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1、*1项目二 信号基础设备轨道电路 知识要点1掌握轨道电路的工作原理。2掌握轨道电路在轨道交通信号系统中的作用。3了解各种常用轨道电路的特点及怎样确保轨道电路可靠工作。 *2一、轨道电路工作原理轨道电路是以钢轨作为导体，两端加上机械绝缘(或电气绝缘)，接上送电和受电设备构成的电路。1.组成轨道电路的组成如图2一l所示。图21 轨道电路组成示意图*350Hz 轨道电路 25Hz 轨道电路图 *4(1)导体 轨道交通系统的两条钢轨是传输轨道电流的导体。在两节钢轨的接头处为了减少钢轨与钢轨夹板问的接触 电阻，用连接线连接。钢轨接续线有塞钉式和焊接式。塞钉式接续线如图22所示。图22 塞钉式钢轨接续线引
2、接线用于送电设备、受电设备与钢轨的连接。轨端接续线 *5(2)钢轨绝缘 钢轨绝缘安装在相邻两个轨道电路衔接处，以保证相邻轨道电路在电气上的可靠隔离。钢轨绝缘多采用 机械强度高、绝缘性能好的材料，在钢轨与夹板间垫有槽形绝 缘板，夹板螺栓与夹板之间装有绝缘套管和绝缘垫圈。在两个 钢轨衔接的断面间还夹有与钢轨断面相同的轨端绝缘。城市轨道交通的正线多采用无缝线路，需要使用由电子电路构成电气绝缘(又称为调谐区)来分隔相邻轨道电路。钢轨绝缘(50Kg、60Kg) 轨道绝缘节 *6(3)送电设备 轨道电路的送电设备可以是电源，用于向轨道电路供电，也可以是能够发送一定信息的电子设备，通过 轨道电路向列车传递行
3、车信息。nBG1-80型轨道变压器、 n BZ4-U型中继变压器轨道变压器BG型轨道变压器主要用于轨道电路供电，其一次侧为220v，二次侧依据所连接 的端子不同，可以获得各种不同的电压值。0.45-10.80 V。扼流变压器 *7(4)受电设备 轨道电路的受电设备可以是轨道继电器，用于反映轨道电路范围内有无列车、车辆占用和钢轨是否完整 ；或者当轨道电路中包含有控制信息时，轨道电路的受电设备 也可以是能够接收并鉴别电流特性的电子设备，能够根据接收 到的不同特性的电流，令有关继电器动作。 *8(5)限流电阻 限流电阻是一个可调电阻器，连接在轨道电路电源端，用来调整轨道电路的电压。当轨道电路被列车、
4、 车辆的轮对分路时，能够防止输出电流过大而损坏电源。变阻器轨道电路用变阻器为R2.2/220型。阻值为2.2，功率为220W、容许电流为10 A、容许温度为105可调电阻器*92工作原理图21是直流轨道电路原理图，从图中可以看出：1)当轨道电路设备完好，又没有列车、车辆占用时，轨道电流从电源正极经钢轨、轨道继电器线圈回到负极而构成回路，继 电器处于吸起状态，表示轨道区段内无车占用。此状态称为轨道 电路的调整状态。2)当轨道区段内有列车、车辆占用时，因为车辆的轮对电阻比轨道继电器线圈电阻小得多，所以轨道电路轮对分路，这时 流经继电器线圈的电流很小，不足以使衔铁保持吸起，继电器失 磁落下，表示该区
5、段有车占用。此状态称为轨道电路的分路状态 。3)当轨道区段内发生断轨或断线等故障时，流经继电器线圈的电流中断，使继电器失磁落下。此状态称为轨道电路的断轨状 态。*10轨道电路的作用：钢轨传送电信息 绝缘节划分各轨道区段轨端接续线保持电信息延续 轨道继电器反映轨道的状况*11二、轨道电路的作用 轨道电路用于监督线路的占用情况，并可以向列车传输控制信息，将列车运行和信号显示等联系起来。对于城市轨道交 通，轨道电路是信号系统的重要基础设备，直接影响行车安 全和运输效率。轨道电路的作用主要表现在以下两方面。1监督列车占用利用轨道电路监督列车在正线或列车和车辆在车辆段等线路的占用状态。轨道电路反映有关线
