從軌道電路的運(yùn)用看區(qū)間信號(hào)的發(fā)展

1、從軌道電路的運(yùn)用 看區(qū)間信號(hào)的發(fā)展摘 要 區(qū)間軌道電路是鐵路區(qū)間閉塞設(shè)備的重要基礎(chǔ)設(shè)備，軌道電路不僅起到監(jiān)督列車(chē)是否的占用線路、還負(fù)有向列車(chē)傳遞信息的作用，區(qū)間是否運(yùn)用軌道電路反映了信號(hào)閉塞設(shè)備的先進(jìn)程度。關(guān) 鍵 詞 軌道電路 半自動(dòng)閉塞 自動(dòng)閉塞 移動(dòng)閉塞 列車(chē)運(yùn)行自動(dòng)控制系統(tǒng)車(chē)站與車(chē)站之間的鐵路線路稱為區(qū)間，它與無(wú)數(shù)的車(chē)站連接成了鐵路這條運(yùn)送旅客和貨物的國(guó)民經(jīng)濟(jì)大通道，區(qū)間閉塞設(shè)備是保證列車(chē)在這條大通道上暢通無(wú)阻、快速、安全運(yùn)行的重要設(shè)備，而軌道電路是區(qū)間閉塞設(shè)備的重要基礎(chǔ)設(shè)備之一。筆者從區(qū)間軌道電路的從無(wú)到有、又將從有到無(wú)的演進(jìn)過(guò)程，簡(jiǎn)述鐵路區(qū)間信號(hào)閉塞設(shè)備的發(fā)展。一、區(qū)間軌道電路從無(wú)到

2、有（一）、區(qū)間無(wú)軌道電路1949年統(tǒng)計(jì)，當(dāng)時(shí)72%的線路沒(méi)有閉塞設(shè)備，其余大部分還是人工閉塞設(shè)備，那時(shí)，列車(chē)在區(qū)間行車(chē)時(shí)，安全毫無(wú)保證，根本談不上運(yùn)輸效率的提高。50年代中期我國(guó)鐵路工程人員自行設(shè)計(jì)并安裝了區(qū)間繼電半自動(dòng)閉塞設(shè)備，如64 d單線繼電半自動(dòng)閉塞，它是在相鄰兩站各設(shè)一臺(tái)半自動(dòng)閉塞機(jī)，經(jīng)閉塞電話線將兩臺(tái)半自動(dòng)閉塞機(jī)連接起來(lái)，列車(chē)要進(jìn)入?yún)^(qū)間，首先需要兩站值班員分別操縱閉塞機(jī)，控制發(fā)車(chē)站出站信號(hào)機(jī)的開(kāi)放，列車(chē)出發(fā)，壓上進(jìn)站信號(hào)機(jī)內(nèi)方的站內(nèi)軌道電路時(shí)，出站信號(hào)機(jī)自動(dòng)關(guān)閉。有車(chē)在區(qū)間運(yùn)行時(shí)，閉塞機(jī)處于閉塞狀態(tài)，無(wú)法通過(guò)操縱再去開(kāi)放本站或?qū)Ψ秸镜某稣拘盘?hào)機(jī)。列車(chē)到達(dá)接車(chē)站需人工確認(rèn)是否整列到達(dá)

3、后，再由接車(chē)站值班員操縱閉塞機(jī)，解除閉塞狀態(tài)。64型繼電半自動(dòng)閉塞設(shè)備具有設(shè)備簡(jiǎn)單、使用方便、維修容易、投資少、安裝快的優(yōu)點(diǎn)，截至2005年底全路仍有61.7%的線路使用繼電半自動(dòng)閉塞設(shè)備來(lái)防護(hù)列車(chē)在區(qū)間行車(chē)安全問(wèn)題。但是半自動(dòng)閉塞設(shè)備存在很多的不足，如自動(dòng)化含量不高，需要人工辦理閉塞手續(xù)才能向區(qū)間發(fā)車(chē)，增加了列車(chē)在車(chē)站的停留時(shí)間；區(qū)間的通過(guò)能力很低，同一方向線路同時(shí)只允許一趟列車(chē)運(yùn)行；再是區(qū)間沒(méi)有軌道電路，不能從電氣上去監(jiān)督列車(chē)在區(qū)間運(yùn)行的情況或檢查區(qū)間是否遺留車(chē)輛，遺留車(chē)輛既阻塞線路還存不安全問(wèn)題。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，行車(chē)速度提高、行車(chē)密度加大，半自動(dòng)閉塞設(shè)備已不能適應(yīng)鐵路的需求，于是自動(dòng)

