1、铁路信号新技术,黄秀玲 2013年9月,本课程概述,铁路信号的范围？,铁路信号的作用？,本课程的主要内容?,铁路信号的作用？,铁路信号主要功能是保证铁路行车安全。 提高铁路区间和车站的通过能力、增加铁路运输经济效益、改善铁路员工劳动条件的一种现代化科学管理手段和技术。,铁路信号的范围?,铁路信号：是向有关行车和调车作业人员发出的指示和命令；,联锁设备：用于保证站内行车和调车工作的安全和提高车站的通过能力；,闭塞设备：用于保证列车区间内运行的安全和提高区间的通过能力。,铁路信号的范围?,京九线商丘北站驼峰场信号,本课程的主要内容?,行车调度指挥自动化系统,新型信号基础设备,车站计算机联锁,新型自
2、动闭塞,列车运行控制系统,驼峰自动化,信号微机监测,1、新型信号基础设备,铁路数字信号电缆,信号智能电源屏,新型道岔转换与锁闭设备,新型轨道电路,LED色灯信号机,1.1 LED色灯信号机,LED色灯信号机：信号点灯单元由LED发光二极管构成的色灯信号机。优点：发光二极管(LED)信号机相对于传统灯丝信号机具有节能、可视性好、免调整、免维护、寿命长等诸多技术经济优势，在各国铁路迅速推广应用。,1.1.1 LED色灯信号机组成,现在使用的LED色灯信号机构有：XSLE型、XLL型、XSZ（G、A）型、XLG（A、Y）型和XSL型等，各种型号号的LED色灯信号机的部件是配套使用。,PFL型LED发
3、光盘,FDZ发光盘点灯装置,XSL型,铝合金信号机构,1.1.1 LED色灯信号机组成,高柱机构,铝合金信号机构,矮型机构,1.1.1 LED色灯信号机组成,现在使用的LED色灯信号机构有：XSLE型、XLL型、XSZ（G、A）型、XLG（A、Y）型和XSL型等，各种型号号的LED色灯信号机的部件是配套使用。,PFL型LED发光盘,FDZ发光盘点灯装置,XSL型,铝合金信号机构,1.1.1 LED色灯信号机组成,PFL型LED发光盘,高柱发光盘,表示器发光盘,矮型发光盘,1.1.1 LED色灯信号机组成,现在使用的LED色灯信号机构有：XSLE型、XLL型、XSZ（G、A）型、XLG（A、Y）
4、型和XSL型等，各种型号号的LED色灯信号机的部件是配套使用。,PFL型LED发光盘,FDZ发光盘点灯装置,XSL型,铝合金信号机构,1.1.1 LED色灯信号机组成,FDZ发光盘点灯装置,1.2 新型轨道电路,轨道电路的功能？,自动检测列车、车辆的位置， 控制信号机的显示,将地面信号传递给机车，从而可以控制列车运行,交流25Hz电源连续供电 受电端采用交流二元轨道继电器（JRJC1-70/240） 轨道线圈和局部线圈电源满足规定的相位要标时，GJ吸起，轨道空闲。 列车占用或频率、相位不符合要求时GJ落下。,1.2.1 97型25Hz相敏轨道电路,25Hz轨道电源变压器（BG25）,送电端限流
5、电阻(Rx),送电端25Hz扼流变压器(BE25),钢轨道线路,受电端25Hz扼流变压器(BE25),电缆线路,防雷补偿器（Z）,25Hz防护盒（HF）,交流二元轨道继电器（GJ）,25Hz电源屏（轨道分频器和局部分频器）由室内分别供出25Hz轨道电源和局部电源。轨道电源由室内供出，通过电缆供给室外，经由送电端25Hz轨道电源变压器（BG25）、送电端限流电阻（RX）、送电端25Hz扼流变压器（BE25）、钢轨线路、受电端25Hz扼流变压器（BE25）、受电端25Hz轨道中继变压器（BG25）、电缆线路，送回室内，经过防雷硒堆（Z），25Hz防护盒（HF）给二元二位继电器（GJ）的轨道线圈供电