6、路空闲时，为开放信号、 建立进路、构成闭塞提供了依据；轨道电路被占用时，用于 实现控制有关信号机的自动关闭，实现信号系统的自动控制。*122传输行车信息在正线上，根据列车的不同位置，有关闭塞分区的轨道电路传输不同的控制信息，实现对追踪列车的控制。带有编码信 息的轨道电路是城市轨道交通信号系统车-地之间信息传输的 通道之一。例如数字编码式音频轨道电路中传输的行车信息，为ATP系统直接提供控制列车运行所需的前行列车位置、运行前方信 号状态、线路条件等信息，以确定列车运行的目标速度，控制 列车在当前运行速度下是否减速或停车。*13计算机联锁 （CBI）子系统列车自动防护 （ATP）子系统列车自动监控
7、 （ATS）子系统列车自动运行 （ATO）子系统ATC系统ATC系统统构成示意图图*14ATC列车在线位置进路条件生成移动授权终点计计算制动动曲线线制动动曲线线制动动控制与列车车的位置、速度比较较列车车位置信息基于线线路数据 和停车车点信息逐 次生成制动动曲线线车载设备车载设备车载车载控制设备设备防护护距离车头车头位置车车尾位置追踪列车车的停车车点停车点的信息XX地铁二号线正线信号系统原理示意图*1515APCCAPZCRadioRadioATS 1. 联锁联锁控制轨轨旁道 岔动动作，并将道岔的 状态态信息传递给传递给 ZC 。2.ZC (基于列车车位 置和道岔状态态信息) 给车载传给车载传
8、送移送授 权权，并将列车车位置 信息传递给传递给 ATS联锁3. CC计计算制动动曲 线线，防止列车车超 速。正线信号原理动态示意图正线信号原理动态示意图*16 (2)XX地铁正线信号系统组成 *17三、轨道电路的分类1按传输电流特性分类 按照所传输的电流特性不同，轨道电路可分为工频连续式轨道电路和音频轨道电路，其中，音频轨道电路又可分为模拟 式轨道电路和数字编码式轨道电路。 按传送的电流特性分：连续式、脉冲式、计数电码式、频率电码式、数字编码式*18工频连续式轨道电路中传输连续交流电流，只能用于监督轨道的占用与否，不能传输对列车的控 制信息。目前在城市轨道交通中应用较广泛的是 50Hz相敏轨
9、道电路。模拟式音频轨道电路采用调幅或调频方式，可以传输较多信息，不仅能监督轨道的占用状态， 还能反映列车运行前方三个或四个闭塞分区的占用 情况。数字编码式音频轨道电路采用数字调频方式，可以传输更多的信息，编码中包含了速度码、线路 坡度码、闭塞分区长度码、纠错码等。*192按绝缘性质分类 按照绝缘的性质不同，轨道电路可分为有绝缘轨道电路和无绝缘轨道电路。有绝缘轨道电路利用钢轨绝缘实现本轨道电路与相邻轨道电路的电气隔离。钢轨绝缘在列车运行的冲击力作用下容易被 破损造成轨道电路故障，同时由于钢轨轨缝的存在，既增加 了列车过接缝时乘客的不舒适感，又不利于牵引电流的回流输 送。因此，城市轨道交通中有绝缘
10、轨道电路多用于车辆段内的 轨道电路。*20无绝缘轨道电路在分界处不设置钢轨绝缘，轨道电路电流采用不同信号频率，根据谐振的原理，使谐振回路对不同频率 呈现不同阻抗，实现对相邻轨道电路的电气隔离。这种电气 隔离方式又称为谐振式。无绝缘轨道电路满足了城市轨道交通 电化牵引和采用无缝线路的要求，在正线线路上得到广泛应用 。无绝缘节*213按使用处所分类按照使用地点不同，轨道电路可分为区间轨道电路和车辆段内轨道电路。区间轨道电路用于正线，不仅要监督各闭塞分区是否空闲，还要传输有关行车信息，并能满足闭塞分区长度的要求，其 结构比较复杂。*224按是否包含道岔分类车辆段内轨道电路分为无岔区段轨道电路和道岔区
11、段轨道电 路。无岔区段轨道电路内钢轨没有分支，结构简单，用于停车线 、检车线、尽头线调车信号机接 近区段，以及两个差置调车信号 机之间的线路。 道岔区段轨道电路结构比较复杂，包含了岔前线路、岔后直向位置线路和岔后侧向位置线路。根据道岔结构，不仅有关 钢轨、杆件要增加绝缘，还要增加道岔跳线和连接线，当分 支超过一定长度时，还必须设置多个受电端。*23四、交流工频轨道电路用于城市轨道交通的交流工频轨道电路有50Hz相敏轨道电路(有继电式和微电子式，其中不注明时即指继电式)、PF轨道 电路，只有监督列车占用的功能，不能传输其他信息。下面以 50Hz相敏轨道电路为例介绍交流工频轨道电路，其结构图如图2
