ZPW—2000A無(wú)絕緣移頻自動(dòng)閉塞系統(tǒng)認(rèn)識(shí)簡(jiǎn)述

張凱

摘 要：移頻自動(dòng)閉塞以移頻軌道電路為基礎(chǔ)，以鋼軌作為傳輸通道傳遞信息。移頻自動(dòng)閉塞抗干擾性能強(qiáng)，適用于電氣化和非電氣化區(qū)段。ZPW-2000A型無(wú)絕緣移頻自動(dòng)閉塞具有軌道電路傳輸安全性、傳輸長(zhǎng)度、系統(tǒng)可靠性、可維修性等特點(diǎn)。ZPW-2000A型無(wú)絕緣移頻自動(dòng)閉塞軌道電路系統(tǒng)主要是由室外部分、室內(nèi)部分和系統(tǒng)防雷三部分組成。

關(guān)鍵詞：鐵路信號(hào)；閉塞；移頻；軌道電路

中圖分類(lèi)號(hào)：U284.43 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-6835（2014）07-0002-02

鐵路信號(hào)是組織行車(chē)運(yùn)行，保證行車(chē)安全，提高運(yùn)輸效率，傳遞信息，改善行車(chē)人員勞動(dòng)條件的關(guān)鍵技術(shù)。鐵路信號(hào)在鐵路現(xiàn)代化建設(shè)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中起著極其重要的作用。當(dāng)前，由于鐵路運(yùn)輸已向著高速、高密和重載的方向發(fā)展，所以，鐵路信號(hào)已成為實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸管理自動(dòng)化、列車(chē)運(yùn)行自動(dòng)控制和改善鐵路員工勞動(dòng)條件的重要技術(shù)手段。鐵路信號(hào)系統(tǒng)按其應(yīng)用場(chǎng)所可分為車(chē)站信號(hào)控制系統(tǒng)、編組站調(diào)車(chē)控制系統(tǒng)、區(qū)間信號(hào)控制系統(tǒng)、鐵路行車(chē)指揮控制系統(tǒng)和列車(chē)運(yùn)行自動(dòng)控制系統(tǒng)等。區(qū)間信號(hào)自動(dòng)控制是鐵路區(qū)間信號(hào)閉塞、區(qū)段自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程控制技術(shù)的總稱(chēng)，是確保列車(chē)在區(qū)間內(nèi)安全運(yùn)行的技術(shù)之一。

1 行車(chē)閉塞法

由于列車(chē)在線(xiàn)路上運(yùn)行，不能以相互避讓的方法避免迎面相撞，加之列車(chē)速度快、質(zhì)量大，從開(kāi)始制動(dòng)到停車(chē)需要行走較長(zhǎng)的距離，這就產(chǎn)生了后續(xù)列車(chē)追撞前行列車(chē)的可能。閉塞設(shè)備是保證列車(chē)在區(qū)間內(nèi)運(yùn)行安全的設(shè)備，屬于鐵路區(qū)間信號(hào)的一種。鐵路線(xiàn)路以車(chē)站（線(xiàn)路所）為分界點(diǎn)劃分為若干區(qū)間，區(qū)間的界限在單線(xiàn)上以?xún)蓚€(gè)車(chē)站的進(jìn)站信號(hào)機(jī)柱的中心線(xiàn)為車(chē)站與區(qū)間的分界線(xiàn)，在雙線(xiàn)或多線(xiàn)上，分別以各線(xiàn)路的進(jìn)站信號(hào)機(jī)柱或站界標(biāo)的中心線(xiàn)為車(chē)站與區(qū)間的分界線(xiàn)。為了提高線(xiàn)路通過(guò)的能力，在自動(dòng)閉塞區(qū)段又將一個(gè)區(qū)間劃分為若干個(gè)閉塞分區(qū)，以同方向兩架通過(guò)信號(hào)機(jī)作為閉塞分區(qū)的分界線(xiàn)。為了保證列車(chē)在區(qū)間內(nèi)的運(yùn)行安全，列車(chē)由車(chē)站向區(qū)間發(fā)車(chē)時(shí)必須確認(rèn)區(qū)間（分區(qū)）內(nèi)沒(méi)有列車(chē)，并要遵循一定的規(guī)律組織行車(chē)，以免發(fā)生列車(chē)正面沖突或追尾等事故。這種按照一定規(guī)律組織列車(chē)在區(qū)間內(nèi)運(yùn)行的方法一般稱(chēng)之為行車(chē)閉塞法，簡(jiǎn)稱(chēng)閉塞。