4、閉塞設(shè)備逐步取代半自動(dòng)閉塞設(shè)備。（二）、區(qū)間運(yùn)用軌道電路所謂自動(dòng)閉塞主要是將區(qū)間劃分成若干個(gè)閉塞分區(qū)，每個(gè)閉塞分區(qū)設(shè)為一段軌道電路，它的起點(diǎn)設(shè)有一架通過(guò)信號(hào)機(jī)防護(hù)，列車(chē)運(yùn)行借助車(chē)輪與軌道電路接觸發(fā)生作用，自動(dòng)控制信號(hào)機(jī)的顯示，因它是列車(chē)在運(yùn)行中自動(dòng)完成閉塞作用的所以稱自動(dòng)閉塞。從運(yùn)輸組織講這種自動(dòng)閉塞屬于固定閉塞，前、后兩列車(chē)的間距是用地面固定的軌道電路來(lái)檢測(cè)的。軌道電路是自動(dòng)閉塞的重要基礎(chǔ)設(shè)備。在90年代之前，我國(guó)部分鐵路主要運(yùn)用的是50年代從蘇聯(lián)引進(jìn)的交流計(jì)數(shù)電碼自動(dòng)閉塞和60年代我國(guó)自行研制的極頻自動(dòng)閉塞和4信息移頻自動(dòng)閉塞三種。對(duì)應(yīng)不同制式的自動(dòng)閉塞設(shè)備，便有不同形式的軌道電路，當(dāng)時(shí)采

5、用都是有機(jī)械絕緣節(jié)的軌道電路：1、機(jī)械絕緣軌道電路機(jī)械絕緣軌道電路就是以鐵路線路的兩根鋼軌作為導(dǎo)體、兩端加以機(jī)械絕緣節(jié)隔離、分別接上發(fā)送設(shè)備和接收設(shè)備而構(gòu)成的電路。軌道電路最初在站內(nèi)運(yùn)用，如非電氣化區(qū)段的站內(nèi)交流50hz軌道電路：送電端由交流50hz軌道電源和限流電阻rx、bg5變壓器組成，受電端由bz4變壓器、軌道繼電器gj組成。當(dāng)軌道電路內(nèi)鋼軌線路完整，且沒(méi)有列車(chē)占用時(shí)，送電端的信號(hào)電流從一個(gè)方向暢通無(wú)阻地流向受電端，受電端接收到信號(hào)電流后軌道繼電器吸起，gj表示軌道電路空閑。如軌道電路有列車(chē)占用時(shí)，信號(hào)電流被機(jī)車(chē)輪對(duì)分路，輪對(duì)電阻遠(yuǎn)小于軌道繼電器線圈電阻，此時(shí)流經(jīng)gj的信號(hào)電流大大減小，

6、gj無(wú)法工作失磁落下，gj表示軌道電路被占用。在電氣化區(qū)段站內(nèi)運(yùn)用的是交流25hz相敏軌道電路。站內(nèi)軌道電路上傳遞不管是交流50hz還是交流25hz的信號(hào)電流，這些信號(hào)電流不含任何信息，此時(shí)軌道電路只起到監(jiān)督列車(chē)是否占用線路的作用，通過(guò)判斷線路是否空閑，為開(kāi)放信號(hào)、建立進(jìn)路或構(gòu)成閉塞提供依據(jù)。由于軌道電路具有監(jiān)督列車(chē)是否占用線路的功能而被運(yùn)用到區(qū)間，作為區(qū)間自動(dòng)閉塞的重要基礎(chǔ)設(shè)備，并把軌道電路的工作情況與區(qū)間通過(guò)信號(hào)機(jī)的顯示等結(jié)合起來(lái)，如三顯示移頻自動(dòng)閉塞的軌道電路：把兩站之間的鋼軌線路用機(jī)械絕緣隔離成若干段軌道電路如1g4g,每段軌道電路稱為閉塞分區(qū)，長(zhǎng)度在1.22.5公里左右，每段軌道電路

