兰新线ZPW-2000A型区间自动闭塞系统设计

兰新线ZPW-2000A型区间自动闭塞系统设计 兰新线ZPW-2000A型区间自动闭塞 系统设计 作者:姚海明 工会电大2003级通信专业 二??五年四月五日 设计大纲 一、设计的目的和意义 通过理论联系实际，巩固所学的知识，提高处理实际问题的能力，了解通信方面的主要内容，为自己能顺利与社会环境接轨做准备，根据所学的知识结合现场实际，ZPW2000型自动闭塞的技术特点，在以后的施工现场中不断地丰富和完善，并在各条施工线进行推广和应用。 二、设计的原理 根据我单位首次施工的兰新线ZPW-2000A自动闭塞的技术加以叙述，利用新开发的轨道电路计算软件实现了轨道参数的优化，大大提高了轨道电路的传输长度，改善了低道床电阻轨道电路工作的适应性。 三、设计功能简介 1.充分肯定、保持UM71无绝缘轨道电路整体结构上的优势。 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传输。 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 1Ω?km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ZCO3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代75mm2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。 四、设计的时间进度表 2004.10,2004.12查找资料,确定选题,书写设计大纲。 2004.12,2005.1根据大纲,书写初稿说明书。 2005.1,2005.2书写二稿说明书。 2005.2,2005.3定稿完成。 2005.4月答辩。 目 录 1. 工程概况 ............................................... 2 2. ZPW2000A型自动闭塞的特点 ............................... 2 3. ZPW2000A型自动闭塞系统构成 ............................. 2 4. ZPW2000A自动闭塞系统室外设备 ........................... 4 4.1. 调谐区 .......................................................... 4 4.2. 机械绝缘节 ...................................................... 4 4.3. 匹配变压器 ...................................................... 5 4.4. 补偿电容器 ...................................................... 5 4.5. 电缆 ............................................................ 5 4.6. BA、SVA、SVA引接线 .............................................. 6 5. ZPW2000A自动闭塞系统室内设备 ........................... 6 5.1. 发送器 .......................................................... 6 5.2. 接收器 .......................................................... 7 5.3. 电缆模拟网络 .................................................... 7 6. ZPW2000A型自动闭塞系统的开通 ........................... 9 6.1. 开通要点时间 .................................................... 9 6.2. 给点后开通倒装调试 ............................................. 