閉塞制度在我國(guó)鐵路上的運(yùn)用和發(fā)展已有幾十年。1985年以前，我國(guó)鐵路區(qū)間閉塞設(shè)備大量采用64D和64F型繼電半自動(dòng)閉塞。繼電半自動(dòng)閉塞制式不論閉塞區(qū)間長(zhǎng)短，只允許運(yùn)行一列列車(chē)，因而它的效能受到很大限制。當(dāng)鐵路的運(yùn)量增大，每晝夜列車(chē)的運(yùn)行對(duì)數(shù)超過(guò)一定限度時(shí)，半自動(dòng)閉塞顯然已不能滿(mǎn)足運(yùn)輸?shù)男枰詣?dòng)閉塞成為了發(fā)展的方向。自動(dòng)閉塞經(jīng)過(guò)了交流二元三位式的自動(dòng)閉塞、交流計(jì)數(shù)電碼自動(dòng)閉塞、極性電充自動(dòng)閉塞、極頻自動(dòng)閉塞和移頻自動(dòng)閉塞等幾個(gè)階段的發(fā)展。

2 移頻自動(dòng)閉塞

移頻自動(dòng)閉塞是一種選用頻率參數(shù)作為信息的制式，利用調(diào)制方法把規(guī)定的調(diào)制信號(hào)搬移到載頻段并形成震蕩，由上下邊頻構(gòu)成交替變化的移頻波形，其交替變化的速率就是低頻信息的頻率。采用不同載頻交叉來(lái)防護(hù)，采用避開(kāi)的方法，站內(nèi)將載頻選在工頻的偶次諧波上，區(qū)間選在奇次諧波上。移頻自動(dòng)閉塞抗干擾性能強(qiáng)，適用于電氣化和非電氣化區(qū)段。目前，為了保證行車(chē)安全，加強(qiáng)信號(hào)設(shè)備管理，檢測(cè)信號(hào)設(shè)備的運(yùn)用質(zhì)量，必須要對(duì)發(fā)現(xiàn)的故障進(jìn)行科學(xué)分析。我國(guó)自行研制的新型移頻自動(dòng)閉塞系統(tǒng)ZPW-2000A已被廣泛應(yīng)用。

3 ZPW-2000A型無(wú)絕緣移頻自動(dòng)閉塞

ZPW-2000A型無(wú)絕緣移頻自動(dòng)閉塞是在引進(jìn)法國(guó)UM71無(wú)絕緣軌道電路技術(shù)、國(guó)產(chǎn)化的基礎(chǔ)上，結(jié)合國(guó)情進(jìn)行的技術(shù)再開(kāi)發(fā)。較之UM71、ZPW-2000A型無(wú)絕緣移頻自動(dòng)閉塞系統(tǒng)，它在軌道電路傳輸安全性、傳輸長(zhǎng)度、系統(tǒng)可靠性、可維修性方面都有了很大的提升，同時(shí)，在結(jié)合國(guó)情提高技術(shù)性能價(jià)格比、降低工程造價(jià)方面也有了顯著的提高。

