毕业论文ZPW2000 自动闭塞论文.doc
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1、ZPW-2000 自动闭塞论文绪论铁路信号是组织行车运行,保证行车安全,提高运输效率,传递信息,改善行车人员劳动条件的关键技术。铁路信号是铁路运输生产的一个生产部门,它在铁路现代化建设和国民经济发展中起着极其重要的作用。向发展当前,由于铁路运输已向着高速.高密和重载的方,所以铁路信号以成为实现运输管理自动化和列车运行自动控制以及改善铁路员工劳动条件的重要技术手段。铁路信号系统按其应用场所可分为车站信号控制系统、编组站调车控制系统、区间信号控制系统、铁路行车指挥控制系统及列车运行自动控制系统等。区间信号自动控制是铁路区间信号.闭塞及区段自动控制.远程控制技术的总称,是 确保列车在区间内 安全运行
2、的技术之一。由于列车在线路上运行,不能以相互避让的方法避免迎面相撞。加之列车速度快、质量大,从开始制动到停车需要行走较长的距离,这就产生了后续列车追撞前行列车的可能。闭塞设备是保证列车在区间运行安全的设备。铁路线路以车站(线路所)为分界点划分为若干区间,区间的界限在单线上以两个车站的进站信号机柱的中心线为车站与区间的分界线,在双线或多线上,分别以各线路的进站信号机柱或站界标的中心线为车站与区间的分界线。为了提高线路通过能力,在自动闭塞区段又将一个区间划分为若干个闭塞分区,以同方向两架通过信号机作为闭塞分区的分界线。为了保证列车在区间内的运行安全,列车由车站向区间发车时必须确认区间(分区)内没有
3、列车并须遵循一定的规律组织行车,以免发生列车正面冲突或追尾等事故。这种按照一定规律组织列车在区间内运行的方法一般叫做行车闭塞法简称闭塞。随着高速铁路的发展,列车运行自动控制设备水平也在不断提高,由列车超速防护提高到列车自动限速和列车自动运行等新技术。机车信号和列车超速防护系统的行车命令目前还是来自地面自动闭塞的轨道中传递的信息。随着数字化、无线传输技术、漏泄电缆及卫星定位技术的发展,依靠这些技术实现列车和地面控制中心、列车和列车之间的信息传输,就不需要将区间划分为固定的若干分区,来调整列车之间的追踪间隔。而是两个列车通过数据传输,自动的计算出实时的列车追踪安全间隔,使两列车之间的间隔最小,从而
4、提高了行车密度和区间通过能力。这种列车运行间隔自动调整又可称为移动自动闭塞,这种设备代表了区间闭塞技术的发展方向。目前为了保证行车安全,加强信号设备管理.检测信号设备的运用质量和更好的进行科学的故障分析,所以大量的新技术、新设备在铁路信号系统尤其是区间信号系统中得到广泛的应用,使铁路信号设备的技术水平得到了很大的提高。像以数字信号处理技术为基础的通用式机车信号系统,引进的法国高速铁路所使用的U-T系统,以及我国自行研制的新型移频自动闭塞系统,如ZPW-2000A,都已被广泛的应用。本次设计完成对XX下行自动闭塞区间工程设计的部分图纸。分别有:闭塞分区电路图.区间信号平面图、区间N+1电路图、移
5、频柜、综合柜布置图、移频柜零层配线表、组合架设备布置图,设备主要采用ZPW-2000A,主要介绍了ZPW-2000A的工作原理、设备构成及相关图纸的设计方法。第一章 ZPW-2000A无绝缘移频自动闭塞系统概述一. ZPW-2000A 概述ZPW-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。较之UM71,ZPW-2000A型无绝缘移频自动闭塞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。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
6、生因钢轨电气分离式断轨,轨道电路得不到检查,客车脱轨的严重事故,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。2002年5月28日,该系统通过铁道部技术鉴定,确定推广应用。二. ZPW-2000A型无绝缘移频自动闭塞系统特点系统的特点体现在以下几方面:1.分肯定、保持UM71无绝缘轨道电路整体结构上的优势
7、;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1km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ZC03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
8、代75m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,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。三. ZPW-2000A型无绝缘轨道电路系统构成1G(F1)调谐单元调谐单元调谐单元空心线圈相当总长 10km匹 配变压器SPT电缆电缆模拟网络相当总长10km室内匹 配变压器SPT电缆电缆模拟网络室外电缆模拟网络SPT电缆匹 配变压器补偿电容 主轨道电路 调谐区(短小轨道电路)2000 mm3700mm/2空芯线圈机械绝缘节接收发送GJ接收站防雷站防雷站防雷/2(XGJ、XGJH)(XG、XGH)(一)室外部分:1. 调谐区按29m
