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1、轨道电路 在铁路信号系统中如何检测指定的线路上是否有车辆占用是极其重要的 在铁路信号发展的初期 主要依靠工作人员的观察和判断来确定线路的占用情况 时有因观察和判断失误而造成车辆冲突事故 由于不能实时自动实现列车位置检测 也不可能实现信号控制的自动化 直到1870年美国人鲁宾逊发明了开路式轨道电路 1872年又研制成功了闭路式轨道电路 从此 自动 实时检查线路占用的课题才得到解决 用轨道电路将列车运行与信号显示联系起来 诞生了铁路自动信号 开创了自动信号的新时代 经历了一百多年发展 轨道电路有了多种制式 多种变化 现在它已不仅用来检查线路空闲 而且还可以用来向列车传输信息 成为机车信号和列控车载
2、设备工作的基础 除了轨道电路 近年来诞生的计轴设备利用记录进入 出清指定线路的轮对数量 也能实现自动检查线路空闲的功能 另外 查询应答器 轨道感应环线也都由于具有列车定位与向列车传输信息的能力 在现代铁路信号系统中得到广泛应用 1 轨道电路 第一节轨道电路概述 一 轨道电路的基本组成 轨道电路是利用一段铁路线路的钢轨为导体构成的电路 用于自动 连续检测这段线路是否被机车车辆占用 也用于控制信号装置 以保证行车安全的设备 组成 钢轨 钢轨绝缘 轨端接续线 送电端 轨道电源和限流器 受电端 轨道继电器 等 其中 钢轨线路是由钢轨 轨端接续线和绝缘节组成 钢轨绝缘安装于轨道电路分界处 是为了分隔或划
3、分轨道回路而装设的 轨端接续线可以减少钢轨连接处的接触电路 送电端 又称电源端或始端 由轨道电源和限流器等组成 根据轨道电路的类型不同 轨道电源可以用铅蓄电池浮充供电 或其它直流电源 也可以用轨道变压器或信号发生器供电 限流器一般可以用电阻器或电抗器构成 它的作用是保护电源设备 当轨道电路被机车车辆分路时 防止电流过大而损坏电源 并保证在列车占用轨道时 轨道继电器能可靠地落下 对某些交流轨道电路而言 它还兼有相位调整的功效 受电端 又称继电器端或终端 的主要设备是轨道继电器 用它接收轨道电流来反映轨道电路的工作状态 送 受电端的设备 都是通过引接线 钢丝绳 接向钢轨的 两个绝缘节之间的钢轨线路
4、 即从送电端到受电端之间 称为轨道电路的控制区段 也就是轨道电路的长度 轨道电路的长度要受到轨道电路工作状态的制约 二 轨道电路的基本原理 平时 列车未进入轨道电路 即线路空闲时 电流从轨道电路电源正极 钢轨 轨道继电器 另一股钢轨 电源负极 轨道继电器中有电 使继电器保持在吸起状态 接通信号机的绿灯电路 允许列车进入轨道电路 当列车进入轨道电路区段内 即线路被占用时 电流同时流过机车车辆轮对和轨道继电器线圈 由于轮对电阻比轨道继电器线圈电阻小的多 使电源输出电流显著加大 限制电流 限流器 上的压降随之也增大 送向两根钢轨间的电压降低 因而流经轨道电路继电器线圈的电流减小到继电器的落下值 使轨
5、道继电器释放衔铁 用继电器的后接点接通信号机的红灯电路 向后续列车发出停车信号 以保证列车在该轨道电路区段内运行的安全 对轨道电路提出了几点要求 1 当轨道电路无列车占用时 轨道继电器应可靠吸起 保持正常工作 2 轨道电路在任何一点被列车占用时 即使只有一根车轴进入轨道电路 轨道继电器的衔铁应可靠落下 3 当轨道电路设备发生故障 如钢轨折断 绝缘破损等 时 轨道继电器应立即失磁 使之关闭信号 三 轨道电路的作用1 监督列车的占用利用轨道电路监督列车在区间或列车和调车车列在站内的占用 是最常用的方法 由轨道电路反映该段线路是否空闲 为进路或闭塞或建立以及解除提供依据 还可以把信号显示与轨道电路是