ZPW-2000A型無(wú)絕緣移頻自動(dòng)閉塞軌道電路系統(tǒng)主要是由室外部分、室內(nèi)部分和系統(tǒng)防雷三部分組成。

3.1 室外設(shè)備

調(diào)諧區(qū)：長(zhǎng)度為29 m，由調(diào)諧單元和空芯線(xiàn)圈組成，實(shí)現(xiàn)兩相鄰軌道電路電氣隔離。

機(jī)械絕緣節(jié)：由機(jī)械絕緣節(jié)空芯線(xiàn)圈與調(diào)諧單元并接而成，其特性與電氣絕緣節(jié)相同。

匹配變壓器：在一般條件下，按1 Ω·km道碴電阻設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)軌道電路與SPT傳輸電纜的匹配連接。

補(bǔ)償電容：根據(jù)通道參數(shù)兼顧低道碴電阻道床傳輸，考慮其容量，使傳輸通道趨于阻性，保證軌道電路良好的傳輸性能。

傳輸電纜：SPT型鐵路信號(hào)數(shù)字電纜，線(xiàn)徑Φ1.0 mm，一般條件下，電纜長(zhǎng)度為10 km。

調(diào)諧區(qū)設(shè)備引接線(xiàn)：由3 600 mm、1 600 mm的鋼包銅引接線(xiàn)構(gòu)成，每一軌道區(qū)段各使用3根，用于BA，SVA設(shè)備與鋼軌間的連接。

3.2 室內(nèi)設(shè)備

3.2.1 發(fā)送器

該設(shè)備是用于產(chǎn)生高穩(wěn)定、高精度的移頻信號(hào)源，采用微電子器件構(gòu)成的。該設(shè)備考慮了在同一載頻、同一低頻控制條件下，雙CPU電路的使用。為了實(shí)現(xiàn)雙CPU的自檢、互檢，兩組CPU和一組用于產(chǎn)生FSK移頻信號(hào)的可編程控制器各自采用了獨(dú)立的石英晶體源。發(fā)送設(shè)備的放大器均采用射極輸出器方式構(gòu)成，防止故障時(shí)功出電壓的升高。同時(shí)，該設(shè)備考慮了對(duì)移頻載頻、低頻和幅度三個(gè)特征的檢測(cè)。兩組CPU的檢測(cè)結(jié)果符合要求時(shí)，以動(dòng)態(tài)信號(hào)輸出，通過(guò)“安全與門(mén)”控制執(zhí)行環(huán)節(jié)——發(fā)送報(bào)警繼電器（FBJ）將信號(hào)輸出。系統(tǒng)采用N+1冗余設(shè)計(jì)。故障時(shí)，通過(guò)FBJ接點(diǎn)轉(zhuǎn)至“+1”FS.

3.2.2 接收器

接收器主要是對(duì)主軌道電路移頻信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，并配合與送電端相連接調(diào)諧區(qū)短小軌道電路的檢查條件，設(shè)置動(dòng)作軌道繼電器。它可以實(shí)現(xiàn)對(duì)與受電端相連接調(diào)諧區(qū)短小軌道電路移頻信號(hào)的解調(diào)，給出短小軌道電路執(zhí)行條件，將其送至相鄰軌道的電路接收器。同時(shí)，還可以檢查軌道電路的完好情況，減少分路死區(qū)長(zhǎng)度，還用接收門(mén)限控制實(shí)現(xiàn)對(duì)BA斷線(xiàn)的檢查。

接收器除了接收本主軌道電路頻率信號(hào)外，還同時(shí)接收相鄰區(qū)段小軌道電路的頻率信號(hào)。接收器采用DSP數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，將接收到的兩種頻率信號(hào)進(jìn)行快速變換，并進(jìn)行判決。

上述“延續(xù)段”信號(hào)由運(yùn)行前方相鄰軌道電路接收器處理，并將處理結(jié)果形成小軌道電路軌道繼電器執(zhí)行條件（XG，XGH）送至本軌道電路接收器，作為軌道繼電器（GJ）勵(lì)磁的必要檢查條件（XGJ，XGJH）之一。綜上所述，接收器用于接收主軌道電路信號(hào)，并在檢查所屬調(diào)諧區(qū)短小軌道電路狀態(tài)（XGJ，XGJH）的條件下，動(dòng)作本軌道電路的軌道繼電器（GJ）。另外，接收器還同時(shí)接收鄰段所屬調(diào)諧區(qū)小軌道電路信號(hào)，向相鄰區(qū)段提供小軌道電路狀態(tài)（XG，XGH）條件。

