信息与通信25HZ轨道电路叠加电码化的设计.docx
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信息与通信25HZ轨道电路叠加电码化的设计
25HZ轨道电路叠加电码化的设计
第一章系统简介
根据铁路运输需要，为满足机车在站内能通过轨道接收到移频机车信号信息的要求，站内轨道电路必须实施电码化。
非电气化牵引区段国内的站内一般采用50Hz交流连续式轨道电路（因其轨道继电器为JZXC-480型，习惯简称为480轨道电路）。
电气化牵引区段国铁的站内一般采用97型25HZ相敏轨道电路，而且要求正线电码化在列车行驶过程中，要确保连续性，即不得有瞬间中断。
侧线电码化为占用发码方式的叠加电码化。
自1988年，在全路推行车站股道电码化工作中，电码化专题组曾按部科技司下达的科研任务的要求，研制了多种轨道电路的多种机车信号电码化，并在全路已推广数千车站。
但因当时没有提出适应超速防护装置的需要，即对发码连续性的要求，故该制式是只在满足列车运行速度100km/h以下时，保证机车信号稳定工作的前提下，同时解决轨道电路的自动恢复问题，故而采用了脉动切换和叠加的发码方式，但不符合铁路提速后电码化的要求。
由于列车运行速度的提高，其制动更加困难，冒进信号的可能性比现在更大。
而现有的向机车信号或超防设备提供信息的电码化技术和设备己不能满足提速列车的要求，因此，实施适应在提速区段使用的预叠加电码化技术和设备势在必行。
正线区段电码化在时间上不允许有中断时间，原来车站股道电码化的叠加发码方式必须改为“预先发码”的方式，即列车占用前一个区段时，本区段就应预先发码。
列车占用正线区段内任一区段时，其前方（指列车前进方向）区段应预先发码，彻底消除了中断时间。
采用逐段预先发码的叠加方式，不难看出：
任一瞬间均有两个区段在发码，即发送盒的输出端子接向轨道，而叠加发码时轨道电路的送、受电端与电码化发送线是并联的，这就造成相邻两个区段送、受电端也相连，即我们俗称的“相混”，这当然是不允许的，必须予以克服。
发码方式为叠加发码，发码和轨道电路送、受电端是并接的，由此引起轨道电路附加支路的衰耗。
由于改变了轨道电路的调整和分路性能，其极限长度能否达到1200m，是必须加以确认的技术问题。
电码化轨道电路在机车信号入口电流和轨道电路的调整和分路两方面均应满足各自的技术要求。
由于必须采用预叠加发码方式，这就要求接口设备中的隔离元件具有“故障------安全”性能，当隔离元件出现故障时，串入到并接轨道继电器的电流或电压均不得使之误动。
1.1电码化技术的发展
在1994年“京九”工程站内正线采用预叠加18信息移频电码化、到发线股道采用叠加18信息移频电码化。
1995年通过铁道部技术鉴定，系统器材设计合理，具有“故障-----安全”保证。
几年来运用效果良好，特别是上层逻辑控制电路为今后各类预叠加电码化的控制电路广泛采用，成为一种标准电路。
1.1.1切换与叠加
以往对轨道电路实施电码化一般分为叠加方式电码化和非叠加方式电码化两类。
在非电气化牵引区段的站内，通常采用交流连续式轨道电路（俗称480轨道电路）。
发送电码化信息的方式一般采用非叠加方式（如采用切换方式）所谓“切换”即电码化发码接点条件在轨道电路电码化过程中，由平时固定接向轨道电路设备转接向电码化发码设备。
切换方式经历了“固定切换”和“脉动切换”。
在交流电气化牵引区段，通常采用与25HZ相敏轨道电路“叠加”移频机车信号信息的电码化方式。
所谓“叠加”即在轨道电路传输通道内，轨道电路信息和机车信号信息同时存在。
传输继电器的作用是在发码时机到来之际，将发码设备与轨道电路设备并联，两者同时向轨道传输通道发送信息。
