2024年6月5日发(作者：圭丹亦)
高速铁路 ZPW-2000轨道电路技术发展
与成就
摘要：在高速铁路建设和运营的十年中，也是轨道电路技术发展和自主创新
的十年，中国高速铁路建立了适应复杂应用条件的轨道电路系统，解决了绝缘破
损信号过区防护、动车组轮轨接触电气分路、大功率机车牵引电流电气化、雷电
高频瞬态信号冲击、复杂枢纽多线路并行区段防干扰等诸多技术难题。面向未来
应用需求，提出了轨道电路发展的新方向。
关键词：高铁铁路；ZPW-2000；电路技术；发展
1.概述
2003年铁路自动闭塞系统采用ZPW-2000系列轨道线路，为高速铁路建设奠
定了基础。截至2018年底，ZPW-2000系列轨道线路已投入运行近3万 km，其安
全性、可靠性、环境适应性和可维护性都得到了显著提高，为10年来中国高速
铁路的安全稳定、快速发展提供了有力支持。回首十年来高速铁路轨道电路技术
的发展，在三个方面取得了显著成绩。第一，装备性能不断提高，安全可靠性达
到世界领先水平；第二，环境适应性不断增强，从高温到高寒，从高原到平原，
都表现出极强的生命力；第三，智能维护手段不断丰富，基于感知手段，通过模
拟模型、设备化，开发了轨道电路监测与诊断系统，使设备维修工作智能化、精
准化。
2.近些年取得的成就
1.技术体系标准化
工业发展的基础首先建立技术体系。十年来，在铁路信号领域的设计、研究
和开发、建设、维护、管理单位及各高校，共编制完成ZPW-2000型轨道电路相
关国家标准2个，行业标准14个，行业检验认证标准7个，国铁集团企业标准
11个。
1.1在系统设计方面，编制了高速、铁轨、重载、城际铁路设计规范，涵盖
了我国所有铁路运输类型；制定了ZPW-2000型轨道电路系统技术条件和设备标
准，规范了整个产品开发和应用过程。
1.2在施工维修方面，高精化完成了高铁、普铁信号工程的施工技术规范和
细部工艺质量标准；制定了铁路信号维修规范，建立了施工维修技术标准和业务
管理制度。
1.3防雷击电磁兼容与检测方面，在跨学科的基础领域中，参编了1部国家
标准、7部行业标准和1部铁矿石集团企业标准，明确了检测技术手段，涵盖全
面，方法得当。
1.4线路接口数量多，为确保系统可靠运行，参编了车辆、牵引供电、无砟
轨道等方面的国家标准1部，国家铁路总公司2部，实现了对线路接口环境的技
术约束。用34条标准凝聚行业共同智慧，构建涵盖全环节的ZPW-2000轨道电路
系统技术保障体系。
2.安全管控精细化
将故障安全理念逐步渗透到应用细节，通过提高分路性能、绝缘破坏机车信
号越区保护等措施，全面提高高速铁路信号系统的安全性。
2.1提升分路性能
造成恶化的主要原因有高速轮轨接触、磨损减少、断电运行、固定进路等不
利因素。多年来的研究、试验表明，该分路电阻值通过较高的轨面电压和足够的
短路电流，可以保证在分路要求的范围内。2011年至2012年，通过对车辆轮轨
接触电阻非线性击穿特性的研究，确定了分路电阻和轨面最不利条件，并在此基
础上发布了轨道电路调整技术方案(V3.0)，目前已在全国6.3万个轨道区段广泛
应用，使车辆分路性能比原线路提高2.2倍以上，基本消除了高速惰行状态下区
间分路不利现象。
2.2绝缘破损机车信号越区干扰防护
为避免在“绝缘损坏+车载 ATP频段无锁”的情况下，可能发生机车信号升
级故障，通过对故障库、车站中途折返等应用场景的分析，设计出绝缘损坏的双
层保护方案，研制出相应的保护设备。第一层采用调谐装置实现保护，可保证绝
缘损坏后的串入信号得到有效阻断。对因调谐设备故障而不能在区段占用情况下
进行检测，且保护功能消失的情况，需要在股道上设置第二层保护，即补偿调谐
设备，对相邻信号具有短路效应，对本区段信号具有等效补偿电容。应用此方案