7、有由電子元器件組成電路的發(fā)送設(shè)備和接收設(shè)備，接收設(shè)備的執(zhí)行元件是繼電器，有l(wèi)j 、uj 。相鄰軌道電路采用不同的載頻信號(hào)，如下行方向的1g、3g采用550 hz載頻信號(hào) ，2g、4g采用750 hz載頻信號(hào)。發(fā)送設(shè)備采用頻率調(diào)制的方法，用低頻信號(hào)去調(diào)制載頻信號(hào)，形成載頻信號(hào)的頻率隨低頻信號(hào)的幅度變化而變化的移頻信息，此時(shí)軌道電路上傳遞的是迎著列車(chē)運(yùn)行的方向流動(dòng)的移頻信息。當(dāng)列車(chē)占用1g時(shí)，1g發(fā)送設(shè)備發(fā)送到軌道電路的移頻信息被車(chē)輪短路，1g接收設(shè)備接收不到移頻信息1lj 、1uj，表示有車(chē)占用，用這個(gè)條件控制1g通過(guò)信號(hào)機(jī)自動(dòng)點(diǎn)亮紅燈，并控制2g的發(fā)送設(shè)備自動(dòng)向2g發(fā)送含有26hz低頻的移頻信

8、息，2g無(wú)車(chē)時(shí)接收端收到移頻信息后2lj 、2uj，用這個(gè)條件控制2g通過(guò)信號(hào)機(jī)自動(dòng)點(diǎn)亮黃燈，并控制3g的發(fā)送設(shè)備自動(dòng)向3g發(fā)送含有15hz低頻的移頻信息，3g無(wú)車(chē)時(shí)接收端收到移頻信息后3lj、3uj，用這個(gè)條件控制3g通過(guò)信號(hào)機(jī)自動(dòng)點(diǎn)亮綠燈。運(yùn)用在區(qū)間的軌道電路不僅起到監(jiān)督列車(chē)是否占用線路，還負(fù)有傳遞信息的作用，軌道上的移頻信息，除可控制地面通過(guò)信號(hào)機(jī)顯示不同的燈光外，還能通過(guò)電磁感應(yīng)的原理傳遞到機(jī)車(chē)上，去控制機(jī)車(chē)信號(hào)機(jī)復(fù)示地面信號(hào)的顯示。運(yùn)用自動(dòng)閉塞設(shè)備，不需要人工辦理閉塞手續(xù)，司機(jī)根據(jù)信號(hào)機(jī)的顯示，控制列車(chē)以不同速度在各分區(qū)運(yùn)行，在整個(gè)區(qū)間里同時(shí)有兩趟以上的列車(chē)運(yùn)行，既保證了列車(chē)在區(qū)間的

9、行車(chē)安全，還大大地提高了區(qū)間的通過(guò)能力。有機(jī)械絕緣的軌道電路，在正常情況下，移頻信息只在本軌道電路朝一個(gè)方向傳遞，不影響相鄰軌道電路的工作?？墒怯袡C(jī)械絕緣的軌道電路，存在一些弊端：如有的絕緣節(jié)因電氣傳輸距離的原因需把好端端的一根鋼軌鋸斷后才能安裝上，有的機(jī)械絕緣節(jié)會(huì)隨著天氣的變化和車(chē)輛的載重情況容易破損，相鄰軌道電路的信息互相干擾，造成軌道電路工作不穩(wěn)定?！熬盼濉逼陂g為了適應(yīng)鐵路提速需要，區(qū)間大量敷設(shè)長(zhǎng)鋼軌，要求發(fā)展無(wú)絕緣軌道電路。于是具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新一代的自動(dòng)閉塞設(shè)備如“九五”期間開(kāi)發(fā)的zp.w1-18型、wg-21a型等和“十五”期間開(kāi)發(fā)的zpw-2000a型、zpw-2000r型等無(wú)

