第二节　移频轨道电路

移频轨道电路包括国产4信息、8信息、18信息移频轨道电路和引进的UM71无绝缘移频轨道电路，以及国产化的WG-21A型和ZPW-2000系列无绝缘移频轨道电路。现在大量使用的是ZPW-2000系列无绝缘移频轨道电路。在普速铁路，采用继电编码ZPW-2000型无绝缘移频轨道电路构成自动闭塞；在高速铁路，区间采用列控中心编码的ZPW-2000型无绝缘移频轨道电路，站内采用与区间同制式的有绝缘轨道电路（又称一体化轨道电路）。本书主要介绍ZPW-2000A型无绝缘移频轨道电路（简称ZPW-2000A型轨道电路）。

一、移频轨道电路的基本概念

移频轨道电路是移频自动闭塞的基础，又用作监督该闭塞分区的空闲。它选用频率参数作为控制信息，采用频率调制的方式，把低频调制信号FC搬移到较高频率（载频f0）上，以形成振荡不变、频率随低频信号的幅度作用期性变化的移频信号。移频信号波形如图1-4所示。从图中可看出，移频信号的变化规律，是以载频f0为中心，作上、下边频偏移。即当低频信号为低电位时，载频向下偏移，为f1=f0-Δf（称为下边频）；当低频信号为高电位时，载频向上偏移，为f2=f0+Δf（称为上边频）。可见，移频信号是受低频信号调制的作上、下边频交替变化，两者在单位时间内的变化次数与低频调制信号频率相同。

在轨道电路中传输的信息是低端载频f0-Δf和高端载频f0+Δf，载频f0实际上是不存在的。

由于低端载频和高端载频的交替变换接近于突变性的，好似频率的移动，因此称为移频轨道电路。

二、ZPW-2000系列无绝缘轨道电路的技术条件

1.一般规定

（1）ZPW-2000系列无绝缘轨道电路，满足以机车信号为行车凭证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≤1000A，不平衡系数≤10％。

（2）ZPW-2000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。

（3）ZPW-2000系列无绝缘轨道电路采用标准载频为：1700Hz、2000Hz、2300Hz、2600Hz。每个载频有-1、-2两种，载频中心频率见表1-1。

传输的低频调制信号频率为10.3+N×1.1Hz，N=0～17，即从10.3～29Hz，每隔1.1Hz一个，呈等差数列，共18个：10.3、11.4、12.5、13.6、14.7、15.8、16.9、18、19.1、20.2、21.3、22.4、23.5、24.6、25.7、26.8、27.9、29Hz。它们的信息码见表1-2。

续上表

（4）两相邻平行ZPW-2000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。

（5）ZPW-2000系列无绝缘轨道电路必须满足双线双方向运行要求。

（6）ZPW-2000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。

（7）ZPW-2000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。

（8）ZPW-2000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。

（9）ZPW-2000系列无绝缘轨道电路（单套设备）平均故障间隔时间（MTBF）≥4.38×104h/区段。

（10）ZPW-2000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。

（11）ZPW-2000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。

（12）ZPW-2000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。

（13）ZPW-2000系列无绝缘轨道电路应能向其他系统提供数据。

（14）ZPW-2000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。

（15）ZPW-2000系列无绝缘轨道电路应具备自检和在线监测联网功能。

（16）ZPW-2000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。

（17）ZPW-2000系列无绝缘轨道电路必须具备实现数字化升级的条件。

2.基本功能

（1）调整状态

在标准传输条件下（电缆长度10km），最低道砟电阻不小于表1-3所列值，轨道电路必须满足一次调整，轨道电路接收器输入电压，不小于240mV，轨道电路设计长度为表1-3规定值，该设计长度已有8％的余量。当实际道砟电阻低于0.4Ω·km时，可适当缩短轨道电路设计长度，特殊处理。

表1-3适用于轨道电路两端均采用电气绝缘节，或一端为电气绝缘节、一端为机械绝缘节，或两端均采用机械绝缘节的配置情况。

（2）分路状态

①在最不利条件下，用0.15Ω分路电阻在轨道电路任一处轨面分路时（电气绝缘节区域内除外），轨道电路接收器输入电压不大于140mV。

②ZPW-2000系列无绝缘轨道电路电气绝缘节区域内分路死区长度不大于5m。

③在最不利条件下，轨道电路任一处轨面机车信号短路电流不小于表1-4规定值。

④断轨检查，当ZPW-2000系列无绝缘轨道电路钢轨出现电气断离时，轨道电路接收器得到可靠占用检查。

3.室外设备

（1）ZPW-2000系列无绝缘轨道电路设置钢轨补偿电容，沿钢轨按均匀间隔原则设置。根据轨道电路载频选用补偿电容值；或采用一种补偿电容值，通过不同间距，实现对轨道电路各种载频信号的补偿。补偿电容容值不多于4种，补偿电容间距不小于50m。

