城市軌道交通信號基礎(chǔ)設(shè)備軌道電路概述

1、城市軌道交通信號基礎(chǔ)設(shè)備軌道電路概述一、軌道電路的基本原理軌道電路是以鐵路線路的兩根鋼軌作為導(dǎo)體，兩端加以機械絕緣（或電氣絕緣）節(jié)、送電和受電設(shè)備構(gòu)成的電路。軌道電路的送電設(shè)備設(shè)在送電端，由軌道電源E和限流電阻Rx組成，限流電阻的作角是保護電源不致因過負荷而損壞，同時保證列車占用軌道電路時，軌道繼電器可靠落下。接收設(shè)備設(shè)在受電端，一般采用繼電器，稱為軌道繼電器，由它來接收軌道電路的信號電流。送、受電設(shè)備一般放在軌道旁的變壓器箱或電纜盒內(nèi)，軌道繼電器設(shè)在信號樓內(nèi)。姍送、受電設(shè)備由引接線（鋼絲繩）直接接向鋼軌或通過電纜過軌后由引接線接向鋼軌。鋼軌是軌道電路的導(dǎo)體，為減小鋼軌接頭的接觸電阻，增設(shè)了軌

2、端接續(xù)線。鋼軌絕緣是為分隔相鄰軌道電路而裝設(shè)的。兩絕緣節(jié)之間的鋼軌線路，稱為軌道電路的長度。當(dāng)軌道電路內(nèi)鋼軌完整，且沒有列車占用時，軌道繼電器吸起，表示軌道電路空閑。軌道電路被列車占用時，它被列車輪對分路，輪對電阻遠小于軌道繼電器線圈電阻，流經(jīng)軌道繼電器的電流大大減小，軌道繼電器落下，表示軌道電路被占用。二、軌道電路的作用軌道電路的第一個作用是監(jiān)督列車的占用。利用軌道電路監(jiān)督列車在區(qū)間或列車和調(diào)車車列在站內(nèi)的占用，是最常用的方法。由軌道電路反映該段線路是否空閑，為開放信號、建立進路或構(gòu)成閉塞提供依據(jù)，還利用軌道電路的被占用關(guān)閉信號，把信號顯示與軌道電路是否被占用結(jié)合起來。軌道電路的第二個作用是

3、傳遞行車信息。例如數(shù)字編碼式音頻軌道電路中傳送的行車信息，為ATC系統(tǒng)直接提供控制列車運行所需要的前行列車位置、運行前方信號機狀態(tài)和線路條件等有關(guān)信息，以決定列車運行的目標速度，控制列車在當(dāng)前運行速度下是否減速或停車。對于ATC系統(tǒng)來說，帶有編碼信息的軌道電路是其車地之間傳輸信息的通道之一。三、軌道電路的分類軌道電路有較多種類，也有多種分類方法。1.按所傳送的電流特性分類軌道電路可分為工頻連續(xù)式軌道電路和音頻軌道電路，音頻軌道電路又分為模擬式和數(shù)字編碼式。工頻連續(xù)式軌道電路中傳送連續(xù)的交流電流。這種軌道電路的唯一功能是監(jiān)督軌道的占用與否，不能傳送更多信息。模擬式音頻軌道電路采用調(diào)幅或調(diào)頻方式，

4、用低頻調(diào)制載頻，除監(jiān)督軌道的占用外，可以傳輸較多信息，主要傳輸列車運行前方三個或四個閉塞分區(qū)的占用與否的信息。數(shù)字編碼式音頻軌道電路采用數(shù)字調(diào)頻方式，但它采用的不是單一低頻調(diào)制頻率，而是一個若干比特的一群調(diào)制頻率，根據(jù)編碼去調(diào)制載頻，編碼包含速度碼、線路坡度碼、閉塞分區(qū)長度碼、糾錯碼等，可以傳輸更多的信息。2.按分割方式分類軌道電路可分為有絕緣軌道電路和無絕緣軌道電路。有絕緣軌道電路用鋼軌絕緣將本軌道電路與相鄰的軌道電路互相電氣隔離。一般稱軌道電路常指有絕緣軌道電路。鋼軌絕緣在車輛運行的沖擊力、剪切力作用下很容易破損，使軌道電路的故障率較高。絕緣節(jié)的安裝，給無縫線路帶來一定的麻煩，有時需鋸軌，