10 7. ZPW2000A型无绝缘轨道电路传输长度 ...................... 11 8. 效益分析 .............................................. 11 9(总结 ..................................................... 11 兰新线ZPW2000A型区间自动闭塞系统设计 序言 ZPW-2000A系列无绝缘轨道电路，采用1700Hz-2600Hz载频段、FSK制式轨道电路传输特性、主要参数及计算机技术，满足机车信号为主体信号的自动闭塞及列车超速防护系统要求。在最不利条件下，每段轨道电路内，可变环节的电气参数经首次调整后，能满足调整、分路、机车信号、断轨检查四种状态的要求，无需随设定范围之内的外界参数变化再次进行调整。 ZPW-2000A系列无绝缘轨道电路，满足以机车信号为主体信号的自动闭塞系统要求。适用于电气化牵引区段和非电气化牵引区段的区间及车站轨道电路区段，也可用于机械绝缘节轨道电路区段。 电气化牵引区段工作环境:轨道回流小于等于1000A，其不平衡系数小于等于10%。 ZPW-2000A系列无绝缘轨道电路采用调谐式电气绝缘节，沿钢轨按规定距离敷设补偿电容，进行传输补偿。 ZPW-2000A系列无绝缘轨道电路采用标准载频为1700Hz、2000Hz、2300Hz、2600Hz。传输的低频调制信号频率为10.3Hz、11.4Hz、12.5Hz、13.6Hz、14.7Hz、15.8Hz、16.9Hz、18Hz、19.1Hz、20.2Hz、21.3Hz、22.4Hz、23.5Hz、24.6Hz、25.7Hz、26.8Hz、27.9Hz、29Hz。 两相邻平行ZPW-2000A系列无绝缘轨道电路采用相同载频时，必须具备可靠的邻线干扰防护能力。 ZPW-2000A系列无绝缘轨道电路必须满足双线双方向运行要求。 ZPW-2000A系列无绝缘轨道电路发送器输出电动势，波动?3%时，该轨道电路接收器必须实现一次调整。 ZPW-2000A系列无绝缘轨道电路必须工作可靠并符合故障—安全原则。出现故障后，不能造成地面信号和机车信号显示升级。 ZPW-2000A系列无绝缘轨道电路采用计算机技术，通过硬、软件措施，实现轨道电路系统的安全性。 ZPW-2000A系列无绝缘轨道电路(单套设备)平均无故障间隔时间(MTBF)大于或等于4.38×104h/区段。 ZPW-2000A系列无绝缘轨道电路计算机软件的安全性完善度等级应为4级。 ZPW-2000A系列无绝缘轨道电路电子设备有关电源、外部接口及电磁兼容等环境条件和使用条件的设计应采用与安全性完善度等级相适应的设计方法。 ZPW-2000A系列无绝缘轨道电路硬件和软件结构应实现模块化、标准化、系列化和软件工程化管理。 ZPW-2000A系列无绝缘轨道电路应能向其他系统提供数据。 ZPW-2000A系列无绝缘轨道电路与其他系统通信时，应采用统一、专用的安全通信协议。 ZPW-2000A系列无绝缘轨道电路应具备自检和在线监测联网功能。 ZPW-2000A系列无绝缘轨道电路同序列号设备必须具备互换性，有条件时，与UM71轨道电路设备也应能实现互换。 ZPW-2000A系列无绝缘轨道电路必须具备实现数字化升级的条件。 1. 工程概况 兰新线东起陇海铁路，西接北疆及南疆铁路，是贯穿我国中部的东西铁路干线的西部，也是连接欧亚两大洲“欧亚大陆桥”的重要通道，同时又是新疆通往祖国内地各省区唯一的铁路运输通道，该线地处甘肃河西走廊和新疆戈壁滩之中，地形除穿越云山地段外，一般比较平坦，桥隧较少。 本标段施工范围:K1471+100 ,K1402+600段区间信号自动闭塞及各车站站内电码化的改造，区间全长68.5km。 本标段内主要技术标准:区间地面信号采用四显示 机车采用ZPW-2000A型18信息集中移频， 区间采用复线单向集中移频四显示自动闭塞。 区间信号机位置按列车追踪时间8分钟布置。 本工程采用ZPW-2000A型18信息移频自动闭塞，非电化、无选频、发送N+1、接收0.5+0.5冗余系统。 室外电缆采用SPTYWA23型综合扭绞综合护套数字信号电缆。 电缆地下接续合采用HDM-T型免维护地中盒。 