后，跨区机车信号幅度比无保护措施降低95%，安全裕量达到5倍以上，达到故
障状态下的安全保护目的。
3.可靠提升全面化
轨道电路系统的可靠性通过提高抗工频干扰能力、防雷击能力、器件可靠性、
电磁兼容性、设备冗余能力、施工工艺和生产制造规范等多个方面的综合提高。
3.1牵引电流、谐波干扰防护
在高速铁路上，牵引电流、谐波干扰已成为一个重要因素。在不平衡牵引电
流和机车牵引谐波的共同作用下，轨道电路应保证正常运行。牵引力电流不平衡
根据技术标准，牵引供电系统可兼容。
3.2防雷性能提升
因为雷击信号可以击穿模拟防雷网的印制板或接线端子，使其通过隔离变压
器保护环节向室内内部放电，从而破坏室内电子设备，耦合入人路径。为此制定
了改进模拟网盘防雷耦合通道的技术方案，以提高系统在强雷击条件下的可靠性，
并于2012年底开始在全路高铁线路上应用。根据该方案，现已完成了6.4万防
雷模拟网络盘的优化实施，使ZPW-2000系列轨道电路每年每百公里雷击故障次
数从0.036下降到0.0052，有效降低了86%。
3.3器件可靠性提高
铝液电解电容是目前工业领域中广泛使用的一种电容，由于它的经济性、容
量和工作电压都很高，在ZPW--2000轨道电路中也得到了广泛应用。经过分析，
发现其低温性能较差，等效串联阻抗 ESR较大，工艺要求高，易因干燥而引起寿
命限制，是应用中的薄弱环节。为了使 ZPW.-2000型轨道电路在轨道旁的调谐匹
配装置中具有4700μ F铝电解电容，要求ZPW-2000型轨道电路能够在200 A不
平衡牵引电流作用下可靠、稳定地工作。
抗干扰性是汽车牵引系统的重要组成部分。为避免频带内谐波干扰轨道电路
正常工作，对动车组谐波进行了限制，中国采用的动车组均应按规范要求设计。
举例来说，工频牵引谐波在1700 Hz频率和+45 Hz频率之间，有效值不能超过
0.3 A，持续时间不能超过0.3 s。为了防止不平衡的牵引电流干扰和限制带内工
频牵引谐波的干扰，2000型轨道电路采用的技术方案，确保现场使用的可靠性。
①对于电解电容容值由4700μ F劣化降至3000μ F以下，但在未影响系统正常
工作前，采用反向电路改变试验，利用轨道电路送受端的功率差，促使 ESR的改
变。在监测系统中，劣化的电解电容将呈现一条曲线，该方法可以提前识别劣化
电容。②以薄膜电容代替电解电容用于新产品：PP薄膜电容偏差，损耗，静电强
度。ZPW2000型轨边设备隔直电容稳定性、可靠性及适用性。
4.维修维护智能化
为了实现检修和维护的智能化，我国铁路工作者率先研制出ZPW-2000型轨
道电路诊断系统，并研制出电子式轨边设备。在我国高速铁路上首次对大约万种
典型轨道电路的传输特性进行了精确分析，模拟误差由5%提高到0.5%。采用模
拟分析技术，通过在线实时分析、诊断采集的数据，准确定位区段内11个具体
设备，将故障查找时间缩短到10 min以内，大大提高了现场维修效率。Z针对批
量工程应用中存在的问题，提出了一种基于机器学习模型的自适应配置算法，并
在此基础上研究开发了一种行业级验收检测方法。
结语
ZPW-2000型轨道电路在标准体系、安全可靠性、可维护性等方面都取得了很
大的进步，当然还有一些问题有待于进一步完善。面对未来，在“交通强国，铁
路先行”的目标指引成为信号系统中的一员，轨道电路作为信号系统需要继续立
足于现场应用需求，不断优化、发展、创新，以适应时代发展、解决现实问题为
导向，为中华民族的伟大复兴添砖加瓦。
参考文献
[1]杨轶轩，谢文磊，马斌。重载铁路无砟轨道对ZPW-2000A轨道电路传输
性能的影响[J].铁路通信信号工程技术，2016，13（3）。
[2]TB10180-2016铁路防雷及接地工程技术规范[S].北京：中国铁道出版社，
2016.