3.2.3 衰耗盤(pán)

它主要用于實(shí)現(xiàn)主軌道電路、小軌道電路的調(diào)整。它會(huì)給出發(fā)送接收故障、軌道占用表示和發(fā)送、接收用+24 V電源電壓、發(fā)送供出電壓、接收GJ和XGJ的測(cè)試條件。

3.2.4 電纜模擬網(wǎng)絡(luò)

該網(wǎng)絡(luò)設(shè)在室內(nèi)，按0.5 km、0.5 km、1 km、2 km、2 km、2×2 km六段設(shè)計(jì)，用于對(duì)SPT電纜的補(bǔ)償，總補(bǔ)償距離為10 km。

3.3 系統(tǒng)防雷部分

發(fā)送端、接受端的防雷：設(shè)于模擬網(wǎng)絡(luò)盤(pán)內(nèi)，實(shí)現(xiàn)對(duì)從電纜引入雷電沖擊的橫向、縱向防護(hù)；站內(nèi)電碼化設(shè)計(jì)單獨(dú)的防雷單元。

對(duì)從鋼軌引入的雷電沖擊進(jìn)行保護(hù)：橫向防護(hù)設(shè)在調(diào)諧單元、匹配變壓器兩端；縱向防護(hù)在空心線(xiàn)圈中心線(xiàn)不接地的條件下，防雷單元設(shè)在中心線(xiàn)與地線(xiàn)間。

4 系統(tǒng)原理

ZPW-2000A型無(wú)絕緣移頻軌道電路系統(tǒng)與UM71無(wú)絕緣軌道電路一樣，采用電氣絕緣節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)相鄰軌道電路區(qū)段的隔離。電氣絕緣節(jié)長(zhǎng)度改進(jìn)為29 m，由空心線(xiàn)圈、29 m長(zhǎng)鋼軌和調(diào)諧單元構(gòu)成。調(diào)諧區(qū)對(duì)本區(qū)段頻率呈現(xiàn)極阻抗，有利于本區(qū)段信號(hào)的傳輸和接收；對(duì)相鄰區(qū)段頻率信號(hào)呈現(xiàn)零阻抗，可靠地短路相鄰區(qū)段信號(hào)，防止越區(qū)傳輸，這樣便實(shí)現(xiàn)了相鄰區(qū)段信號(hào)的電氣絕緣。同時(shí)，為了解決全程斷軌檢查，在調(diào)諧區(qū)內(nèi)增加了小軌道電路。

ZPW-2000A型無(wú)絕緣移頻軌道電路將軌道電路分為主軌道電路和調(diào)諧區(qū)小軌道電路兩個(gè)部分，并將短小軌道電路視為列車(chē)運(yùn)行前方主軌道電路所屬的“延續(xù)段”。

主軌道電路的發(fā)送器由編碼條件控制產(chǎn)生，表示不同含義的低頻調(diào)制移頻信號(hào)。該信號(hào)經(jīng)電纜通道（實(shí)際電纜和模擬電纜）傳給匹配變壓器和調(diào)諧單元，因?yàn)殇撥壥菬o(wú)絕緣的，該信號(hào)既向主軌道傳送，也向小軌道傳送。主軌道信號(hào)經(jīng)鋼軌送到軌道電路受電端，然后經(jīng)調(diào)諧單元、匹配變壓器、電纜通道，將信號(hào)傳至本區(qū)段接收器。

調(diào)諧區(qū)小軌道信號(hào)由運(yùn)行前方相鄰軌道電路接收器處理，并將處理結(jié)果形成小軌道電路軌道繼電器執(zhí)行條件通過(guò)（XG，XGH）送至本軌道電路接收器，作為軌道繼電器（GJ）勵(lì)磁的必要檢查條件之一。本區(qū)段接收器同時(shí)接收到主軌道移頻信號(hào)和小軌道電路繼電器執(zhí)行條件，判決無(wú)誤后驅(qū)動(dòng)軌道電路繼電器吸起，并由此來(lái)判斷區(qū)段的空閑和占用情況。