1.1.2预叠加
随着铁路运输的发展，提速区段对机车信号和超速防护有了更高的需求（即在发码区段内，保证机车信号在时间和空间上均连续）。
日前的“切换和叠加”电码化技术已不满足提速要求，必须在原有电码化“叠加发码”方式的基础上进行改进，采用“叠加预发码”方式，才能保证列车接收地面信息在“时间和空间”上的连续。
“预”就是在列车占用某一区段时，其列车运行前方，与本区段相邻的下一个区段也开始发码。
1.2预叠加电码化原理
电码化系统的设计原则为：
正线区段（包括无岔和道岔区段）为“逐段预先发码（简称‘预叠加’）”，保证列车在正线区段行驶的全过程，地面电码化能不间断地发送机车信号。
侧线区段为占用发码叠加发码。
我们以下行正线接发车为例（站场示意图见1），略述正线区段逐段预先发码的应用原理。
接车进路、发车进路ZPW一2000A电码化发送设备采用“N+l”冗余方式设计。
图1中粗线表示的是站内电码化范围。
与下行电码化方向相对应，迎着列车行驶方向进行发码，进路内每一轨道区段均设置一台传输继电器CJ。
发送的Ⅰ、Ⅱ路输出分别与相邻轨道区段的CJ相连，即Ⅰ路输出若连A、C、E、G区段的CJ，Ⅱ路输出则连B、D、F、H区段的CJ。
（1）列车进入YG区段时，接车进路己排通，即正线继电器ZXJ↑进站信号开放，LXJ↑，则接车电码化继电器JMJ↑。
直到列车进入D股道，DGJF↓，切断JMJ的KZ电源，JMJ才落下，表明接车电码化己结束。
列车进入YG区段，YGJF↓,传输继电器电路中ACJ↑，发送设备Ⅰ路的移频信息叠加进A区段的轨道电路信息中，站内电码化开始工作，预发（叠加）第一个码。
（2）列车进入站内电码化第一个区段A，ADGJF↓，ACJ通过自闭电路保持吸起，发送设备Ⅰ路输出继续向A区段轨道传递机车信号信息，同时BCJ↑，发送设备Ⅱ路的移频信息叠加进B区段的轨道电路信息中，使列车运行在A区段时，B区段已预先发码。
同样，列车进入B区段，BDGJF↓。
BCJ通过自闭电路保持吸起，发送的Ⅱ路输出继续向B区段轨道传递机车信号信息。
BDGJF↓切断了ACJ的KZ电源，ACJ↓，A区段不再接收到Ⅰ路的移频信息；与此同时CCJ↑，Ⅰ路的移频信息由CCJ叠加进C区段的轨道电路信息中，使列车运行在B区段时，C区段己预先发码。
（3）列车在压入D股道前一个区段C时，DCJ↑，将电码化信息预叠加到D股道；当列车压入D股道时DGJ↓，JMJ↓，表明接车进路电码化到此结束。
由于列车在D股道，DGJF↓，在检查了1LQ空闲和发车进路排通后，发车电码化继电器FMJ↑，则ECJ↑，发车进路电码化开始工作，这样亦能连续向发车进路预发码。
（4）发车进路的预发码直至列车压入站内电码化最后一个区段H时结束，并直至列车压入ILQ，FMJ↓，叠加电码化信息的工作才结束。
移频电码化发送设备的两路输出信息就是如此被一个接着一个地轮流叠加至站内相邻的两个轨道区段的。
它的设计与使用，既满足了任一瞬间发送的每一路输出只向一个区段发码，又满足了任一瞬间都有两个相邻区段在发码，完全实现了“预叠加”方式对站内正线电码化技术的要求。
接车进路、发车进路ZPW-2000A电码化发送设备采用“N+1”冗余方式设计，接车或发车进路发送设备故障，自动转换至+1设备并报警，确保正线行车安全可靠。
图1电码化预叠加原理示意图
1.2.1正线预叠加系统原理
正线区段包括进直的接车进路和出直的发车进路内各区段（正线股道除外），按铁标“铁路车站电码化技术条件”规定，当列车冒进信号时，内方区段不得发码的要求，每一进路需设置一个允许发码的控制继电器（JMJ或FMJ）只有开放相应信号（排除了冒进信号）时才具备发码的条件，它的工作直接区分列车进入内方后能否发码，涉及安全，借助超速防护装置确保防止冒进信号，故该发码的控制继电器应采用“肯定”的逻辑关系，即它↑吸起时才发码。
