铁四院通号处2004年新员工培训教材 《移频自动闭塞及列车超速防护系统》
作者：石先明
第五章、ZP.W1-18型18信息无绝缘移频自动闭塞系统
第一节、18信息无绝缘移频自动闭塞概述
1、研制简况
1） 问题的提出及背景
（1） 我国铁路正大力推广长钢轨无缝线路技术，而有绝缘轨道电路是一大障碍。 （2） 我国铁路要推行高速、高密度、重载的运输模式，电气化区段的牵引电流不断加大，
有绝缘轨道电路承受的钢轨回流的能力有限，同时又不利于钢轨回流的畅通。
（3） 当时从法国引进的UM71无绝缘自动闭塞系统有“死区段”、需要设置大量的补偿电容，
在使用中存在着不适应我国国情的问题，而且我国也不掌握其知识产权，设备价格不受控制，工程造价高。
（4） 铁道部试图通过武广线电气化改造工程研制我国自主知识产权的、具有当代国际先进
水平的无绝缘自动闭塞系统。
（5） 要求新研制的无绝缘自动闭塞系统应是在既有有绝缘移频自动闭塞系统的基础上的继
承与发展。
2） 研制过程
ZP.W1-18型18信息无绝缘移频自动闭塞系统原名为WYZ-97型18信息无绝缘移频自动闭塞系统。该项科研攻关项目由铁四院通号处任总体研制单位，哈尔滨局电务器材厂（现改制为黑龙江瑞兴科技股份公司）、铁科院通号所、长沙铁路总公司等单位共同参加。
18信息无绝缘移频自动闭塞系统自1997年开始研制，先后经历了三次工程试验验证，一次技术审查，一次制式审查，于1999年7月通过了铁道部技术鉴定，随后在武广线、哈大线推广使用。该项科研成果荣获2002年度国家科技进步二等奖。
（1） 1997年3月~1998年4月：成立项目组，制定技术方案；主要技术条件；现场功能性
试验；通过部级客人眼立项审查。
（2） 1998年8月~1999年6月：武广线良田——太平里区间（双线15km）上道试验，经历
高温、潮湿、长大隧道内低道碴电阻环境的考验；通过部级技术审查。
（3） 1999年1月~2000年8月：哈大线长春——四平段（双线98km）上道试验，经历低温
环境的考验；通过部级制式审查。
（4） 1999年7月：通过了铁道部技术鉴定。
（5） 2000年3月~8月：宝成线马角坝~二郎庙间（双线6km）上道试验，经历大牵引电流
环境的考验。
（6） 2001年：武广线、哈大线推广使用达1000多双线公里。
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2、18信息无绝缘移频自动闭塞系统的特点：
（1） 是传统有绝缘移频制式的技术延伸和系列化，保持了既有移频制式的技术特征。 （2） 18个低频信息，可满足超速防护、多显示自动闭塞的要求。
（3） 采用电压发送、电流接收、一送一受的系统结构，使得系统结构简单，信号分界点明
确，而且无“死区段”问题，不需设补偿电容，符合我国国情。
（4） 采用强制衰耗、陷波隔离、载频错置、频标识别等技术，保证了系统的可靠性和安全
性。
（5） 有较长的轨道电路长度，能降低大量的工程投资（与UM71相比）。 （6） 沿用18信息有绝缘移频自动闭塞系统的技术手段、结构体系和生产工艺：
（a）. 采用微型计算机、超大规模集成块电路，应用先进的微电子技术和数字信号处
理技术，系统的精度高，稳定性好，而且系统的抗干扰能力也大大增强，带内信干比可达到1：1，带外信干比可达到1：6。
（b）. 发送器、接收器均采用双CPU结构等安全技术，系统安全性高。
（c）. 发送器、接收器四种载频通用，减少了设备类型，具有故障检测报警、自动转
换功能。
（d）. 发送采用N+1、接收采用双机并行的热备工作方式，系统可靠性高。 （e）. 采用国际先进的生产工艺，整机质量高，故障率低。 （f）. 采用集中式设置方式，室内设备采用机柜式结构。
（7） 适用于各种牵引方式。
（8） 可满足双向运行自动闭塞运输作业要求。
第二节、18信息无绝缘移频自动闭塞系统的主要技术指标
18信息无绝缘移频自动闭塞系统是有绝缘移频自动闭塞系统的技术延伸，其主要技术参数具有很强的继承性。下列技术指标摘自各自的鉴定证书：