（2）ZPW-2000系列无绝缘轨道电路设置空芯线圈，根据轨道电路载频设置调谐单元，并采用专用引接线构成电气绝缘节。该电气绝缘节长度不大于30m，电气绝缘节隔离系数不小于10。必要时，可设置第2级零阻抗器件，进一步防护轨道电路载频信号向其他区段的纵向串音。

（3）补偿电容、调谐单元、空芯线圈等器材的安装，应满足大型自动化养路机械设备施工要求。

（4）ZPW-2000系列无绝缘轨道电路宜采用铁路内屏蔽数字信号电缆，以实现多区段同频合缆敷设方式，也可采取轨道区段1个信号点1根电缆的敷设方式。在实际电缆长度基础上，增加电缆模拟盘补充长度，以补足规定长度。当电缆长度超过10km，但不大于15km时，进行特殊处理或设置中继站。

电缆芯线使用必须遵守以下原则：①相同频率的发送线对和接收线对不能使用同一根电缆；②相同频率的发送线对或接收线对不能使用同一四芯组。

4.ZPW-2000系列无绝缘轨道电路电子设备

（1）ZPW-2000系列无绝缘轨道电路接收器和发送器的可靠度指标：平均故障间隔时间（MTBF）≥15×104h。

（2）ZPW-2000系列无绝缘轨道电路接收器和发送器要求最高的安全性完善度等级，其安全度指标要求平均危险侧输出间隔时间≥1011h。

（3）ZPW-2000系列无绝缘轨道电路接收器和发送器应考虑热插拔设计。接插件应接触可靠，易于插拔，结构坚实，不发生机械变形，并应具有防错插措施。接插件插拔次数应保证在500次以上。

5.供电及电源设备

ZPW-2000系列无绝缘轨道电路接收器和发送器采用24V或48V直流稳压电源、不间断供电。

6.电磁兼容与雷电防护

（1）ZPW-2000系列无绝缘轨道电路雷电防护措施，应符合相关规定。

（2）ZPW-2000系列无绝缘轨道电路使用的内屏蔽数字信号电缆，在电缆始、终端，内、外屏蔽层必须良好连接，并可靠接地。当接地断线时，不能造成地面信号和机车信号显示升级。

（3）ZPW-2000系列无绝缘轨道电路信号楼内布线应采用电磁兼容和防雷设计，发送和接收线对必须单独使用屏蔽扭绞线对。

（4）地线设置，室外贯通地线和室内接地网接地电阻值不大于1Ω，或执行相关规定。对于重雷害地区，地线设置还应采取特殊措施。

三、ZPW-2000系列轨道电路的特点

（1）在解决调谐区断轨检查后，实现了对轨道电路全程断轨的检查，大幅度减少了调谐区死区长度（20m减小到5m以内），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。

（2）利用新开发的轨道电路计算软件实现了轨道电路参数的优化，大大提高了轨道电路的传输长度，将1.0Ω·km道砟电阻的轨道电路传输长度提高了44％（从900m提高到1300m），将电气—机械绝缘节的轨道电路长度提高了62.5％（从800m提高到1300m），改善了低道砟电阻轨道电路工作的适应性。

（3）用SPT国产铁路信号数字电缆取代法国的ZCO3型电缆，线径由1.13mm降至1.0mm，减少了备用芯组，加大了传输距离（从7.5km提高到10km），使系统的性能价格比大幅度提高，显著降低了工程造价。调谐区设备的70mm2铜引接线用钢包铜线取代，方便了维修。

（4）单片微机和数字信号处理芯片代替晶体管分立元件和小规模集成电路，提高了发送移频信号频率的精度和接收移频信号的抗干扰能力。

（5）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”。

四、ZPW-2000A型轨道电路的基本原理

1.ZPW-2000A型轨道电路的系统构成

ZPW-2000A型轨道电路的室内设备包括发送器、接收器和电缆模拟网络，室外设备包括调谐单元、空芯线圈、匹配变压器、补偿电容。

有电气-电气绝缘节（JES-JES）结构和电气—机械绝缘节（JES-BA//SVA′）结构两种，两者电气性能相同，前者系统构成如图1-5所示。

ZPW-2000A型轨道电路将原轨道电路分为主轨道电路和调谐区短小轨道电路两个部分，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”。