10、絕緣自動(dòng)閉塞設(shè)備分別在不同路局運(yùn)用。這些無(wú)絕緣自動(dòng)閉塞設(shè)備采用的是無(wú)絕緣軌道電路，它可以改進(jìn)有機(jī)械絕緣的軌道電路可靠性不夠高、抗干擾能力不夠強(qiáng)等問(wèn)題。2、無(wú)絕緣軌道電路所謂無(wú)絕緣軌道電路就是不用機(jī)械絕緣節(jié)來(lái)隔離軌道電路，而是用自然衰耗隔離方式又稱疊加式或是用電氣隔離方式這兩類隔離軌道電路。zp.w1-18型自動(dòng)閉塞采用自然衰耗隔離軌道電路，zpw-2000a型自動(dòng)閉塞采用電氣隔離軌道電路。如zpw-2000a型無(wú)絕緣軌道電路：把兩站之間的鋼軌線路用電氣絕緣隔離成若干段軌道電路如1g3g，每段軌道電路包括主軌道電路和調(diào)諧區(qū)的小軌道電路兩部分組成，電氣絕緣節(jié)由調(diào)諧單元、空芯線圈sva及29m米鋼軌

11、構(gòu)成。相鄰軌道電路采用不同的載頻信號(hào),每個(gè)電氣絕緣節(jié)，兩端各設(shè)一個(gè)調(diào)諧單元，對(duì)于較低載頻頻率的軌道電路端用f1調(diào)諧單元, 對(duì)于較高載頻頻率的軌道電路端用f2調(diào)諧單元。如2g主軌道電路發(fā)送器發(fā)送的移頻信息向線路左右兩側(cè)傳輸，左側(cè)接收端的調(diào)諧單元對(duì)本區(qū)段載頻產(chǎn)生諧振呈現(xiàn)高阻抗，接收器接收到電壓幅度較高的移頻信息。右側(cè)小軌道電路對(duì)發(fā)送的移頻信息由相鄰軌道電路的接收器接收后處理，形成小軌道電路軌道繼電器執(zhí)行條件，通過(guò)xgj、xgjh送至本軌道電路接收器，作為軌道繼電器2gj勵(lì)磁吸起的必要檢查條件之一，本區(qū)段接收器同時(shí)接收到主軌道電路移頻信息和小軌道電路軌道繼電器執(zhí)行條件，判斷無(wú)誤后繼電器吸起2gj，并

12、以此判斷區(qū)段的空閑與占用。而相鄰軌道電路的調(diào)諧單元對(duì)該載頻失諧呈現(xiàn)低阻抗，可靠地短路左區(qū)段的移頻信息，防止了越區(qū)傳輸，實(shí)現(xiàn)了相鄰區(qū)段信號(hào)的電氣絕緣。小軌道電路的引入，還解決了調(diào)諧區(qū)斷軌檢查問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了軌道電路全程斷軌檢查，并縮短了調(diào)諧區(qū)分路死區(qū)段長(zhǎng)度。無(wú)絕緣軌道電路同樣起到監(jiān)督列車(chē)是否的占用線路和傳遞移頻信息的作用，比較三顯示移頻自動(dòng)閉塞，zpw-2000a型無(wú)絕緣移頻自動(dòng)閉塞等根據(jù)需要能產(chǎn)生18種低頻信息，可滿足區(qū)間通過(guò)信號(hào)機(jī)四顯示的需要，還可滿足列車(chē)運(yùn)行超速防護(hù)的需要。zpw-2000a型無(wú)絕緣自動(dòng)閉塞采用的電氣絕緣隔離軌道電路，具有可靠的分路保證、斷軌檢查、抗電氣化牽引大電流干擾，傳輸特

13、性好、安全度較高的特點(diǎn)，自2002年5月通過(guò)鐵道部技術(shù)鑒定后，已確定今后用它統(tǒng)一我國(guó)鐵路自動(dòng)閉塞制式。截至到2005年底，全路共裝有8528 km鐵路線安裝了zpw-2000a型自動(dòng)閉塞設(shè)備。二、區(qū)間軌道電路從有到無(wú)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，鐵路信號(hào)技術(shù)也將由開(kāi)環(huán)控制向閉環(huán)控制發(fā)展，由孤立分散的控制向網(wǎng)絡(luò)化、區(qū)域化控制發(fā)展和由單一的信號(hào)向通信信號(hào)一體化發(fā)展。區(qū)間的閉塞設(shè)備又將向新的模式發(fā)展，將由固定閉塞向移動(dòng)閉塞發(fā)展，所謂移動(dòng)閉塞是“列車(chē)安全追蹤簡(jiǎn)隔距離不預(yù)先設(shè)定，而隨列車(chē)的移動(dòng)不斷移動(dòng)并變化的閉塞方式”，它的特點(diǎn)是前、后兩列車(chē)都采用移動(dòng)式的定位方式。采用移動(dòng)閉塞