1） 信息特征：FSK频率键控式移频信号。
2） 载频中心频率（Hz）：550、650、750、850共四种。每种载频又细分成F1、F2两种，其
中：
? F1型：载频中心频率下偏0.2Hz； ? F2型：载频中心频率上偏0.2Hz。
3） 调制频率（Hz）：7、8、8.5、9、9.5、11、12.5、13.5、15、16.5、17.5、18.5、20、21.5、
22.5、23.5、24.5、26，共18种低频信号。 4） 载频频偏：△f=±55Hz
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铁四院通号处2004年新员工培训教材 《移频自动闭塞及列车超速防护系统》 5） 频率偏差：载频上、下边频频率≤±0.3Hz；低频频率≤±1?。 6） 接收盒灵敏度：240~270mV（含频标能量），落下值为190~210mV。 7） 接收设备应变时间：2.5±0.5S（含继电器动作时间）。 8） 轨道电路极限长度：
道碴电阻为1.0Ω·km，列车分路电阻为0.06Ω，送、受电端电缆长度为10Km，在满足规范规定的调整、分路及机车信号要求等条件下，轨道电路的极限长度为：550Hz——1600m、650Hz——1550m、750Hz——1500m、850Hz——1450m。
9） 系统具有较强的抗干扰能力，抗移频干扰的干信比大于1∶1，抗电化谐波干扰的干信比大
于6∶1。
10） 系统发送盒（含站内发送盒）能实现N+1热备方式、接收盒能采用双机并行热备方式，
保证设备故障后不间断工作。
11） 系统满足电化、非电化通用的要求，电化区段允许最大不平衡牵引电流为100A。 12） 能够满足列车双向运行的要求。
作者：石先明
第三节、18信息无绝缘移频自动闭塞系统结构及技术方案的确立
1、18信息无绝缘移频自动闭塞系统结构
18信息无绝缘移频自动闭塞系统的外部结构与有绝缘系统基本相同，主要区别在于室外轨道设备的配置上。它采用电流接收方式，轨道区段中点设陷波器。单套设备系统的结构图如下图所示：
编码条件 继电器 陷波器 发送盒 功放盒 发送防雷电缆 传输电缆 发送轨道网络 钢 轨
接收盒 衰耗盒 接收防雷电缆传输电缆 接收轨道网络 传感器 2、18信息移频自动闭塞系统的技术方案的确立 1）、制式选型
按电路原理划分，无绝缘轨道电路可分为电气隔离式、自然衰耗式和强制衰耗式三种类型。 （1） 电气隔离式
又称谐振式，它利用钢轨自身的电感和附加的电容构成谐振回路，并用不同信号频率实现相邻轨道电路间的电气隔离。法国UM71采用的就是这种方式。该方式有死区段现象，死区段的长度与
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信号频率有关，频率越高，死区段越短。反之，频率越低，死区段越长，所以这种制式一般要求信号频率在1500Hz以上，但信号频率越高，其轨道传输长度就越短，要延长轨道传输长度，还需在钢轨上每隔一定距离并联一个补偿电容。
我国的移频信号载频频率比较低（550 ~ 850Hz）、载频频偏又较大（±55Hz），若采用电气隔离式，轨道电路将不但得不到理想的电气隔离效果，而且还会产生100多米长的死区段。所以，电气隔离式不适合于移频自动闭塞无绝缘化。
（2） 自然衰耗式
这是一种利用轨道电路的自然衰耗作用和不同信号特征（如频率、相位等）实现轨道电路间相互隔离的方式。钢轨中的信号可以沿正反两个方向自由传输，基本上只靠轨道的自然衰耗作用来衰减信号。
自然衰耗式不存在死区段问题，对信号频率没有要求。但由于它仅靠轨道的自然衰耗作用来衰减信号，低频率信号（如我国的移频）的传输距离势必很长，再加上信号可以正反自由传输，因此，低频率信号很容易越区传输到其他区段，引起轨道电路间的相互干扰，同时也会影响机车信号装置的可靠接收。此外，如果同载频（假设是移频信号，下同）区段间隔太小，则同载频信号的越区传输干扰将会导致轨道电路分路失效。要解决这些问题，对应一条线路起码要分配3个以上载频。所以，自然衰耗式也不适合于我国的移频无绝缘化改造。