5、因而降低了線路的軌道強度，增加了線路維護的復(fù)雜性。電氣化鐵路的牽引回流不希望有絕緣節(jié)，為使?fàn)恳亓髂芾@過絕緣節(jié)，必須安裝扼流變壓器或回流線。因此無縫線路和電氣化鐵路希望采用無絕緣軌道電路。無絕緣軌道電路在其分界處不設(shè)鋼軌絕緣，而采用電氣隔離的方法予以隔離。電氣隔離式又稱諧振式，利用諧振槽路，采用不同的信號頻率，諧振回路對不同頻率呈現(xiàn)不同阻抗，來實現(xiàn)相鄰軌道電路間的電氣隔離。無絕緣軌道電路與有絕緣軌道電路相比較，具有較明顯的特點和優(yōu)點。由于去掉了故障率高的軌端機械絕緣，因而大大地提高了軌道電路的可靠性。在長軌區(qū)段安裝不用鋸軌，在電氣化區(qū)段降低了軌道電路的不平衡系數(shù)，改善了鋼軌線路的運營質(zhì)量。城市

6、軌道交通正線上采用無絕緣軌道電路，取消了機械絕緣節(jié)和鋼軌接頭，大大減少了車輛輪對與鋼軌接縫之間的碰撞，降低了輪對和鋼軌的磨損，避免了列車過接縫時乘客的不舒適感。3.按使用處所分類軌道電路分為區(qū)間軌道電路和車輛段內(nèi)軌道電路。區(qū)間軌道電路主要用于正線，不僅要監(jiān)督各閉塞分區(qū)是否空閑，而且要傳輸有關(guān)行車信息。一般來說，區(qū)間要求軌道電路傳輸距離較長，要滿足閉塞分區(qū)長度的要求，軌道電路的構(gòu)成也比較復(fù)雜。車輛段內(nèi)軌道電路，用于段內(nèi)各區(qū)段，一般只有監(jiān)督本區(qū)段是否空閑的功能，不能發(fā)送其他信息。4.按軌道電路內(nèi)有無道岔分類車輛段內(nèi)軌道電路分為無岔區(qū)段軌道電路和道岔區(qū)段軌道電路。無岔區(qū)段軌道電路內(nèi)鋼軌線路無分支，構(gòu)

7、成較簡單，一般用于檢車線、停車線等以及盡頭調(diào)車信號機前方接近區(qū)段、兩差置調(diào)車信號機之間的區(qū)段。在道岔區(qū)段，鋼軌線路有分支，道岔區(qū)段的軌道電路就稱為分支軌道電路或分歧軌道電路。在道岔區(qū)段，道岔處鋼軌和桿件要增加絕緣，還要增加道岔連接線和跳線。當(dāng)分支超過一定長度時，還必須設(shè)多個受電端。四、軌道電路的基本要求1. ATP列車自動防護）地面設(shè)備宜采用報文式無絕緣軌道電路或適用于其他準移動閉塞、移動閉塞ATC（列車自動）系統(tǒng)的地面設(shè)備，也可采用模擬式音頻軌道電路。2.對軌道電路的要求（1）ATC控制區(qū)域宜采用無絕緣軌道電路，道岔區(qū)段、車輛段及停車場線路可采用有絕緣軌道電路。區(qū)間軌道電路應(yīng)為雙軌條牽引回流

8、方式；道岔區(qū)段、車輛段及停車場軌道電路可采用單軌條牽引回流方式。（2）相鄰軌道電路應(yīng)加強干擾防護。3.軌道電路參數(shù)軌道電路的參數(shù)可采用下列數(shù)據(jù)：（1）道床電阻：整體道床，2km；碎石道床，1km。（2）分路電阻:0.1。4.軌道電路利用兼作牽引回流的走行軌時，裝設(shè)的橫向均流線應(yīng)不影響軌道電路的正常工作。5.軌道電路技術(shù)條件軌道電路應(yīng)滿足以下技術(shù)條件：（1）短軌道電路長度在50m以下；（2）長軌道電路長度在400m以下；（3）道床電阻不小于2km；（4）最小分路電阻0. 15；（5）模糊區(qū)長度不大于4.5 m；（6）室內(nèi)設(shè)備至室外設(shè)備的控制距離不小于2km。五、交流工頻軌道電路城市軌道交通一般采

9、用直流牽引，所以軌道電路可以采用50Hz電源，這與鐵路不同（鐵路采用交流工頻牽引，軌道電路只能采用50Hz以外的電源，一般為25Hz）。六、音頻軌道電路音頻軌道電路具有檢測列車占用和傳遞ATP/ATO信息兩個功能。音頻軌道電路皆為無絕緣軌道電路，用電氣隔離的方式形成電氣絕緣節(jié)，取代機械絕緣節(jié)，進行兩相鄰軌道電路的隔離和劃分。1.音頻無絕緣軌道電路的基本工作原理音頻無絕緣軌道電路有諧振式和疊加式兩大類。諧振式又稱電氣隔離式，它是在軌道電路分界處，采用電容和鋼軌構(gòu)成的電感組成諧振電路；另外，相鄰軌道電路采用不同頻率的信號電流，使軌道電路電氣隔離。諧振式軌道電路具有信號外串相對較小的特點，相鄰軌道電