6、。 局部线圈的25Hz电源由室内供出，当轨道线圈所得电源满足规定的相位要求时，继电器吸起。,1.2.1 97型25Hz相敏轨道电路,25Hz相敏轨道电路只能用以检查轨道电路区段是否空闲，不能传输其他信息。,1.2.1 97型25Hz相敏轨道电路,单片机控制,数字信号处理芯片,双DSP，双软件,双滤波，双抗干扰,1.2.2 无绝缘轨道电路,无绝缘轨道电路在其分界处不设钢轨绝缘，而采用不同的方法予以隔离。,UM71轨道电路,ZPW-2000轨道电路,UM2000轨道电路,1.2.3 UM71轨道电路 一、移频信号及其传输原理,选用频率参数作为控制信息，采用频率调制的方法； 把低频信号（FC）搬移到
7、较高频率（载频f0上），形成振幅不变、频率随低频信号的幅度做周期性变化的调频信号。 调频信号由钢轨作为传输通道，组成移频轨道电路，完成检查轨道电路占用情况和向机车传输信息的功能。,1.2.3 UM71轨道电路 一、移频信号及其传输原理, 载频（f0）分四种： 即：1700 Hz、2000 Hz、2300 Hz、2600Hz 按规定UM71改进型轨道电路使用四种载频： 下行：F1 = 1700 Hz；F2 = 2300 Hz 上行：F1 = 2000 Hz；F2 = 2600 Hz 相邻轨道电路使用不相同的载频。, 低频信号（Fc）共18种： 由10.3Hz到29Hz，相邻低频信号间隔1.1Hz
8、。,1.2.3 UM71轨道电路 一、移频信号及其传输原理, 频偏（f） f=11Hz 即：上边频：f0+11Hz下边频：f0-11Hz, 作用 载频f0的作用： 用低频信号对高频（f0）调制后，用高频信号把低频信号从发送端经钢轨传输到接收端。 低频信号（Fc）的作用： 检查轨道区段空闲，控制地面信号机的显示。 向机车传输信息，控制机车信号显示。,1.2.3 UM71轨道电路 二、UM71轨道电路组成和工作原理,移频信号,调制,1.2.3 UM71轨道电路 二、UM71轨道电路组成和工作原理,主要由发送器、接收器、调谐匹配单元、空心线圈、电缆模拟网络盒、继电器、PTYL23-1型电缆和相关的连
9、接线组成。轨道电路的各个组成部件： 电缆 各种辅助设备（安装架、防雷等） 分为两部分： 第一部分是室内设备，如：发送器 、接收器、模拟网络 第二部分是安装在轨旁的设备，如：调谐匹配单元、空心线圈、补偿电容,1.2.3 UM71轨道电路 二、UM71轨道电路组成和工作原理,1.2.3 UM71轨道电路 三、补偿电容,UM71轨道电路在钢轨中传输的移频信号频率较高，钢轨相当于一个感性负载，呈现较高的电感量（1.4mH/m），使信号衰减较快，影响了轨道电路的传输长度。 为了抵消钢轨的感性，保证轨道电路的传输距离和机车信号的可靠工作，需分段加装补偿电容。,作 用：延长轨道电路的传输长度在轨车传输时，保
10、证足够大的短路电流 安装处所：每100米设置一个补偿电容，误差为0.6m。第一个和最后一个电容按照半步长（50米）设置，误差为0.3m。,作业？,死区产生的原因？如何减少死区的长度？ 如何提高传输长度？ 交流二元二位继电器？,相关新闻！,2013年7月光谷广场站道岔出故障 地铁2号线延误近两小时,2013年7月广州地铁一号线道岔故障延误5分钟,2013年7月时隔半月 地铁龙华线又瘫了 还是“道岔故障”惹的祸,2013年7月由于道岔系统故障从金石滩方向开往市内的快轨列车运行缓慢,1.3 新型道岔转换与锁闭设备,1.3新型道岔转换与锁闭设备,道岔状态： 正常工作状态：定位和反位 非工作状态： 也叫
11、四开状态，指两根尖轨同时不密贴于基本轨。 例如：道岔正在转换途中道岔不密贴；道岔挤岔时处于。 道岔状态的继电器表示： 用定位表示继电器DBJ和反位表示继电器FBJ来表示。定位：DBJ且FBJ；反位：DBJ且FBJ；四开状态： DBJ且FBJ,1.3.1 道岔外锁闭装置,道岔是机车车辆从一股轨道转向或越过另一股轨道的设备，是轨道的重要组成部分。 锁闭道岔就是把尖轨或可动心轨等道岔的可动部分固定在某个开通位置，当列车通过时不受外力作用而改变。 道岔锁闭：分为内锁闭和外锁闭。,1.3.1 道岔外锁闭装置,内锁闭：当道岔由转辙机带动转换至某个特定位置后，在转辙机内部进行锁闭，由转辙机动作经外部杆件对道