2. ZPW2000A型自动闭塞的特点 在解决调谐区段检查后，实现了对轨道电路全程断轨检查，大幅度减小了调谐区段死区长度，实现了对调谐单元的断线检查和对拍频信号干扰的防护，大大提高了传输的安全性。 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,提高了系统可靠性,大幅度提高了单一电子设备故障不影响系统正常工作的“系统无故障工作时间”。 3. ZPW2000A型自动闭塞系统构成 ZPW-2000A型无绝缘移频自动闭塞是在UM71无绝缘轨道电路技术的基础上，结合我国铁路现状及技术研制开发的。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 统的可靠性。ZPW-2000A型无绝缘轨道电路由室内、室外及系统防雷三部分组成。 主轨道电路 调谐区 ?/2 ?/2 ? 3700mm 小轨道电路 ??? ? ??? 机空调调空调补偿电容 械谐谐芯谐芯绝单单线单„„„„„„ 线缘元元圈元 1G(F1) 圈节 ?? ? ???? 匹 配 匹 配 匹 配 2000mm 变压器 变压器 变压器 室外 传输电缆 传输电缆 传输电缆 相当总长 相当总长 10Km 10Km 电缆模 电缆模 电缆模 室内 拟网络 拟网络 拟网络 站防雷 站防雷 站防雷 XGJ、XGJH 接收 发送 接收 站防雷 XG、XGH GJ GJ ZPW-2000A型无绝缘轨道电路系统示意图 ZPW2000A型无绝缘自动闭塞系统有电气—电气绝缘节结构和电气—机械绝缘节机构两种。两者电气性能相同。现以后者为例予以介绍。 ZPW-2000A型无绝缘轨道电路将轨道电路分为主轨道电路和调谐区段小轨道电路两部分，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”。 发送器同时向线路两侧住轨道电路、小轨道电路发送信号。 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数字信息处理技术，将接收到的两种频率信号进行快速变换，获得两种信号能量谱的分布。 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送至本轨道电路接收器，作为轨道继电器励磁的必要检查条件。 这样，接收器用于接收主轨道电路信号，并在检查所属调谐区段小轨道电路状态条件下，动作本轨道电路的轨道继电器。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条件。 4. ZPW2000A自动闭塞系统室外设备 室外设备包括调谐单元、空心线圈、匹配变压器、补偿电容。 各部分的作用如下: 4.1. 调谐区 调谐区按29m设计，以获得调谐单元与轨道电路的匹配连接。 调谐单元 匹配变压器 调谐单元、匹配变压器安装示意图 4.2. 机械绝缘节 为取得与JES—JES同样的电气性能，空心线圈参数也根据传输通道参数和载频频率设计，命名为SVA(分1700Hz、2000Hz、2300Hz、2700Hz四种) 调谐单元与匹配变压器(ZPW.XKJ)应背对背安装在同一基础上(调谐单元安装在靠线路侧)，空芯线圈单独安装，且设备都应加装双体防护盒防护。 调谐单元及空心线圈防护盒中心距匹配变压器防护盒中心、调谐单元及空心线圈防护盒中心距扼流变压器中心或机械绝缘节(非电化)之间距离均为700mm。且防护盒最外边缘与扼流变压器内侧成一直线。 空芯线圈与匹配变压器的连接线安装在同一专用塞钉上，并与钢轨连接。 机械绝缘节安装图如下: 空芯线圈 700mm 匹配变压器 2连接线 7.4mm扼流变压器 防护盒 调谐单元 与钢轨连接线 轨枕卡具 2220mm 700mm 700mm 4.3. 匹配变压器 按传输通道参数和载频频率进行设计，实现了轨道电路与SPT传输电缆的匹配连接。 匹配变压器 4.4. 补偿电容器 根据传输通道参数传输特性优选，并兼顾低道床电阻的传输。 当轨道电路较长时，钢轨呈现较高的感抗值，如感抗值高于道碴电阻时，则钢轨对信号传输有影响。为消除此影响在发送端与接收端之间每一段距离加装一补偿电容进行补偿，保证信号的传输。 补偿电容的容量有28uF、30uF、33uF、40uF、46uF、50uF、55uF共7种。安装数量及容量根据轨道电路的长度L调、道碴电阻的高低在补偿电容的配置表中查找确定。 