9、设计,调谐区包括调谐单元和空芯线圈,实现两相邻轨道电路电气隔绝。2. 机械绝缘节由“机械绝缘节空芯线圈”与调谐单元并接而成,其节特性与电气绝缘节相同。3. 匹配变压器一般条件下,按0.251.0km道碴电阻设计,实现轨道电路与SPT传输电缆的匹配连接。4. 补偿电容根据通道参数兼顾低道碴电阻道床传输,考虑容量,使传输通道趋于阻性,保证轨道电路良好传输性能。5. 传输电缆SPT型铁路信号数字电缆,1.0mm,一般条件下,电缆长度按10km考虑。根据工程需要,传输电缆长度可按12.5km、15km考虑。6. 调谐区设备引接线采用3600 mm、1600mm钢包铜引接线构成。用于BA、SVA、SVA
10、等设备与钢轨间的连接。(二) 室内部分1. 发送器用于产生高稳定高精度的移频信号源,采用微电子器件构成。该设备中,考虑了同一载频、同一低频控制条件下,双CPU电路。为实现双CPU的自检、互检,两组CPU及一组用于产生FSK移频信号的可编程控制器各自采用了独立的石英晶体源。发送设备的放大器均采用了射极输出器方式构成,防止故障时功出电压的升高。设备考虑了对移频载频、低频及幅度三个特征的检测。两组CPU对检测结果符合要求时,以动态信号输出通过“安全与门”控制执行环节发送报警继电器(FBJ)将信号输出。系统采用N+1冗余设计。故障时,通过FBJ接点转至“+1”FS。2.接收器ZPW-2000A型无绝缘
11、轨道电路将轨道电路分为主轨道电路和调谐区短小轨道电路两部分,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”。接收器的作用有: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。接收器除接收本主轨道电路频率信号外,还同时接收相邻区段小轨道电路的频率信号。接收器采用DSP数字信号处理技术,将接收到的两种频率信号进行快速付氏变换,获得两种信号能量谱的
12、分布,并进行判决。上述“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,作为轨道继电器(GJ)励磁的必要检查条件(XGJ、XGJH)之一XG、XGH1GJ3GJXGJ、XGJHG、GHG、GHXG、XGH调谐区短小轨道本轨道电路邻轨道电路主轨道JSFSCPU2CPU1JSCPU2CPU1综上,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
13、件。接收器外线连接示意图接收器端子代号及用途序号代号用途1D地线2+2424V 电源3(+24)24V电源(由设备内给出,用于载频及类型选择)4024024V电源51700(Z)主机1700HZ载频62000(Z)主机2000HZ载频72300(Z)主机2300HZ载频82600(Z)主机2600HZ载频91(Z)主机1型载频选择102(Z)主机2型载频选择11X1(Z)主机小轨道1型载频选择12X2(Z)主机小轨道2型载频选择13ZIN(Z)主机轨道信号输入14XIN(Z)主机邻区段小轨道信号输入15GIN(Z)主机轨道信号输入共用回线16G(Z)主机轨道继电器输出线17GH(Z)主机轨道继
14、电器回线18XG(Z)主机小轨道继电器(或执行条件)输出线19XGH(Z)主机小轨道继电器(或执行条件)回线20XGJ(Z)主机小轨道检查输入21XGJH(Z)主机小轨道检查回线221700(B)并机1700HZ载频232000(B)并机2000HZ载频242300(B)并机2300HZ载频252600(B)并机2600HZ载频261(B)并机小轨道1型载频选择272(B)并机小轨道2型载频选择28X1(B)并机正向运行选择29X2(B)并机反向运行选择30ZIN(B)并机轨道信号输入31XIN(B)并机邻区段小轨道信号输入32GIN(B)并机轨道信号输入共用回线33G(B)并机轨道继电器输出
15、线34GH(B)并机轨道继电器回线35XG(B)并机小轨道继电器(或执行条件)输出线36XGH(B)并机小轨道继电器(或执行条件)回线37XGJ(B)并机小轨道检查输入38XGJH(B)并机小轨道检查回线39JB+接收故障报警条件“”40JB-接收故障报警条件“”3. 衰耗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+24电源电压、发送供出电压、接收GJ、XGJ测试条件。4. 电缆模拟网络设在室内,按0.5、0.5、1、2、2、22km六段设计,用于对SPT电缆的补偿,总补偿距离为10km。(三) 系统防雷系统防雷可分为室内、室外两部分:1. 室外:(1)