12、岔实现位置固定。 外锁闭：当道岔由转辙机带动转换至某个特定位置后，通过本身所依附的锁闭装置，直接把尖轨与基本轨或心轨与翼轨密贴夹紧并固定。,1.3.1 道岔外锁闭装置,分动外锁闭道岔：由于外锁闭道岔的两根尖轨之间没有连接杆，在道岔的转换过程中，两根尖轨是分别动作的。,1.3.1 道岔外锁闭装置,为适应中国铁路运输向提速、重载方向发展的需要，铁路信号设计规范（TB 10007-99）规定：在列车速度大于120km/h的线路上，必须采用三相交流大功率转辙机和外锁闭装置；可动心轨辙叉单开道岔必须按外锁闭和不可挤型转辙机。,钩型外锁闭装置结构示意图 1锁闭杆；2锁钩；3锁闭框；4尖轨连接铁；5锁轴；6
13、，7限位板。,1.3.1 道岔外锁闭装置 锁闭装置转换、解锁、锁闭过程,初始状态如图，左侧密贴尖轨处于锁闭状态，右侧斥离尖轨与基本轨保持要求的开口，密贴尖轨锁钩同时被锁闭铁和锁闭杆卡住不能落下，斥离尖轨锁钩的缺口卡在锁闭杆的凸起处不能移动，从而保持斥离尖轨与基本轨的开口基本不变；,解锁状态，锁闭杆向右移动，斥离尖轨向密贴位移动，同时密贴尖轨处锁闭杆相对锁钩移动，当锁闭杆凸起与密贴尖轨锁钩缺口对齐时，锁钩落下卡在锁闭杆凸起内，尖轨与基本轨解锁；,锁闭杆继续向右移动，通过锁钩带动斥离尖轨和密铁尖轨同步向右移动，当锁闭杆带动道岔转换至右侧尖轨与基本轨密贴时，开始进入锁闭过程；,锁闭杆继续向右移动，右
14、侧锁钩沿锁闭杆斜面向上爬起，当锁钩升至锁闭杆凸起顶面时，进入锁闭状态，同时左侧尖轨继续向右移动至要求开口，完成转换过程。,1.3.1 道岔外锁闭装置,道岔各有其代号，比如9号道岔、12号道岔、18号道岔等等。 道岔号代表了辙叉角（）的余切值，也就是辙叉心部分直角三角形的两条直角边的比值，即N=cot，N就是道岔号。 辙叉角越小，N值就越大，导曲线半径也越大，列车侧线通过道岔时就越平稳，允许过岔速度也就越高。 采用大号道岔对于列车运行是有利的。 道岔号数越大，道岔越长，造价自然就高，占地也要多得多。因此，采用什么号数的道岔要因地制宜，因线而异，不可一概而论。,1.3.2 S700K型电动转辙机,
15、道岔转换设备：转辙机（电动ZD，电液ZY，电空ZR）及转换锁闭器、密贴检查器、外锁闭装置、安装装置的统称。,S700K型电动转辙机的产品代号来自德文“Simens-700-Kugelgewinde”，其含义是“西门子-具有6860N（700kgf）保持力-带有滚珠丝杠”的电动转辙机。,1.3.2 S700K型电动转辙机,S700K转辙机型号解译：,左开道岔 右装转辙机 左装转辙机 右开道岔电机动作杆检测杆 右装转辙机 左装转辙机（装在直股右侧） （装在直股左侧）,右伸,左伸,面向岔芯，观察转辙机，安装在直股右侧为右装，装在左侧为左装,1.3.2 S700K型电动转辙机,1.3.2 S700K型
16、电动转辙机,S700K型电动转辙机的特点,交流380V交流控制 摩擦联结器不需要调整 滚珠丝杠作为驱动传动装置延长其使用寿命。,1.3.2 S700K型电动转辙机,1.3.2 S700K型电动转辙机,S700K型电动转辙机的分类 S700K型电动转辙机规格齐全，能满足道岔尖轨、可动心轨的单机、双机和多机牵引。 转辙机机身是通用的，经配件组装，可组成不同的种类。 不同种类的转辙机，动作杆有不同的动程，表示杆也有不同的动程，转换办不同。 根据安装方式的不同，每一种类有左装和右装。 根据装设的地点以及安装的牵引点不同有多种型号。,1.3.2 S700K型电动转辙机,S700K电动转辙机工作原理 电机