14、，線路上不需要地面通過(guò)信號(hào)機(jī)劃分閉塞分區(qū)，也不需要用軌道電路來(lái)監(jiān)督列車(chē)是否的占用線路和向列車(chē)傳遞信息來(lái)保證行車(chē)安全。移動(dòng)閉塞制式列車(chē)的安全運(yùn)行是由先進(jìn)的列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)來(lái)保證，這個(gè)系統(tǒng)是將先進(jìn)的控制技術(shù)、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)與鐵路信號(hào)技術(shù)溶為一體的行車(chē)指揮、控制、管理自動(dòng)化系統(tǒng)、它是現(xiàn)代保障行車(chē)安全、提高運(yùn)輸效率的核心、也是標(biāo)志一個(gè)國(guó)家軌道交通技術(shù)裝備現(xiàn)代化水準(zhǔn)的重要組成部分。如德國(guó)鐵路早在60年代就開(kāi)始研究用于最高行車(chē)速度200km/h的連續(xù)式列車(chē)運(yùn)行自動(dòng)控制系統(tǒng)（lzb），lzb系列是目前世界上典型的連續(xù)式列車(chē)速度控制系統(tǒng)之一，它最突出的特點(diǎn)之一就是不用軌道電路，而是利用鋪設(shè)在鋼軌之間的軌

15、道電纜實(shí)現(xiàn)車(chē)-地之間的雙向信息傳輸，實(shí)現(xiàn)對(duì)列車(chē)運(yùn)行速度的控制。我國(guó)全長(zhǎng)1142公里共45車(chē)站、其中38個(gè)為無(wú)人車(chē)站的青藏鐵路，也是引進(jìn)了美國(guó)的列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)（itcs），這個(gè)系統(tǒng)不用軌道電路、也不用鋪設(shè)在鋼軌之間的軌道電纜，而是利用無(wú)線通信（gsm-r）完成車(chē)-地間雙向、實(shí)時(shí)和連續(xù)的信息傳輸和以全球定位系統(tǒng)（gps）實(shí)現(xiàn)列車(chē)定位（誤差在6米以內(nèi)），控制運(yùn)行速度，保證行車(chē)安全。運(yùn)用列車(chē)運(yùn)行自動(dòng)控制系統(tǒng)，區(qū)間不再采用裸露在光天化日下的鋼軌來(lái)傳輸信息的軌道電路，可以減少購(gòu)置、安裝設(shè)備的投資、減少因氣候或人為而造成的電氣故障的發(fā)生率、減少維修、維護(hù)的工作難度，還可減輕運(yùn)輸、信號(hào)工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度等。

16、我國(guó)鐵路目前還沒(méi)有自主設(shè)計(jì)、生產(chǎn)出像德國(guó)或美國(guó)鐵路那種先進(jìn)的完整的列車(chē)運(yùn)行自動(dòng)控制系統(tǒng)，但2003年10月鐵道部參照etcs（歐洲列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)）編制了中國(guó)列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)ctcs的技術(shù)規(guī)范總則（暫行）并制定了今后的發(fā)展規(guī)劃。中國(guó)列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)ctcs根據(jù)功能要求和設(shè)備配置劃分為五個(gè)應(yīng)用等級(jí)（即ctc0級(jí)ctc4級(jí)），級(jí)別越高設(shè)備越先進(jìn)，ctcs4級(jí)主要是面向高速新線或特殊線路、基于無(wú)線通信的移動(dòng)閉塞、地面完全取消軌道電路，由無(wú)線閉塞中心rbc和車(chē)載驗(yàn)證系統(tǒng)共同完成列車(chē)定位和完整性檢查的列車(chē)運(yùn)行自動(dòng)控制系統(tǒng)。目前，我國(guó)鐵路正在完善ctcs2級(jí)列車(chē)運(yùn)行自動(dòng)控制系統(tǒng)的建設(shè)，將朝著ctcs4級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)去建設(shè)，實(shí)現(xiàn)鐵路現(xiàn)代化的目標(biāo)?？傊?，區(qū)間從最初沒(méi)有運(yùn)用軌道電路的人工閉塞、半自動(dòng)閉塞區(qū)間閉塞設(shè)備發(fā)展到運(yùn)用了軌道電路的自動(dòng)閉塞設(shè)備，又將發(fā)