补偿电容应等间距安装，其安装步长应符合公式:?=L调/Nc(注:L调为轨道电路两端调谐单元间的距离。如两端为电气绝缘节，则L调=轨道电路实际长度L-29;如一端为电气绝缘节一端为机械绝缘节，则L调=轨道电路实际长度L-14.5;如两端都为机械绝缘节，则L调=轨道电路实际长度L。?代表补偿电容的等间距长度，Nc代表补偿电容数量,由设计给出)。允许公差?0.5m。 4.5. 电缆 传输电缆采用国产铁路数字型电缆SPT 根据定复测资料，组织人员在现场进一步确认径路，编制所需该站的电缆配盘表，防护电缆及道砟或道床的材料数量，准备测试仪表、电缆支架、挖沟工具等。 按现场调查情况，确定地下管道并在电缆穿过障碍物处做好标记，加工电缆过钢轨、桥、涵以及困难地段的防护材料。对整盘电缆敷设前应进行单盘测试，对每盘电缆的线间绝缘、对地绝缘、环线电阻、耐压特性、线间电容等技术参数作好详细。 根据现场情况，对电缆进行预配，并标明该电缆盘在敷设前应放的地点，使相邻两根电缆做到A、B端首尾相连。 电缆引入分线柜转弯时，不得有硬弯或背扣;每根电缆必须有大于5m的备用量，备用的电缆呈U字型盘放在电缆房(井)内，不得盘成O型。 分线柜内的电缆，应排列整齐，并分段固定牢固，引入孔堵严。电缆有去向铭牌。 4.6. BA、SVA、SVA引接线 采用3600mm、1600mm铜包铜线。 5. ZPW2000A自动闭塞系统室内设备 室内设备包括发送器、接收器和电缆模拟网络 由于ZPW-2000A自动闭塞室内设备间连线传输较高频率的移频信号，因此，防干扰和电磁兼容是室内设备配线重点考虑的问题。此外，防火阻燃以及线与接线端子连接的可靠性，也是需要在工艺上改进和提高的。为此，在室内进行配线施工时，应满足如下技术要求: 信号机械室内部的各种配线全部采用阻燃型。与数据通信线共槽的线缆均应采用阻燃屏蔽线。 室内线缆布线禁止出现环状。 设备机柜的配线端子、组合侧面、零层以及分线柜端子宜采用插接或压接方式。 ×0.15)、接收线应设备机柜上方走线槽中的电缆、电源线、发送线、通用线(23 分别放置。 机柜内的接收及发送电缆应与其它配线分开放置。 各种配线不得有中间接头和绝缘破损现象。 5.1. 发送器 发送器用来高精度、高稳定性的移频信号。仅对激励放大器作变动，将原分立元件组成的射极输出器改为运算放大器组成的射极输出器，从而解决了射极负载为变压器时 直流工作点难以调整及在温度变化时易影响工作稳定性的问题 。 发送器采用载频通用型和“N+1”冗余方式。 5.2. 接收器 接收器采用DSP进行解调。增加了调谐区轨道电路的输入、调整、采样、执行环节。 主轨道电路、小轨道电路大模/数转换器，将主机、并机输入的模拟信号转换成计算机能处理的数字信号。 CPU1、CPU2是微机系统，完成主机、并机载频判决、信号采样、信息判决和输出驱动等功能。 安全门将两路CPU输出的动态信号变成驱动继电器的直流输出。 接收器采用成对双机并联方式，由本接收主机与另一接收“并机”两部分组成。如 A A 图所示: 主 主 主 机 机 输 输 机 入 出 A并机输入 B并机输入 并 机 B B 主 主 机 主 机 输 输 机 出 入 并 机 B并机输入 B并机输出 A主机输入接至A主机，且并联接至B并机; B主机输入接至B主机，且并联接至A并机; A主机输出与B并机输出并联，动作A主机相应执行对象; B主机输出与A并机输出并联，动作B主机相应执行对象; 5.3. 电缆模拟网络 设在室内，按0.5、0.5、1、2、2、2×2Km六段设计，用于对室外传输电缆的补偿， 使其传输电缆长度达到10Km。 本轨道电路 邻轨道电路 主轨道 调谐区 小轨道 1G 3G XGJ XGJH XGJ XGJH FS JS JS XG XGH XG XGH G GH G GH 3GJ 1GJ . 轨道区段结构示意图 为了信号设备的使用安全及减少雷电对设备的损坏和干扰，在新建成和有条件的既 有线改造过程中，应在信号机械室设置接地网，并在室外埋设贯通地线，以保证各处设 备等电位。 信号地线网接地电阻不大于1Ω。 信号机械室内所有设备金属外壳、防静电地板各个支撑件相互焊接后，与地线网相 连。当信号机械室有基础接地体时，与信号室内接地网连接。 电缆屏蔽层及排流线、钢带、铝护套接汇集接地端子排。 