17、转动 减速器齿轮转动 滚珠丝杠转动 丝杠上的螺母移动 保持联结器及动作杆移动 道岔转换 外表示杆移动 检测杆移动 道岔锁闭 机内表示块弹出 表示构通,经摩擦连接器连接,经锁闭杆,由尖轨或心轨,1.3 新型道岔转换与锁闭设备,1.4 信号智能电源屏,PDZ系列信号智能电源屏,DS系列信号智能电源屏,PNX系列信号智能电源屏,PMZ系列信号智能电源屏,信号电源屏简况,PZ系列信号智能电源屏,1.4.1,1.4.2,1.4.3,1.4.4,1.4.5,1.4.6,1.4.1信号电源屏简况,信号智能电源屏的出现： （1）以电气集中为供电核心的信号电源屏，已经不能满足于多种信号技术的要求。 （2）各种电
18、源屏稳定性、可靠性差，智慧化程度低，难以维护和管理。 （3）在两路输入电源屏转换过程中，部分电源回路与电气集中结合不严密，影响行车安全。,1.4.1信号电源屏简况,按用途分：继电集中电源屏、计算机联锁电源屏、驼峰电源屏、区间电源屏、驼峰电源屏、25 周（25Hz）轨道电源屏、交流电动转辙机电源屏（俗称“提速电源屏”）等。 整个电源系统分为主回路、防雷、智能监测三大功能板块： 主回路又分为系统输入智能切换系统、模块及其配电、输出配电三部分； 防雷系统分为系统输入防雷和输出防雷两部分，输入防雷分C 级和D 级两部分，输出防雷由防雷保险熔芯开关、防雷板组成； 智能监控分为系统监控、模块监控两大块，最
19、后通过监控单元进行文字显示。再结合模块面板指示灯和直流屏上的系统有电和故障告警灯及故障蜂鸣器，组成电源屏全套的声光报警和数字监控系统。,1.4.1信号电源屏简况,继电联锁电源屏主要负载电源类型有继电器电源、信号机点灯电源、轨道电路电源、道岔表示电源、表示灯电源、电码化电源、稳压备用电源、不稳压备用电源、电动转辙机电源、闭塞电源、闪光电源等。其中闪光电源为周期工作制，电动转辙机电源、闭塞电源等为短时工作制，其他电源类型为不间断工作制。 计算机联锁电源屏主要负载电源类型有继电器电源、信号机点灯电源、轨道电路电源、计算机联锁电源、道岔表示电源、表示灯电源、稳压备用电源、不稳压备用电源、电动转辙机电源
20、、闭塞电源、闪光电源等。其中闪光电源为周期工作制，电动转辙机电源、闭塞电源等为短时工作制，其他电源类型为不间断工作制。,1.4.1信号电源屏简况,驼峰信号电源屏主要用于停车场的驼峰信号设备，其主要负载电源类型有继电器电源、信号机点灯电源、轨道电路电源、道岔表示电源、表示灯电源、测长电源、雷达电源、动态继电器电源、计算机系统电源、摘钩显示电源、稳压备用电源、不稳压备用电源、电动转辙机电源、电空转辙机电源、减速器电源、闪光灯电源等。其中闪光灯电源为周期工作制，电动转辙机电源、电空转辙机电源、减速器电源等为短时工作制，其他电源类型为不间断工作制。 区间电源屏主要负载电源类型有继电器电源、信号机点灯电
21、源、区间轨道电源、站内轨道电源、站间联系电源、闪光电源等，其中闪光电源为周期工作制，其他电源类型为不间断工作制。,1.4.1信号电源屏简况,25Hz电源屏主要负载电源类型有25Hz的轨道电源、局部电源，均为不间断工作制。 交流电动转辙机电源屏主要给交流转辙机供电，为三相380V电源系统。区间电源屏、25Hz 电源屏及交流电动转辙机电源屏往往不单独设屏，它们通常与继电联锁电源屏或计算机联锁电源屏合并在一起使用，组成综合电源屏。目前业内也常常将含有继电联锁和其他电源系统类型的综合电源系统称为“继电联锁电源系统”或“电气集中系统”，将含有计算机联锁和其他电源系统类型的综合电源系统称为“计算机联锁系统
22、”或“微机联锁系统”。,电源屏主要功能,系统工作原理： 系统由外电网输入两路市电，经输入配电后两路同时或其中一路进入电源模块进行稳压及变换处理，处理后的电压再经过适当的转换变换为能直接为信号设备供电的洁净电源，通过输出端子为负载供电。 在系统工作过程中监控模块始终对系统各参数进行监控，如有异常即发出警报。当发生雷电危害时，防雷单元泻放过大的电流，保护电源设备。 以5KVA的继电联锁电源屏原理图为例。,6.1,1.4.1信号电源屏简况,6.3,根据铁标要求，两路交流电切换时间要求保证在150ms以内，典型的切换方式常见有“H”型切换和“Y”型切换两类。,“H”型切换原理如图： QF2QF3为手动
