早期的轨道电路
2.1.1轨道电路的定义
轨道电路是钢轨线路和连接于其始端及终端器械的总称。
在国家铁路行业标准《轨道电路通用技术条件》中轨道电路定义为：
利用铁路线路的钢轨作为导体传递信息的电路系统。
通过轨道电路，可以检测轨道上有无列车占用；轨道电路能够发送关于轨道是否空闲与是否完整的信息，起着一个信息发送器的作用；同时还起着通过信号机之间，以及地面设备之间信息发送与接收传输通道的作用，因而轨道电路是铁路列车运行实现自动控制和远程控制的基础设备之一。
[5]
轨道电路的三种状态：
调整状态、分路状态、最不利条件。
调整状态是指轨道没有被占用的状态；分路状态是指轨道被占用的状态；最不利条件是指当轨道电路各参数在规定范围内，受电端所得电压在调整状态下为最低、分路状态为最高、而发送的机车信号信息的入口电流为最小时，与之相应的供电电压和一次参数的总称。
轨道电路的分类：
按钢轨绝缘的分为有绝缘式和无绝缘式；按构成方式分为开路式和闭路式；供电方式分为连续式和脉冲式；按信号电流分为直流和交流式；按归线方式分为双轨条式和单轨条式；按频率可分为25HZ、50HZ、75HZ移频等。
2.1.2典型的25HZ相敏轨道电路的特点及工作原理
首先，25HZ相敏轨道电路的特点：
⑴.相敏轨道电路由于采用二元二位继电器，具有可靠的相位选择性和频率选择性，因而对轨端的绝缘破损和外界牵引电流的干扰能可靠的进行防护；
⑵.电路采用25HZ频率后，与其他工频连续式轨道电路比较，在相同的条件下，受道砟电阻的影响变化的影响较小，因而改善了传输特性；
⑶.由于25HZ分频器的固有特性，当两个频器的输入端反相连接时，则其输出电压相差90度，易于做成局部电源电压恒超前轨道电源90度，因而可以进行集中调相方式。
⑷．25HZ分频器具有不可逆性。
虽然
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