16、 一般防护从钢轨引入雷电信号,含横向、纵向。横向:限制电压在75KV、10KA以上纵向: 根据设计,一般可通过空芯线圈中心线直接接地进行纵向雷电防护。 在不能直接接地时,应通过空心线圈中心线与地间加装横纵向防雷元件。电化牵引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500V、5KA以上。非电化区段则只考虑50Hz220V电流影响, 纵向限制电压选在280V(或275V)、10KA以上。(2) 防雷地线电阻要严格控制在10以下。对于采取局部土壤取样不能真实代表地电阻的石质地带,必须加装长的铜质地线,具体长度需视现场情况定。(3) 对于多雷及其以上地区,特别对于石质地层的地
17、区,有条件应加装贯通地线。2. 室内:防护由电缆引入的雷电信号。横向:限制电压在280V、10KVA以上。纵向:利用低转移系数防雷变压器进行防护。(四) 系统主要技术条件1 环境条件 ZPW2000A型无绝缘移频轨道电路设备在下列环境条件下应可靠工作: 周围空气温度:室外:-40+70;室内:-5+40; 周围空气相对湿度:不大于95%(温度30时); 大气压力:70.0kPa106kPa(相对于海拔高度3000m以下); 周围无腐蚀和引起爆炸危险的有害气体; 振动条件:室外:在135Hz时应能承受加速度为10m/s的正稳态振动。 室外:在135Hz时应能承受加速度为5m/s的正稳态振动。2
18、发送器(1)低频频率:10.3+n1.1Hz,n=017即10.3Hz、11.4Hz、12.5Hz、13.6 Hz、14.7 Hz、15.8 Hz、16.9 Hz、18 Hz、19.1 Hz、20.2 Hz、21.3 Hz、22.4 Hz、23.5 Hz、24.6 Hz、25.7 Hz、26.8 Hz、27.9 Hz、29 Hz。(2) 载频频率载频(Hz) -1(Hz) -2(Hz)1700 1701.4 1698.72000 2001.4 1998.72300 2301.4 2298.72600 2601.4 2598.7(3) 频偏:11 Hz(4)输出功率:70W(400负载)3 接收
19、器 轨道电路调整状态下:主轨道接收电压不小于240mv;主轨道继电器电压不小于20V(1700负载,无并机接入状态下);小轨道接收电压不小于42mv;小轨道继电器或执行条件电压不小于20V(1700负载,无并机接入状态下)。4 直流电源电压范围(1)直流电源电压范围:23.5V24.5V。(2)设备耗电情况:发送器在正常工作时负载为400,功出为1电平的情况下,耗电为5.55A;当功出短路时耗电小于10.5A;接收器正常工作时耗电小于500mA。5 轨道电路(1)分路灵敏度为0.15,分路残压小于等于140mA(带内)。(2)传输长度轨道电路传输长度 1.0.km 0.6 0.5 0.4.km
20、 0.3.km1700Hz 1500 824 674 574 4242000Hz 1500 824 674 574 4242300Hz 1500 824 624 524 4242600Hz 1460 774 624 524 424注:轨道电路有三种情况,规定如下:电气绝缘节电气绝缘节:由空心线圈空心线圈组成;电气绝缘节机械绝缘节:由空心线圈机械绝缘节空心线圈组成;机械绝缘节机械绝缘节:由机械绝缘节空心线圈机械绝缘节空心线圈组成。这三种轨道电路的传输长度是一致的。(3)主轨道无分路死区;调谐区分路死区不大于5m。(4)有分离式断轨检查性能;轨道电路全程(含主轨及小轨)断轨,有关轨道继电器可靠失磁
21、。6 系统冗余方式发送器采用N+1冗余,实行故障检测转换。接收器采用成对双机并联运用。五轨道电路传输安全性1 发送器用于产生高稳定高精度的移频信号源。采用微电子器件构成该设备中,考虑了同一载频、同一低频控制条件下,双CPU电路。为实现双CPU的自检、互检,两组CPU及一组用于产生FSK移频信号的可编程控制器各自采用了独立的石英晶体源。发送设备的放大器均采用了射极输出器方式构成,防止故障时功出电压的升高。设备考虑了对移频载频、低频及幅度三个特征的检测。两组CPU对检测结果符合要求时,以动态信号输出通过“安全与门”控制执行环节发送报警继电器(FBJ)将信号输出。2 接收器 用于对接收移频信号特征的
22、解调。控制执行环节轨道继电器(GJJ及小轨道执行条件)。接收设备也采用双CPU电路。在同一设定载频条件下,双CPU对接收信号的载频、低频及幅度三个特征进行解调判断。为保证故障安全,双CPU除需对载频控制条件进行比较查对外,还需检查载频、低频信号,满足通频带及能量谱相对幅值要求时,以动态信号输出,通过“安全与门”控制执行环节。3 电缆模拟网络 为防止电容断线时,电压升高,采用四端头电容。电感线圈采用高强度漆包线等工艺加强措施。4 调谐区短小轨道电路安全性的一般分析(1) 对小轨道电路“另阻抗”、“极阻抗”的分析 对f2而言,L1C1构成“零阻抗”。 对f1而言,L2C2构成“零阻抗”。 当构成“
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