10、路之間隔離性能要優(yōu)越于疊加式。疊加式又稱自然衰耗式，它是利用軌道電路的自然衰耗，相鄰軌道電路采用不同的信號電流，在軌道外濾波使相鄰軌道電路的工作互不影響。疊加式信號外竄相對較大，但絕緣節(jié)結(jié)構(gòu)簡單。城市軌道交通中軌道電路區(qū)段較短，故多采用諧振式。早期的音頻無絕緣軌道電路采用短路連接式，如圖3一2所示。各相鄰軌道區(qū)段采用不同的信號頻率。在發(fā)送端，電容器及兩段鋼軌組成并聯(lián)諧振電路。在接收端，也由電容器及兩段鋼軌組成并聯(lián)諧振電路，從而使該軌道電路中只有其固定頻率的信號被接收。軌道區(qū)段兩側(cè)的短路鋼條用來確保相鄰軌道電路區(qū)段互不干擾，并使兩條鋼軌中的牽引電流平衡。該軌道電路在接收端存在“死區(qū)”，具有一定的

11、危險性。為了克服上述缺陷，目前一般采用把短路鋼條連成“S”形方式，稱為S型連接式音頻軌道電路，其原理如圖3一3所示。發(fā)送器的一個輸出端和接收器的一個輸人端接在S形導(dǎo)線的中間。電容器C1與鋼軌L1及“S”形電纜的一半組成諧振于軌道區(qū)段1音頻頻率f1的并聯(lián)諧振電路；電容器C2與鋼軌坑及“S”形電纜的另一半組成諧振于軌道區(qū)段2音頻頻率f2的并聯(lián)諧振電路。兩個并聯(lián)諧振回路分別對f1、f2信號呈現(xiàn)高阻抗，以使信號能夠發(fā)送、接收。C3與L3組成諧振于軌道區(qū)段3音頻頻率f3的并聯(lián)諧振電路。 “S”形電纜將信號fl與fz阻隔，使它們不能向相鄰區(qū)段傳輸。這樣，就實現(xiàn)了f1區(qū)段（軌道區(qū)段1）與f2區(qū)段（軌道區(qū)段2

12、）的相互隔離。圖3-4所示為列車駛?cè)思半x開軌道區(qū)段a時，接收器2、3的端電壓U2、U3變化情況。當(dāng)列車的第一輪軸駛至m點時，電壓從才開始上升，同時電壓認降至最小值。這樣所形成的電壓谷區(qū)是一個安全區(qū)。因為當(dāng)該谷區(qū)內(nèi)的鋼軌被短路時，軌道區(qū)段2和3均將給出“區(qū)段占用”的結(jié)果。由于其符合故障一安全原則，所以被廣泛采用。3.音頻無絕緣軌道電路的連接方式諧振式無絕緣軌道電路的發(fā)送器和接收器與鋼軌的連接方式有感應(yīng)方式和直接注人方式兩種。感應(yīng)方式亦有兩種，一是發(fā)送器、接收器經(jīng)阻抗作接器接至鋼軌。二是將S形電纜兩端焊接到鋼軌上，由一匝電線構(gòu)成的環(huán)線與S形電纜連接器禍合，如圖3一8所示。圖中fx是左邊軌道電路的載

13、頻頻率,fy是左邊軌道電路的載頻頻率。發(fā)送的軌道信號電流在S形電纜中形成環(huán)流，并感應(yīng)進人鋼軌，接收的信號也從鋼軌感應(yīng)進人電纜。借助其外形尺寸，可提供很強的方向性，以設(shè)定軌道電路電流的方向。一般情況下（主要是正線區(qū)間的軌道電路）相鄰的軌道電路通過S棒隔離，如圖3 -9(a)它是鏡像對稱的，以S棒的中心線作為軌道區(qū)段的物理劃分。S棒長7. 8 m左右，模糊區(qū)段長度小于或等于3. 9 m（指車壓在S棒的1/4至3/4范圍內(nèi)，兩邊的區(qū)段都顯示“軌道占用”）。S棒還起平衡兩個走行軌牽引電流的作用。短路棒（I棒）用于一端為軌道電路區(qū)段，另一端為非軌道電路區(qū)段的情況。棒長約4.2 m。如圖3一9（c）所示。直接注人方式是軌道電路的發(fā)送器和接收器經(jīng)調(diào)諧單元直接由引接線焊接到鋼軌上。4.棒音頻軌道電路一般由電氣絕緣節(jié)分隔，它由鋼軌間的棒（Bon