继电器的供电电路应按“故障-----安全”原则设计，即构成供电的必备条件也均采用“肯定”的逻辑关系，前接点接通。
而继电器开通的时机条件（非安全性）可做成与必备条件相同也可做成“列车接近时”两种方式。
控制继电器的恢复条件或时机，即它供电电路的切断，按接点电路设计的一般原理，知“当它的任务完成时即为它的恢复时机”，不难看出，当列车进入不由它控制发码的区段时，例如接车进路驶入股道或发车进路驶入区间时，即可切断它的供电电路。
另外要保证区段瞬间分路后，由于信号己关闭，为保证不使以后的列车冒进后能错误收到码，此时也应使MJ恢复到落下位置。
现以图2为例:
由于它的“开放信号”的必备条件当列车进入内方后将自动关闭，故它的必备条件应是“曾开放信号”同时应有自闭电路。
控制继电器JMJ和FMJ的供电电路接通公式分别为:
F（JMJ）=[XLXJ•XZLBJ+JMJ（∑
）]•GJ
F（FMJ）=[X1ZXJ•X1ZLBJ+FMJ（∑
）]•1LQJ
上式中的XLXJ•XZLBJ+X1ZXJ•X1ZLBJ分别表示下行进站信号开放、开通下行正线进路，一道下行出站信号开放、开通下行一道直股发车进路，∑
代表接车进路内所有道岔区段和无岔区段的轨道继电器落下（AGJ、BGJ、CGJ）接通并联条件，GJ为DGJ，∑
代表发车进路内所有道岔区段和无岔区段的轨道继电器落下（EGJ、FGJ、GGJ、HGJ）接通并联条件。
由于采用逐段预先发码方式，虽然进直的接车进路或出直的发车进路已具备发码的条件，JMJ↑或FMJ↑，但发送盒能适时地并接到轨道区段，是由每个区段的传输继电器CJ的动作来实现的。
正线进路内除股道外的所有轨道区段的CJ接通公式为:
F（nCJ）=JMJ•ZGJ•[
•GJ（n）+
]•GJ（n+1）•GJ（n+2）•…
F（nCJ）=FMJ•ZGJ•[
•GJ（n）+
]•GJ（n+1）•GJ（n+2）•…
对应本例，ZGJ接车时为DGJ，发车时为lLQJ。
如n为AG时，则
F（ACJ）=JMJ•DGJ•[
•AGJ+
]•BGJ•CGJ
为了防止电路相混，供电路的并联条件（
•AGJ+
）分别接通继电器的两个线圈，构成独立的供电支路，见图3
图3.预叠加电码化示意图
由接通公式可知，任一瞬间只有相邻的两个CJ吸起，例如列车驶入BG，此时
的BGJ和CCJ的
条件具备从而使BCJ和CCJ均↑吸起。
而ACJ由于
而切断供电电路↓落下。
如使相邻的两个区段分别由不同的发送盒发送，则既能保证相邻的轨道电路的送、受电端不相混，又能保证发送盒任一瞬间只向一个区段发送，从而保证了入口电流和能正确选定发送盒应有的最小发送功率要求。
1.2.2侧线预叠加系统原理
由于这些区段的发码不需必备条件只需控制发码时机，故不设MJ仅设CJ，它们的接通公式为:
F（CJ）=
正线股道由于考虑预先发码，故稍有变化，本例为DCJ:
F（DCJ）=
+JMJ•
图4.正线股道及到发线股道叠加电码化示意图
1.3电码化工程设计的有关问题
1.3.1系统设计原则
1.正线区段（包括无岔和道岔区段）为“逐段预先发码”，保证列车在正线区段行驶的全过程，地面电码化能不间断地发送机车信号信息。
侧线区段为占用叠加发码。
2.自动闭塞区段正线接、发车进路的发码设备应采用冗余系统，侧线股道采用单套设备的占用叠加电码化。
3.半自动闭塞区段正线接、发车进路的发码设备应采用冗余系统，侧线股道采用单套设备的占用叠加电码化。
接近区段可采用与电码化相应的自动闭塞轨道电路。
4.电码化发送设备载频设置:
国产移频发送设备:
一般在下行方向为750Hz，上行方向为650Hz。