2024年6月5日发(作者：圭丹亦)
高速铁路 ZPW-2000轨道电路技术发展
与成就
摘要：在高速铁路建设和运营的十年中，也是轨道电路技术发展和自主创新
的十年，中国高速铁路建立了适应复杂应用条件的轨道电路系统，解决了绝缘破
损信号过区防护、动车组轮轨接触电气分路、大功率机车牵引电流电气化、雷电
高频瞬态信号冲击、复杂枢纽多线路并行区段防干扰等诸多技术难题。面向未来
应用需求，提出了轨道电路发展的新方向。
关键词：高铁铁路；ZPW-2000；电路技术；发展
1.概述
2003年铁路自动闭塞系统采用ZPW-2000系列轨道线路，为高速铁路建设奠
定了基础。截至2018年底，ZPW-2000系列轨道线路已投入运行近3万 km，其安
全性、可靠性、环境适应性和可维护性都得到了显著提高，为10年来中国高速
铁路的安全稳定、快速发展提供了有力支持。回首十年来高速铁路轨道电路技术
的发展，在三个方面取得了显著成绩。第一，装备性能不断提高，安全可靠性达
到世界领先水平；第二，环境适应性不断增强，从高温到高寒，从高原到平原，
都表现出极强的生命力；第三，智能维护手段不断丰富，基于感知手段，通过模
拟模型、设备化，开发了轨道电路监测与诊断系统，使设备维修工作智能化、精
准化。
2.近些年取得的成就
1.技术体系标准化
工业发展的基础首先建立技术体系。十年来，在铁路信号领域的设计、研究
和开发、建设、维护、管理单位及各高校，共编制完成ZPW-2000型轨道电路相
关国家标准2个，行业标准14个，行业检验认证标准7个，国铁集团企业标准
11个。
1.1在系统设计方面，编制了高速、铁轨、重载、城际铁路设计规范，涵盖
了我国所有铁路运输类型；制定了ZPW-2000型轨道电路系统技术条件和设备标
准，规范了整个产品开发和应用过程。
1.2在施工维修方面，高精化完成了高铁、普铁信号工程的施工技术规范和
细部工艺质量标准；制定了铁路信号维修规范，建立了施工维修技术标准和业务
管理制度。
1.3防雷击电磁兼容与检测方面，在跨学科的基础领域中，参编了1部国家
标准、7部行业标准和1部铁矿石集团企业标准，明确了检测技术手段，涵盖全
面，方法得当。
1.4线路接口数量多，为确保系统可靠运行，参编了车辆、牵引供电、无砟
轨道等方面的国家标准1部，国家铁路总公司2部，实现了对线路接口环境的技
术约束。用34条标准凝聚行业共同智慧，构建涵盖全环节的ZPW-2000轨道电路
系统技术保障体系。
2.安全管控精细化
将故障安全理念逐步渗透到应用细节，通过提高分路性能、绝缘破坏机车信
号越区保护等措施，全面提高高速铁路信号系统的安全性。
2.1提升分路性能
造成恶化的主要原因有高速轮轨接触、磨损减少、断电运行、固定进路等不
利因素。多年来的研究、试验表明，该分路电阻值通过较高的轨面电压和足够的
短路电流，可以保证在分路要求的范围内。2011年至2012年，通过对车辆轮轨
接触电阻非线性击穿特性的研究，确定了分路电阻和轨面最不利条件，并在此基
础上发布了轨道电路调整技术方案(V3.0)，目前已在全国6.3万个轨道区段广泛
应用，使车辆分路性能比原线路提高2.2倍以上，基本消除了高速惰行状态下区
间分路不利现象。
2.2绝缘破损机车信号越区干扰防护
为避免在“绝缘损坏+车载 ATP频段无锁”的情况下，可能发生机车信号升
级故障，通过对故障库、车站中途折返等应用场景的分析，设计出绝缘损坏的双
层保护方案，研制出相应的保护设备。第一层采用调谐装置实现保护，可保证绝
缘损坏后的串入信号得到有效阻断。对因调谐设备故障而不能在区段占用情况下
进行检测，且保护功能消失的情况，需要在股道上设置第二层保护，即补偿调谐
设备，对相邻信号具有短路效应，对本区段信号具有等效补偿电容。应用此方案