6、否被占用结合起来 2 传递行车信息例如 移频自动闭塞利用轨道电路中传递不同的低频信息来反映前行列车的位置 变换各信号机的显示 为列车运行提供行车命令 轨道电路中传送的行车信息 还为列车运行控制系统直接提供控制列车运行所需要的空闲闭塞分区的数目 运行前方信号机的状态和道岔限速等有关信息 以决定列车运行的目标速度 控制列车在当前运行速度下是否停车或减速 四 轨道电路的分类1 按动作电源分类分为直流轨道电路和交流轨道电路 轨道电路电源采用直流 称为直流轨道电路 该轨道电路电源设备安装较困难 检修不方便 易受迷流影响 现已很少采用 采用交流供电的轨道电路 称为交流轨道电路 交流轨道电路的种类很多 频带
7、用的很宽 大体可分为三段 低频300HZ以下 音频300 3000HZ 高频10 40kHZ 一般交流轨道电路专指工频50HZ的轨道电路 25HZ和75HZ的轨道电路也属于交流轨道电路 但必须注明电源频率 以示区别 国产移频轨道电路的频率在495 905HZ ZPW 2000和UM71轨道电路的频率在1689 2611HZ 均属音频范围 道口用轨道电路 频率则在14 40kHZ 属于高频 2 按工作方式分类闭路式轨道电路和开路式轨道电路 闭路式轨道电路 闭路式轨道电路的发送设备 电源 和接收设备 轨道继电器 分别装设在轨道电路的两端 轨道电路上没有车占用时 轨道继电器吸起 有车占用时 因车辆分
8、路 轨道继电器落下 当发生断轨 断线等故障时 轨道继电器落下 能保证安全 符合故障安全原理 开路式轨道电路的发送设备和接收设备安装在轨道电路的同一端 轨道电路无车占用时 不构成回路 其轨道继电器落下 有车占用时 轨道电路通过车辆轮对构成回路 轨道继电器吸起 由于轨道继电器经常落下 不能监督轨道电路的完整 遇有断轨或引接线 接续线折断等故障 不能立即发现 若此时有车占用 轨道继电器也不能吸起 不符合故障安全原理 开路式轨道电路 3 按所传送的电流特性分类可分为连续式 脉冲式 计数电码和频率电码式以及数字编码式 连续式轨道电路中传送连续的交流或直流电流 这种轨道电路的惟一功能是监督轨道的占用与否
9、不能传送更多信息 脉冲式轨道电路是一种传送断续电流脉冲的轨道电路 其送电端为发码器 发送脉冲电流至钢轨 受电端通过译码器译码 使轨道继电器吸起 我国铁路曾采用的极性频率脉冲 简称极频 轨道电路和不对称脉冲轨道电路就属于此类 前者有四种脉冲编码 除监督空闲与否外 还能传送行车信息 后者只有一种频率的脉冲 只能当一般的轨道电路用 计数电码轨道电路传送的是断续的电流 即由不同长度脉冲和间隔组合成电码 电码由发码器产生 同时只能发一种电码 传到受电端 由译码电路译出 使轨道继电器动作 移频轨道电路在钢轨中传送的是移频电流 在发送端用低频 几赫至几十赫 作为行车信息去调制载频 数百赫至数千赫 使移频频率
10、随低频作周期性变化 在接收端将低频解调出来 去动作轨道继电器 移频轨道电路可传送多种信息的信号 数字编码式轨道电路也采用调频方式 但它采用的不是单一低频调制频率 而是一个若干比特的一群调制频率 根据编码去调制载频 编码包含速度码 线路坡度码 闭塞分区长度码 路网码 纠错码等 可以传输更多的信息 4 按轨道电路的分割方式分类有绝缘轨道电路 无绝缘轨道电路有绝缘轨道电路用钢轨绝缘将轨道电路与相邻的轨道电路互相隔离 钢轨绝缘在车辆运行的冲击力 剪切力作用下很容易破损 使轨道电路的故障率较高 绝缘节的安装 给无缝线路带来一定的麻烦 有时需锯轨 降低线路的轨道强度 增加线路维护的复杂性 电气化铁路的牵引
11、回流不希望有绝缘节 为使牵引回流能绕过绝缘节 必须安装扼流变压器 因此有绝缘的轨道电路不理想 无缝线路和电气化铁路希望采用无绝缘轨道电路 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 按原理可分为三种 电气隔离式 自然衰耗式 强制衰耗式 电气隔离式又称谐振式 利用谐振槽路 采用不同的信号频率 谐振回路对不同频率呈现不同阻抗 来实现相邻轨道电路间的电气隔离 自然衰耗式 利用轨道电路的自然衰耗和不同的信号特征 频率 相位等 实现轨道电路的互相隔离 在接收端直接接收或通过电流传感器接收 钢轨中的电流可沿正反两个方向自由传输 基本上靠轨道的自然衰耗作用来衰减信号 道口信号所用的道口控