UM71、WG-21A、ZPW-2000发送设备载频设置:
一般在下行方向为1700Hz，上行方向为2000Hz。
5.接车进路、发车进路分别设置一套ZPW-2000系列（或UM71系列）发送设备。
6.为满足主体化机车信号和列车超速防护的需要，在非电化区段，入口电流也按电化区段统一标准，即1700Hz、2000Hz、2300Hz为500mA，2600Hz为450mA。
7.在25Hz相敏轨道电路既有器材不变的前提下，考虑了受电端ZPW-2000系列（或UM71系列）信号最大串入量后，电码化轨道电路在道碴电阻为1.0Ω•km，并安装补偿电容时极限长度可达1.2Km，入口电流能够满足机车信号接收灵敏度的要求。
8.改进480轨道电路送、受电端变压器，电码化轨道电路在道碴电阻为1.0Ω•km，并安装补偿电容时极限长度可达1.2km，入口电流能够满足机车信号接收灵敏度的要求。
9.当同时发送25Hz（或50Hz）轨道电路信息、ZPW-2000系列（或UM71系列）信息时，电缆内的合成电压不超过电缆允许的最高耐压500V。
10.逐段预叠加发码时，任一瞬间每一路发送只接向一段电码化轨道电路，从而确保了入口电流值及发送不超负荷。
各轨道电路虽采用并联接入的叠加发码方式，仍能确保彼此互不相混。
11.25Hz电码化轨道电路室外送、受电端BG2-130/25（或BG3-130/25）轨道变压器端子固定，只需送电端室内调整。
不能采用R型铁芯的轨道变压器。
12.50Hz交流连续式电码化轨道电路室外送电端BG1-80轨道电源变压器和受电端BZ1-U轨道中继变压器端子固定，只需送电端室内调整。
不能采用R型铁芯的轨道变压器。
13.为实现叠加发码而采用的隔离设备，当出现铁路信号技术中规定的任何故障时，能确保ZPW---2000系列（或UM71系列）机车信号信息串入轨道继电器（包括JRJC1-70/240二元二位轨道继电器和JZXC-480轨道继电器）两端电压，不使继电器错误励磁，故隔离设备故障后电码化信息不会使继电器错误励磁，即隔离设备具有“故障一安全”性能。
14.电码化轨道电路不降低原轨道电路的基本性能及自动化技术水平。
1.3.2对电源及电缆的要求
供电电源
移频设备工作电源采用直流24V供电，电压波动范围23.5V-24.5V。
设备耗电量
发送器输出为1电平时，功耗为171.5W。
当发送器输出短路时功耗为257.3W。
发送器空载功耗为12.3W。
单线半自动区段接收正常工作时功耗为12.25W。
对电缆的要求
所用电缆均应采用线径为1.0mm具有星绞组对称综合纽绞电缆。
非电化区段可采用塑料护套非屏蔽型电缆，电化区段必须采用屏蔽性能好的金属护套电缆。
相同载频的发送线对不准设在同一星绞组内；发送线对应设在星绞组的对角线对上。
1.采用送电端发码时，自继电器室内至室外送电端变压器箱间，需单独使用一对电缆芯线。
2.为防止移频串音干扰提供解决措施
（1）下列配线需使用屏蔽线:
①当发送盒与一离去区段的接收盒不在同架时，其载频或低频中继的架间；
②发送盒的功放输出组合侧面端子与本架零层端子间；
③移频发送监测盒组合侧面端子与监测对象组合侧面端子间。
屏蔽线采用ZRVVP2X28XO.15型双芯对绞屏蔽线，屏蔽网皮需接地良好。
（2）下列配线需使用扭绞塑料线:
①发送盒的低频控制线与编码电路间；
②发送盒载频或低频中继本架组合间。
（3）下列两处采用PZY22型四芯组综合扭绞电缆:
①发送盒功放输出自移频架的零层端子至分线盘端子间；
②发送盒功放输出由分线盘至室外送、受电端变压器箱内端子间。
以上两处电缆，也可不在分线盘上断续，而直接由移频架的零层端子至室外送、受电端变压器箱间使用一根电缆。