5 該系統(tǒng)的特點(diǎn)

ZPW-2000A型無(wú)絕緣移頻自動(dòng)閉塞系統(tǒng)具有多方面的特點(diǎn)：①保持UM71無(wú)絕緣軌道電路整體結(jié)構(gòu)上的優(yōu)勢(shì)；②解決了調(diào)諧區(qū)斷軌檢查的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)軌道電路全程斷軌檢查；③減少調(diào)諧區(qū)分路死區(qū)；④實(shí)現(xiàn)對(duì)調(diào)諧單元斷線(xiàn)故障的檢查；⑤實(shí)現(xiàn)對(duì)拍頻干擾的防護(hù)；⑥通過(guò)優(yōu)化系統(tǒng)參數(shù)，提高軌道電路的傳輸長(zhǎng)度；⑦提高機(jī)械絕緣節(jié)軌道電路的傳輸長(zhǎng)度，實(shí)現(xiàn)與電氣絕緣節(jié)軌道電路的傳輸；⑧軌道電路調(diào)整按固定軌道電路長(zhǎng)度與允許最小道碴電阻方式進(jìn)行，提高軌道電路工作的穩(wěn)定性；⑨用SPT國(guó)產(chǎn)鐵路數(shù)字信號(hào)電纜取代法國(guó)ZC03電纜，減小銅芯線(xiàn)徑，減少備用芯組，加大傳輸距離，提高系統(tǒng)技術(shù)性能價(jià)格比，降低工程造價(jià)；⑩采用長(zhǎng)鋼包銅引接線(xiàn)取代75 mm2銅引接線(xiàn)，便于維修；○11系統(tǒng)中的發(fā)送器采用“N+1”冗余，接收器采用成對(duì)雙機(jī)并聯(lián)運(yùn)用，以提高系統(tǒng)的可靠性，大幅度減小單一電子設(shè)備故障對(duì)系統(tǒng)正常工作造成的影響。

6 結(jié)束語(yǔ)

ZPW-2000A無(wú)絕緣移頻自動(dòng)閉塞系統(tǒng)無(wú)論在電氣還是在機(jī)械絕緣節(jié)軌道電路中，比法國(guó)UM71軌道電路都有更長(zhǎng)的傳輸距離，在滿(mǎn)足了我國(guó)0.25～1.5 Ω·km各種道碴電阻道床傳輸、20～30 km的站間距離和采用國(guó)產(chǎn)SPT數(shù)字信號(hào)電纜等方面要求的同時(shí)，還使系統(tǒng)性能價(jià)格比大幅度提高。ZPW-2000無(wú)絕緣移頻自動(dòng)閉塞系統(tǒng)滿(mǎn)足了“機(jī)車(chē)信號(hào)作為主體信號(hào)”的要求，為今后鐵路進(jìn)一步安全提速創(chuàng)造了必備條件。

通過(guò)查閱大量的資料，學(xué)到了很多新的、有用的知識(shí)。在對(duì)ZPW-2000A無(wú)絕緣移頻自動(dòng)閉塞系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)有了全面了解的同時(shí)，也對(duì)ZPW-2000A的系統(tǒng)構(gòu)成有了更深入的認(rèn)識(shí)，基本掌握了ZPW-2000A工程設(shè)計(jì)的思路、方法和步驟，并讓筆者體會(huì)到了理論學(xué)習(xí)和實(shí)際工程設(shè)計(jì)的差異，同時(shí)，也培養(yǎng)了嚴(yán)謹(jǐn)、認(rèn)真、細(xì)致的工作態(tài)度。這些都為筆者今后的工作打下良好的基礎(chǔ)。

〔編輯：白潔〕