12、制器就采用这种方式的无绝缘轨道电路 强制衰耗式是在自然衰耗式的基础上 吸收电气隔离式的长处 谐振回路的强制性衰耗 而形成的 它采用电压发送 电流接收的方式 接收端由电流传感器接收信号 它在轨道电路受电端设置陷波器 使信号传输一个轨道电路区段后 被陷波器衰耗掉大部分 使剩余的部分不足以影响相邻区段 5 按使用处所分类分为区间轨道电路和站内轨道电路区间轨道电路主要用于自动闭塞区段 不仅要监督各闭塞分区是否空闲 而且要传输有关行车信息 一般来说 区间要求轨道电路传输距离较长 要满足闭塞分区长度的要求 轨道电路的构成也比较复杂 站内轨道电路用于站内各区段 一般只有监督本区段是否空闲的功能 不能发送其他
13、信息 为了使机车信号在站内能连续显示 要对站内轨道电路实现电码化 即在列车占用本区段或占用前一区段时用切换方式或叠加方式转为能发码的轨道电路 站内轨道电路除了股道外 一般传输距离不长 在客运专线的小站和大站的正线 也采用和区间制式一致的一体化轨道电路 6 按轨道电路内有无道岔分类站内轨道电路分为无岔区段轨道电路和道岔区段轨道电路 无岔区段轨道电路内钢轨线路无分支 构成较简单 一般用于股道 尽头调车信号机前方接近区段 进站信号机内方 两差置调车信号机之间 在道岔区段 钢轨线路有分支 道岔区段的轨道电路就称为分支轨道电路或分歧轨道电路 在道岔区段 道岔处钢轨和杆件要增加绝缘 还要增加道岔连接线和跳
14、线 当分支超过一定长度时 还必须设多个受电端 7 按适用区段分为非电气化区段轨道电路和电气化区段轨道电路 非电气化区段轨道电路 没有抗电化干扰的特殊要求 一般的轨道电路指非电气化区段轨道电路 电气化区段轨道电路 既要抗电化干扰 又要保证牵引回流的畅通无阻 因钢轨中已流有50Hz的牵引电流 轨道电路就不能采用50Hz 而必须采用50Hz以外的频率 我国目前站内多采用25Hz相敏轨道电路 区间多采用移频轨道电路 8 按机车牵引电流的回归方式分单轨条轨道电路 利用轨道电路中一根钢轨作为牵引电流回线的轨道电路双轨条轨道电路 利用轨道电路两根钢轨作为牵引电流回线的轨道电路 五 轨道电路的应用主要用于区间
15、和车站 区间的轨道电路通常是与自动闭塞制式相一致的轨道电路 按照自动闭塞通过信号机分区 每个闭塞分区就有其轨道电路 在半自动闭塞区段 区间一般不设轨道电路 只有在进站信号机的外方设有接近区段的轨道电路 以通知列车的接近以及构成接近锁闭 站内轨道电路应用更为广泛 对于电气集中联锁来说 列车进路和调车进路都必须安装轨道电路 对于机车信号来说 各种制式的区间轨道电路和站内电码化以后的轨道电路 就是其地面发送的设备 也就是信息来源 对于列车运行控制系统 带有编码信息的轨道电路是车 地之间传输信息的通道之一 一 轨道电路的基本参数轨道电路的基本参数指的是它的一次参数和二次参数1 轨道电路的一次参数轨道电
16、路是通过钢轨传输电流的 钢轨铺设在轨枕上 轨枕置于道碴中 所以轨道电路是具有低绝缘电阻的电气回路 因此钢轨阻抗Z 钢轨电阻R和钢轨电抗 L的向量和 和漏泄导纳Y 漏泄电导G和漏泄容抗的向量和 就成为轨道电路本身固有的电气参数 所以轨道电路的一次参数就是Z Y R L G C的总称 第二节轨道电路的基本工作状态和基本参数 1 道碴电阻轨道电路的漏泄电流是由一根钢轨经轨枕 道碴和道床流往另一根钢轨的 其大小由钢轨线路的绝缘阻抗 即道碴电阻决定的 道碴电阻是一个分布参数 通常以每一公里钢轨线路所具有的漏阻值表示 称为单位道碴电阻或简称道碴电阻 用rd表示 其单位是 km 道碴电阻愈小 两钢轨间漏泄电流就愈大 轨道电路消耗的电能就会增多 而且道碴电阻值变化的范围越大 轨道电路的工作就越不稳定 道碴电阻的大小 一方面取决于道碴的材料 道碴层的厚度 轨枕的材料和数量 另一方面还取决于温度 湿度的变化 以及道床土壤的导电率等因素 因此 要保证轨道电路稳定地工作 必须尽可能地提高最小道碴电阻值 提高道床排水能力 定期清筛道碴 及时更换腐朽及破裂的轨枕等 都是提高道碴电阻值的有效措施 2 钢轨阻抗每一公