（3） 强制衰耗式
这是在自然衰耗式基础上吸收电气隔离式的有用部分（即谐振回路的强制性衰耗）而派生出来的一种方式。
为了避免自然衰耗式信号越区传输，强制衰耗式采取在轨道电路受电端设置陷波器的方法，即将一个具有选频特性的LC槽路直接或间接地并联到受电端的钢轨上，它对本段轨道电路的信号频率呈低阻状态而对相邻区段轨道电路的信号频率呈高阻状态，因此信号传输一个轨道区段后就被该陷波器强制衰耗掉大部，而剩余的信号将不足以影响其他区段及机车信号装置的正常工作，同时，钢轨中的有用信号电流也得到了加强。有用信号的增强和干扰信号的削弱，提高了系统的信干比，改善了轨道电路间的电气隔离效果。
这种方式也不存在死区段问题，是实现移频自动闭塞无绝缘化较为适宜的方式。 2）、一送一受方式
与有绝缘移频轨道电路一样，强制衰耗式无绝缘移频自动闭塞轨道电路也应采用一送一受方式。即一段轨道电路只有一个送电端和一个受电端，送电端设在轨道电路的出口处，可兼作机车信号信息的发送点用，另外，由于送出的信息可沿钢轨正反向传输，因此这种方式具有电路结构简单、设备少、可实现双向运行的特点。
3）、电流接收方式
有绝缘轨道电路普遍采用电压接收方式获取信号，若推广到无绝缘轨道电路，则存在着因列车接近而提前分路的问题。提前分路点位置与道碴电阻、列车轮对阻抗等因素有关，当天气变化引起
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道碴电阻变化时，提前分路点的位置也将发生变化。这种提前分路点的不确定性，使得轨道电路的分界不明，无法设立地面信号机。而采用电流接收方式则不存在此问题。
电流接收方式一般是通过在两根钢轨的旁边设置高效率的电流传感器的方法接收信号。设置两个电流传感器既可增强接收信号，还可抵消钢轨牵引电流等同模信号干扰，增强系统的抗干扰能力。
下图是18信息无绝缘移频自动闭塞轨道电路的最初结构形式，它采用一送一受、电流接收、强制衰耗式、陷波隔离式结构。后来，为了提高系统的分路性能，将陷波器移设到接收端外方轨道区段的中点（设到轨道区段的中点是为了兼顾双向运行作业）。
上图中，cd点既是区段1的送电端，也是区段2的受电端，区段2的陷波器2和电流传感器1、2也均设在此处。当区间空闲时，由于陷波器2对f2呈低阻特性，对f1呈高阻特性，故基本不影响区段1的信号传输，而对区段2来说，其受电端cd点的阻抗较小，故电流传感器1、2对信号f2能感应出足够大的信号电压，以保证区段2的轨道继电器可靠吸起。当列车轮对ab向cd点接近时，cd点的端阻抗将逐渐减少，钢轨中的信号电流将逐渐增大，更利于接收。
当列车驶过cd点进入区段2时，受列车轮对的短路作用，钢轨中的信号电流绝大部分流经轮对mn，而电流传感器处的钢轨电流很小，不能动作接收设备，于是区段2的轨道继电器落下。
所以，电流接收式轨道电路的入口端分界明确，可设置地面信号机。另外，电流接收式还有许多优点，如：能真实反映钢轨中的信号电流，提高了系统的抗干扰能力和断轨检查能力；当道床电阻因天气等外界因素而改变时，相邻区段将以相同的趋势变化，而相邻区段的变化恰好对本区段的接收信号能起补偿作用，即构成了一个自适应系统，从而提高了系统的稳定性，更有利于轨道电路的一次性调整。
但上图所示轨道电路的出口端存在滞后恢复问题。当列车刚驶出出口端（也即其送电端）ef时，受列车轮对的分路作用，区段1的轨道继电器不会立即恢复吸起状态，而是在列车尾部离开ef一个相当距离Lf后才励磁吸起。这个ef—gh区就是滞后恢复区，其长度Lf称为滞后恢复距离。显然，滞后恢复区对行车安全有利，对运输能力有负面影响。据国外资料介绍，滞后恢复距离小于0.15倍的轨道电路长度时，对运输能力的影响可忽略不计。另外，还可通过工程设计进行弥补。通
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