电缆芯线使用四芯组成对（1-2、3-4）配线，同频不同发送盒发送不能采用同一四芯组电缆，电码化发送备用电缆芯线须按相同原则执行。
室内外电缆在分线盘上对接时，应符合A、B端接续要求，铠装外皮应接地良好。
电码化备用芯线应采用星绞组线对。
第二章二线制电化区段25Hz
相敏轨道电路预叠加ZPW-2000电码化
2.1设计说明
因为在不同的电路制式，不同的外部条件下（例如在电力牵引或非电力牵引区段），当技术要求相同时，其实施的电码化方式也可能不尽相同，另外轨道与电码化信息共用一对电缆芯线，便于工程实施，具体原理图如下:
图5电化区段25Hz相敏轨道电路预叠加ZPW---2000A电码化原理图
2.2设备构成
电化区段正线采用预叠加发码方式，股道采用叠加发码方式。
电化区段电码化设备由无绝缘移频自动闭塞电码化发送柜，ZPW-2000系列（或UM71系列）发送器，电码化发送检测盘，室内防雷单元，送、受电端室内、外隔离器，扼流变压器、轨道变压器（不应采用R型铁芯的轨道变压器）、HF3-25型防护盒等构成。
2.2.1NGL—U型室内隔离盒
1.用途
NGL-U室内隔离盒适用于ZPW-2000系列（或UM71系列）预叠加电码化接口设备中，为室内送电端和受电端隔离设备通用的隔离盒，可适用移频1700Hz、2000Hz、2300Hz、2600Hz。
2、技术指标
（1）送电端25Hz指标:
图6.
①测试接线:
AT8、18短接；AT13、17短接，AT5、15并接lkΩ负载。
②电气指标:
AT2、12输入220V25Hz，其输出电压:
IU3、15----U3、15|≤2V。
IU2----U25|≤2V。
（2）受电端25HZ指标:
图7
①测试接线:
AT8、18短接；AT13、17短接，AT2、12并接HF2-25型防护盒、JRJC1-70/240型继电器。
②电气指标：
AT5、15输入25Hz其输出电压：
IU5、15----U2、12|≤0.3
（3）ZPW一2000指标:
图8.
AT8、18分别输入100V，频率1700Hz、2000Hz、2300Hz、2600Hz时，测试|U2-U12|≤10V，频率接线见下表。
移频频率（Hz）
外连接方式
1700
AT13-AT17
2000
AT13-ATI6
2300
AT13-AT7
2600
AT13-AT6
序号
名称
规格、型号
数量
备注
1
合成器
SXF8805
1台
2
放大器
BOPIOO--4M
1台
3
数字多用表
21/2以上万用表
2台
VI、V2
4
25Hz电源变压器
25HZ•CS
1台
自制
5
电源变压器
ZD-D
1台
自制
6
滑线电阻
1.5kQ0.5A
1台
R
7
防护盒
HF2-25型
1台
8
轨道继电器
JRJC1；一70/240
1台
J
9
电源盘
ZP•YM
1台
10
移频发送盘
ZPW•F
1台
11
匹配防雷调整变压器
BMFTI
1台
自制
12
兆欧表
ZC-7（500V）
1台
13
高压试验台
CS2672C
1台
（4）使用仪表及器材
（5）绝缘电阻:
≥lOOMΩ。
（6）绝缘耐压:
50Hz1200V。
（7）振幅频率:
10Hz---55Hz，加速度幅值30m/S2（3g）。
2.2.2WGL-U型室外隔离盒
1.用途
WGL-U室外隔离盒适用于ZPW-2000系列（或UM71系列）预叠加电码化接口设备中，为室外送电端和受电端隔离设备通用的隔离盒。
2.技术指标
（1）送电端25Hz指标:
①测试接线:
图9
②电气指标:
端子Ⅰ1、Ⅰ2、输入220V25Hz，其输出电压:
IU7、8---U5、6I≤2.5V，IU1、2---U3、4l≤10V
（2）受电端25Hz指标
①测试接线:
图10.