发送器用来产生高精度、高稳定性的移频信号，同时向线路两侧主轨道电路、小轨道电路发送信号。

接收器用来接收主轨道电路和相邻区段发送器在调谐区构成的信号，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）。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，向相邻区段提供小轨道电路状态（XG、XGH）条件。接收器采用数字信息处理技术，将接收到的两种频率信号进行快速傅氏变换，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（XG、XGH）送本轨道电路接收器，作为轨道继电器（GJ）励磁的必要检查条件（XGJ、XGJH）之一，如图1-6所示。

发送器采用“n+1”冗余方式，接收器采用“0.5+0.5”冗余方式，以保证接收系统的高可靠运用。

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）条件。

2.谐振式无绝缘轨道电路构成和原理

谐振式无绝缘轨道电路由设于室内的发送器、接收器、轨道继电器和设于室外的调谐单元（BA）、空芯线圈（SVA）、匹配变压器及若干补偿电容组成，原理如图1-7所示。

两个调谐单元BA1与BA2间距离29m，空芯线圈（SVA）位于BA1、BA2的中间。BA1、BA2、SVA及29m长的钢轨构成电气调谐区。电气调谐区又称电气绝缘节，取消了机械绝缘节，实现了相邻轨道电路的隔离。电气绝缘节（调谐区）由调谐单元、空芯线圈及29m钢轨组成，用于实现两轨道电路的电气隔离。电气绝缘节两端各设一个调谐单元BA，两个调谐单元BA1与BA2间距离29m。空芯线圈SVA位于BA1、BA2的中间。BA1、BA2、SVA及29m长的钢轨构成电气调谐区。电气调谐区又称电气绝缘节，取消了机械绝缘节，实现了相邻轨道电路的隔离。

电气绝缘节原理如图1-8所示。调谐单元BA是电气绝缘节的主要部件。相邻轨道电路的载频不同，BA的型号也不同。BA1型由L1、C1构成，BA2型由L2、C2、C3构成。图1-8中，BA1的本区段是1G，相邻区段是3G；而BA2的本区段是3G，相邻区段是1G。

电气绝缘节的绝缘原理是利用谐振来实现的。当载频确定后，选择BA1及BA2的参数，使本区段的调谐单元对相邻区段的频率呈串联谐振，只有百分之几欧姆的阻抗（称为“零阻抗”），移频信号被短路；而对本区段的频率呈容抗，与29m钢轨的电感和SVA的电感配合产生并联谐振，有2～2.5Ω的阻抗（称为“极阻抗”），移频信号被接收。这样，某种载频的移频信号只能限制在本区段传送，而不能向相邻区段传送，没有机械绝缘节就像有绝缘节一样，构成了电气隔离。

在图1-7中，通过选择BA1和BA2的参数，使BA1对相邻区段3G的移频信号呈串联谐振，使3G的移频信号在BA1处被短路。对3G的移频信号，BA1不能接收，而且阻止其向左传送。同时，BA1对本区段1G的移频信号呈容性，与29m长的钢轨和SVA的电感相配合，产生并联谐振，使1G的移频信号能向左传送或被接收。同理，BA2对相邻区段1G的移频信号并串联谐振，1G的移频信号在BA2处被短路，不能接收，也不能向右传送；BA2在29m长的钢轨和SVA的电感配合下，对本区段3G的移频信号产生并联谐振，能向右传送或被接收。

电气调谐区之所以确定为29m，是为了获得调谐单元与轨道电路的匹配连接。这与轨道电路的载频和频偏的选择、调谐单元元件参数的选择及钢轨材质参数等因素有关，成为谐振式无绝缘的“固有问题”。若调谐区长度选择较长，则L1加大，线圈电阻随之加大，不利于对相邻区段的电气隔离。调谐区长度选择较小，对F1而言，使并联谐振阻抗降低，从而加大了F1信号在调谐区的衰耗。C2选择较小，L2较大，不利于相邻区段信号的电气隔离；C2选择较大，L2较小，虽利于电气隔离，但是L2减小，又使得对F2的并联谐振阻抗降低，增大了信号的衰耗。另外，C3容量随着C2增大而增大（C3较C2容量大3倍左右），体积过大，增加了制造上的困难。故C2、L2、C3三元件要兼顾轨道电路隔离、本区段信号衰耗以及元件制造等因素，综合考虑确定。

电气调谐区是轨道电路的“死区段”，在“死区段”内失去对车辆占用的检查。这个“死区段”对列车的正常运行没有妨碍，也不影响机车信号的连续显示。只是短于29m的轨道车或最外轴距短于29m的单机正好停在调谐区内才会造成失去检查的情况。因此，规定调谐区内禁止轻型车辆和小车停留。有关电气绝缘节的知识详见本书附录。