23、转换开关，KM1KM4为交流接触器，KM1、KM2和KM3、KM4分别具有电气和机械互锁特性，接触器的切换构成“H”型切换方式。 正常供电的情况下，上图中的KM1和KM3 吸合，KM2和KM4断开，两路输入分别给互为主备的一组模块供电；在第一路输入不正常时，KM1断开，KM2吸合，KM3、KM4保持不动作，这样由第二路输入给两个模块供电；相反的，在第二路输入不正常时KM3断开，KM4吸合，KM1、KM2保持不动作，这样由第一路输入给两个模块供电。 这种方案不但可以确保切换单元工作的可靠、更换、检修方便，同时，也可以保证整个电源系统到模块级不间断供电。,5.1,1.4.1信号电源屏简况,“Y”型
24、切换原理QF1QF2为手动转换开关，KM1、KM2为交流接触器，KM1、KM2具有电气和机械互锁特性。正常供电的情况下，KM1吸合，KM2断开，由第一路输入给后续模块供电。在第一路输入不正常时，KM1断开，KM2吸合，由第二路输入给后续模块供电。在KM1、KM2切换的过程中，模块输入端由于交流接触器的切换有短时间的断电，但因为电源模块在设计时采用了PFC技术，使得模块具有短时的记忆存储功能，保证了模块的对外输出不间断。在切换系统故障时直供开关K1、K2可以实现第一路输入或第二路输入直供供电。在运基信号2005458号铁路信号智能电源屏技术条件（暂行）规定新电源屏采用此方案。,5.2,1.4.1
25、信号电源屏简况,1.4 信号智能电源屏,PDZ系列信号智能电源屏,DS系列信号智能电源屏,PNX系列信号智能电源屏,PMZ系列信号智能电源屏,信号电源屏简况,PZ系列信号智能电源屏,1.4.1,1.4.2,1.4.3,1.4.4,1.4.5,1.4.6,铁路数字信号电缆具有传输模拟信号(1MHz)、数字信号(2Mbit/s)、额定电压交流750V或直流1100V及以下系统控制信息及电能的传输功能。 适用于铁路信号自动闭塞系统、计轴、车站电码化、计算机连锁、微机监测、调度集中、调度监督、大功率电动转辙机等有关信号设备和控制装置之间传输控制信息、监测信息和电能。,1.5 铁路数字信号电缆,主要特征
26、： （1）绝缘单线 绝缘单线的绝缘层为皮-泡-皮结构，共有红、绿、白、蓝四种色谱，其主要优点是： a.内皮绝缘层能与导体良好的粘接在一起;发泡绝缘层具有很高的发泡度(60%左右)，四线组工作电容下降，线路传输衰减常数降低。 b.外皮层使用高密度绝缘料，有良好的耐磨性和机械强度，从根本上解决了普通铁路信号电缆中存在的绝缘层老化龟裂问题。 c. 绝缘电阻和耐电压击穿强度明显提高，是普通铁路信号电缆的3倍以上。由于单线生产过程实现了计算机在线检测与控制，单线结构尺寸的一致性好，工作线对的直流电阻差降低了50%。 d.绝缘单线制造精度高，有效地提高了产品的电气性能指标。,1.5 铁路数字信号电缆,（2
27、）四线组绞合 四线组每根单线均为主动恒张力放线，预扭装置能有效地降低因绝缘偏心造成的电容耦合系数，使电容耦合系数达到最小值; 3.四线组单元屏蔽 内屏蔽电缆中四线组单元用铜带纵包实现电磁屏蔽的目的，并沿铜带表面加添了一根铜导线作为排流线，以确保屏蔽层在电缆敷设施工和长期使用中具有稳定可靠的屏蔽性能。,1.5 铁路数字信号电缆,4.成缆 在成缆工序中合理设计、匹配绞合节距，并实现完全退扭绞合，降低了线间直接系统性耦合，减小串音。 5.电缆铝护套 电缆铝护套为采用氩弧焊技术进行铝带纵包形成铝护套。生产过程中对铝护套表面进行涂覆，防止铝护套在使用过程中的电化反应。,1.5 铁路数字信号电缆,分别举例阐述9号道岔、12号道岔、18号道岔中转辙机的应用及锁闭方式。 信号智能电源屏的类别？ 铁路数字信号电缆的具体功能？,作业,