12、 -3所示。图2-3 50Hz相敏轨道电路结构图*241轨道电路组成(1)送电端 送电端一般安装在室外变压器箱内，包括BG5-D型轨道变压器、R-2 2220型变阻器、熔断器，轨道电源从室 内通过电缆送至送电端。*25电容器CA起补偿作用，以提高轨道继电器局部线圈的功率因 数，降低输入电流；防雷元件Z是对接的硒片，称为浪涌抑制 器，用于防雷。 (2)受电端 受电端包括安装在室外变压器箱内的BZ-D型 中继变压器、R-22220 型变阻器、熔断器，安装在 室内组合架上的电容器、防 雷元件、交流二元继电器。受电端中，电容器C用于隔离直流，不使 牵引电流进入轨道继电器的轨道线圈，并能够 减少轨道电路
13、的传输衰耗和相移；*26(3)绝缘 钢轨绝缘设置于轨道电路分界处，用于隔离相 邻的轨道电路。(4)接续线和引接线 接续线用于连接相邻钢轨，引接线 用于将变压器箱或电缆盒接向 钢轨。(5)回流线 回流线连接相邻的不同侧钢轨，为牵引回流 提供越过钢轨绝缘节的通路。轨端接续线 *272工作原理电源屏分别提供50Hz轨道电源和局部电源。送电端轨道电源 GJZ220、GJF220经轨道变压器降压 后送至钢轨。在受电端钢轨电压 经中继变压器升压后送至轨道继 电器的轨道线圈3-4端子。轨道继电器的局部线圈1-2接局部电源GJZ220、GJF220。*28当轨道继电器RGJ的轨道线圈和局部线圈电源满足规定的
14、相位和频率要求时，轨道电路 处于调整状态，RGJ吸起，表示 轨道区段空闲。列车占用使轨 道区段处于分路状态时，RGJ落 下。当轨道电源和局部电源频 率、相位不符合时，RGJ落下。交流二元继电器的特性使50Hz相敏轨道电路具有相位鉴别 能力，即相敏特性，因此其抗干扰性能高。*29五、数字轨道电路数字轨道电路所传输的轨道信号内包含数字信息，例如列车运行方向、目标距离、目标速度等，能够为车载ATP设备提 供控制信息。下面以音频数字轨道电路为例介绍数字轨道 电路。音频轨道电路是联锁逻辑处理单元和车载设备之间的通信接口，实现了正线区段轨道电路占用检测以及地对车的ATP数 字信号传输的双重功能。*301设
15、备组成(1)轨旁设备 轨旁设备由轨道耦合单元、棒线和耦合环线三部分组成，在轨道之间或者沿轨旁安装，采用互耦方式， 如图24所示。图2-4 轨道耦合单元 *31棒线置于两钢轨之间，端点焊接于钢轨上，形成“S”形棒 线。一匝导线构成的环线与“S棒”耦合，并与室内控制柜的辅助板相连。发送的轨道信号电流通过棒线感应到钢轨，由列车车载设备接收。图中轨道耦合单元，将轨道信号连接到 控制机箱的接收和发送 电路，并调谐轨道电路 的载频频率。每个耦合 电路由变压器和可调电 容组成槽路。*32图2-5 音频轨道电路机箱(2)室内设备 室内设备主要是安装在室 内控制柜内的控制机箱 ，如图2-5所示，每个 机箱内包括
16、多个PCB电 路板，每个轨道电路包 括控制板、辅助板、电 源板。控制板产生具有ATP功能的数字编码信息；辅助板将控制板产生的信息放大发送至室外，并接收来自轨道的信息；电 源板产生控制板和辅助板工作所需的电源。*332工作原理 (1)对列车的检测 音频系统不问断地向轨道发送数字编码信息，并监视其接收器感应到的信号，作为对列车占用的检测 。利用音频信息的标题位(前8位)作为列车检测的信号，固定为 01111110。发送端通过耦合单元发送至钢轨，接收端由轨道接 收器检测该信号，并设置门限值。速度传 感器应答器 天线轨道电 路 天线*34当轨道电路空闲时，被检测到的信号幅度在门限值以上；当列车进入轨道电路，所接收到的信号被分路，其幅度降至门 限值以下，表示轨道电路被占用；由于其他原因造成轨道电 路短路、断路时，如路基潮湿，也会使接收到的信号低于预定 的阀值，或者生成错误的轨道ID号。*35按照故