3.移频自动闭塞的基本工作原理

移频自动闭塞以钢轨作为通道，采用移频轨道电路传输低频信号，自动控制区间通过信号机的显示，指示列车运行。

在移频自动闭塞区段，移频信息的传输是按照运行列车占用闭塞分区的状态，迎着列车的运行方向，自动地向前方闭塞分区传递信息的。如图1-9所示，若下行线有两列列车A、B运行，A列车运行在1G分区，B列车运行在5G分区。由于1G有列车占用，防护该闭塞分区的通过信号机7显示红灯，这时7信号点的发送设备自动向前方闭塞分区2G发送26.8Hz调制的、中心载频为2300Hz的移频信号。当5信号点的接收设备接收到该移频信号后，使通过信号机5显示黄灯。此时5信号点的发送设备自动地向前方闭塞分区3G发送以16.9Hz调制的、中心载频为1700Hz的移频信号。当3信号点的接收设备接收到该移频信号后，使通过信号机3显示绿黄灯，同样，2信号点的发送设备又自动地向前方闭塞分区4G发送13.6Hz调制的、中心载频为2300Hz的移频信号，当1信号点的接收设备接收到此移频信号后，使通过信号机1显示绿灯。1信号点的发送设备又自动地向前方闭塞分区4G发送11.4Hz调制的、中心载频为1700Hz的移频信号。由于续行列车B已进入5G分区，可按规定速度继续运行。如果列车A由于某种原因停在1G分区，则当续行列车B进行4G分区，司机见到通过信号机3显示绿黄灯，则应注意减速运行。当续行列车B进入3G分区，司机见到通过信号机5显示黄灯，则应进一步减速运行。当续行列车B进入2G分区时，由于通过信号机7显示红灯，司机采取制动措施，使列车B停在显示红灯的通过信号机7的前方。这样，就可根据列车占用闭塞分区的状态，自动改变地面信号机的显示，准确地指挥列车的运行，实现自动闭塞。

4.ZPW-2000A型轨道电路的传输安全性

（1）调谐区断轨检查

将调谐区长为29m的轨道电路，正常工作时接收端电流属于并联谐振电流的一部分。在规定道砟电阻条件下，钢轨断轨时，该电流大幅度下降，使轨道继电器落下。在1Ω·km道砟电阻条件下，若不设短轨道电路，29m内无断轨检查。在最不利条件下，断轨时接收残压仅为轨道继电器落下值的1/508，有断轨检查保证。

（2）轨道电路全程断轨检查

主轨道电路在最不利条件下，具有断轨检查保证，且有足够余量（断轨时接收器残压约为可靠落下值的50％以下）。主轨道电路在较长长度下具有断轨检查功能，补偿电容起到关键作用。不设补偿电容时，满足断轨检查的长度仅约700m。在钢轨同侧两端接地条件下，仍具有断轨检查及0.15Ω分路检查的功能。

在解决了调谐区断轨检查后，实现了轨道电路的全程断轨检查。

（3）减小调谐区0.15Ω分路“死区”长度

由于接收端阻抗较低，造成一段0.15Ω分路“死区”。该“死区”长度与接收端工作电压值的设定有关。当工作值储备系数（（工作值-灵敏度/灵敏度）×100％）为40％（即灵敏度为71.4mV，工作值100mV）时，分路“死区”长度小于5m；当为30％时，约3m。

在∞Ω·km条件下，若不设短轨道电路，29m内0.15Ω分路“死区”长度为21.5m（距送端4m，受端3.5m）；设短轨道电路时，分路“死区”长度为5m。

（4）调谐单元断线检查

利用调谐单元（BA）断线对本区段频率的信号绝缘节阻抗降低，对相邻频率的信号绝缘节阻抗升高的原理，用调谐区轨道电路工作门限值即可实现对BA断线的检查。送端BA断线，接收端电压降低约50％；受端BA断线，接收端电压升高约500％～700％，接收器设置接收门限对此进行检测。

（5）钢轨对地不平衡对传输安全的影响及防护

钢轨对地不平衡指轨道电路钢轨同侧两端接地或与其他金属物（送、受电端引接线、金属箱盒外壳、待更换钢轨等）相通形成第三轨的情况。

由于无绝缘轨道电路两运用钢轨有电容补偿，已近于呈阻性传输状态，“第三轨”的出现与两运用钢轨无补偿作用，对移频信号均呈感性，对轨道电路的传输、调整、分路、断轨检查、机车信号入口电流等均无显著影响。