②电气指标：
端子Ⅰ7、Ⅰ8输入3V25Hz，其输出电压:
IU7、8----U5、6I≤0.2V，IUI、2-U3、4I≤IV
（3）ZPW-2000测试
①测试接线:
图11
②电气指标:
空载测试:
不接入lkΩ电阻时，当UⅠ输入100士IV2000Hz时，U2=25士IV，A≤30mA。
负载测试:
在空载的基础上并入lkΩ电阻，UⅠ输入100士IV2000Hz时，U2≥24V。
2.2.3DWG-F室外隔离器
1.用途
DWG-F室外隔离器材适用于25Hz相敏轨道电路叠加移频电码化送电端。
防止移频信号干扰其它区段。
主要用于送电端集中供电、受电端发码区段，在送电端防止移频进入。
2.技术指标
（1）25Hz指标
①测试接线图
图12.
②电气指标:
端子Ⅰ1、Ⅰ2输入220V、25Hz，其输出端子Ⅱ1、Ⅱ2的电压=220士5V。
（2）移频指标:
①测试接线:
图13
②电气指标:
空载测试指标:
断开电阻50Ω，Ⅱ1、Ⅱ2输入650Hz（或2000Hz），220V士2V时，Ⅱ1、Ⅱ2输出电压U2≤2V。
负载测试指标:
接上电阻50Ω，Ⅱ1、Ⅱ2输入650Hz（或2000Hz），220V士2V时，Ⅱ1、Ⅱ2输出电压U2≤IV。
2.2.4DMT--25电码化隔离调整变压器
1.用途
BMT-25电码化隔离调整变压器用于电化区段25Hz相敏轨道电路预叠加ZPW2000系列〈或UM一71系列〉电码化接口设备中，放置在送电端室内隔离设备的托盘上，为25Hz轨道电路提供电源，并可在室内调整轨道电路。
2.技术指标
（1）额定功率:
80W，使用频率25Hz。
（2）空载电压:
输入:
Ⅱ1、Ⅱ2输入25Hz220V。
输出:
Ⅱ1、Ⅱ25---180V。
输出:
输出电压范围士5%
（3）空载电流:
Ⅰ1-4≤16mA。
（4）绝缘电阻:
≥1000MΩ。
（5）绝缘耐压:
50Hz2000V。
（6）效率:
η≥90%
2.2.5HF3-25型25Hz防护盒
1.用途
HF3-25型防护盒主要用于铁路25Hz相敏轨道电路中，防护JRJC型轨道继电器，使其不受50Hz牵引电流干扰；对25Hz信号频率的无功分量进行补偿；减少25Hz信号在传输中的衰耗和相移；保证JRJC型轨道继电器的正常工作，是站内电码化配套产品。
HF3-25型防护盒是HF2-25更新换代产品，在HF2-25型的基础上进行改进的，增加可调端子，提高了性能，可通过调整三种谐振槽路获得更佳的防护性能和25Hz信号相位角的改善。
2.技术指标
防护盒谐振于50Hz士1Hz，当1-3端子两端加50Hz10V电压时，谐振电压U1、U2大于150V，且Ul-U2≤3V。
防护盒的品质因数Q值大于15（Q=UⅠ/10）。
（1）测试接线见图
图14.
（2）电气指标:
按图调节调压器TB使输出电压U=10V土O.3V。
分别连接2-6-7-8端子、4-7-8端子、5-8端子，测试三种连接方式时U1、U2的谐振电压均符合技术指标，品质因数Q值大于15。
2.2.6室内电码化轨道电路防雷
MGFL1-U室内电码化轨道防雷组合由20组NFL匹配单元组成（根据用户要求可分别选用国产或进口元器件），组装在一块绝缘板上。
外部配线拧接在18柱端子正面，组合内部配线背面焊接。
组合配线采
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