后，跨区机车信号幅度比无保护措施降低95%，安全裕量达到5倍以上，达到故
障状态下的安全保护目的。
3.可靠提升全面化
轨道电路系统的可靠性通过提高抗工频干扰能力、防雷击能力、器件可靠性、
电磁兼容性、设备冗余能力、施工工艺和生产制造规范等多个方面的综合提高。
3.1牵引电流、谐波干扰防护
在高速铁路上，牵引电流、谐波干扰已成为一个重要因素。在不平衡牵引电
流和机车牵引谐波的共同作用下，轨道电路应保证正常运行。牵引力电流不平衡
根据技术标准，牵引供电系统可兼容。
3.2防雷性能提升
因为雷击信号可以击穿模拟防雷网的印制板或接线端子，使其通过隔离变压
器保护环节向室内内部放电，从而破坏室内电子设备，耦合入人路径。为此制定
了改进模拟网盘防雷耦合通道的技术方案，以提高系统在强雷击条件下的可靠性，
并于2012年底开始在全路高铁线路上应用。根据该方案，现已完成了6.4万防
雷模拟网络盘的优化实施，使ZPW-2000系列轨道电路每年每百公里雷击故障次
数从0.036下降到0.0052，有效降低了86%。
3.3器件可靠性提高
铝液电解电容是目前工业领域中广泛使用的一种电容，由于它的经济性、容
量和工作电压都很高，在ZPW--2000轨道电路中也得到了广泛应用。经过分析，
发现其低温性能较差，等效串联阻抗 ESR较大，工艺要求高，易因干燥而引起寿
命限制，是应用中的薄弱环节。为了使 ZPW.-2000型轨道电路在轨道旁的调谐匹
配装置中具有4700μ F铝电解电容，要求ZPW-2000型轨道电路能够在200 A不
平衡牵引电流作用下可靠、稳定地工作。
抗干扰性是汽车牵引系统的重要组成部分。为避免频带内谐波干扰轨道电路
正常工作，对动车组谐波进行了限制，中国采用的动车组均应按规范要求设计。
举例来说，工频牵引谐波在1700 Hz频率和+45 Hz频率之间，有效值不能超过
0.3 A，持续时间不能超过0.3 s。为了防止不平衡的牵引电流干扰和限制带内工
频牵引谐波的干扰，2000型轨道电路采用的技术方案，确保现场使用的可靠性。
①对于电解电容容值由4700μ F劣化降至3000μ F以下，但在未影响系统正常
工作前，采用反向电路改变试验，利用轨道电路送受端的功率差，促使 ESR的改
变。在监测系统中，劣化的电解电容将呈现一条曲线，该方法可以提前识别劣化
电容。②以薄膜电容代替电解电容用于新产品：PP薄膜电容偏差，损耗，静电强
度。ZPW2000型轨边设备隔直电容稳定性、可靠性及适用性。
4.维修维护智能化
为了实现检修和维护的智能化，我国铁路工作者率先研制出ZPW-2000型轨
道电路诊断系统，并研制出电子式轨边设备。在我国高速铁路上首次对大约万种
典型轨道电路的传输特性进行了精确分析，模拟误差由5%提高到0.5%。采用模
拟分析技术，通过在线实时分析、诊断采集的数据，准确定位区段内11个具体
设备，将故障查找时间缩短到10 min以内，大大提高了现场维修效率。Z针对批
量工程应用中存在的问题，提出了一种基于机器学习模型的自适应配置算法，并
在此基础上研究开发了一种行业级验收检测方法。
结语
ZPW-2000型轨道电路在标准体系、安全可靠性、可维护性等方面都取得了很
大的进步，当然还有一些问题有待于进一步完善。面对未来，在“交通强国，铁
路先行”的目标指引成为信号系统中的一员，轨道电路作为信号系统需要继续立
足于现场应用需求，不断优化、发展、创新，以适应时代发展、解决现实问题为
导向，为中华民族的伟大复兴添砖加瓦。
参考文献
[1]杨轶轩，谢文磊，马斌。重载铁路无砟轨道对ZPW-2000A轨道电路传输
性能的影响[J].铁路通信信号工程技术，2016，13（3）。
[2]TB10180-2016铁路防雷及接地工程技术规范[S].北京：中国铁道出版社，
2016.