225mm电缆线 250mm裸铜线 贯 通 每隔5,7米铜 缆 最大1米 每隔2,3米 各种地线连接不能盘绕和迂回。 由于条件限制，不具备环形地网设置条件的, 必须设置综合接地体。综合接地体接 地电阻?1Ω, 网格地线与综合接地体、综合接地体与贯通地线的连接参照环形地网的连接标准。综合接地体采用石墨接地极或铜板等金属接地极。 6. ZPW2000A型自动闭塞系统的开通 兰新线鄯善至哈密段区间设备全部新设，自闭开通具备如下条件:完成站内改造及过渡施工、室内外区间自闭设备的安装、室外设备调试，模拟试验、区间设备单独送电试验、调试区间轨道电路。(开通如下图) 电源屏调试 信号机单点试验 机柜空载送电 插装设备 模拟电路制作 设备送电、电路 调试、试验 结合电路、方向电路、 信号机联通试验 站内电码化试验 开通准备、 部分轨道电路调试 开通倒装、调试 6.1. 开通要点时间 封锁区间40分钟，停用区间64D半自动闭塞设备(封锁区间，区间不通车)，在封闭时间点内，室外拆除既有预告信号机和接近区段轨道电路，倒接ZPW2000A联锁设备，室内修改既有配线，完成进站和区间结合电路的修改，确保进站信号机开放，凭进站信号机显示可以接车，出发信号机联锁关系正确，但信号不开放，采用路票发车。 室内配合电务人员进行区间自闭试验及站间联系试验。计划在40分钟试验完毕，同时启用ZPW2000A自动闭塞系统，试验内容如下: 区间通过信号机和轨道区段联调试验及测试;主灯丝断丝报警试验。 站间联系电路试验及测试;室内移频设备联调试验及测试。 灯光转移试验;发送器N+1试验及测试。接收故障、移频报警试验;站内电码化试验及测试。出发信号机开放显示试验。 进站信号机各种开放显示试验及站口发码试验及测试。 两站间方向电路试验及测试。区间电源屏试验及测试。 多台机车压道及机车信号接收试验。反向运行试验。 试验完毕开通区间自动闭塞设备，启用出发信号机黄灯显示。 开始 工作人员到位 登记请求要点 收到调度命令、给施工点 安装补偿电容器 修改控制正线部分 启动电码 台表示灯 修改施工 安装调谐单元、空芯线圈的轨道连接线 化电路 测量ZPW-2000A轨道电路参数 其他条件修改施工 联调试验 核对信号显示 登记请求开通 aitong 结束 6.2. 给点后开通倒装调试 室外旧设备拆除，新设备安装就位，完成安装之后，与室内联系进行统调。 室内修改配线;控制台单元修改;电源倒接。 进行站内区段调试，调整发送器输出电压。 室内外轨道区段设备连接后，进行统一调试;综合测试仪使用的频率档位应于所测信号的频率相一致。用综合测试仪在衰耗盘“主轨道输出”插孔电压应不小于240mV;“小轨道输出”插孔电压应不小于38mV。 “GJ”插孔轨道继电器电压应不小于20V。“XGJ”插孔小轨道执行条件电压应不小于20V，开路大于30V。 分路测残压:用0.15Ω的分路线分别在轨道送端、受端及中间任何一点分路，接收器限入电压应小于140mV;继电器电压应小于3.4V，并可靠落下。小轨道接收端落下门限不小于20.7mV。 所有轨道区段调整完毕，轨道继电器正常工作后，可随着列车实际运行，观察相应 的信号显示和轨道占用情况。 7. ZPW2000A型无绝缘轨道电路传输长度 在相同的条件下，UM71为0.8,1.1km,而ZPW2000A为1.3,1.5km,且电气-电气绝 缘节和电气-机械绝缘节具有同样的传输长度. 轨道电路传输长度延长的原因有: 通过“GA-1”型计算软件对各有关参数的分析和综合优选。 分析并修正了UM71的BA与钢轨特性参数上的失配。 补偿电容容量优化及改善分路的新型配置。 ，用BA//SVA代替BA//SVA，与JES-JES等效。 采用DSP解调，大大提高抗电气化干扰能力和“分路残压+干扰”的防误能力。 优化了传输电缆与轨道电路的匹配设计。 8. 效益分析 该技术首次运用于兰新线，开通运行后效果良好，没有出现工程质量问题。已经把 该技术的安装与调试推广在全路范围内进行应用。 9(总结 通过本次毕业设计，我了解了很多相关的知识，同时感谢老师的指导，并把所学的 知识运用到今后的施工生产中，并不断地进行巩固和完善。 此致: 敬礼～ 工会电大2003级通信专业 二??五年四月十二日 参考文献: 《ZPW-2000A施工工艺资料》 《铁路信号施工规范》 《铁路信号质量评定验收标准》 现场收集资料和施工经验