轨道电路

轨道电路以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或转辙装置,以保证行车安全的设备。 整个轨道系统路网依适当距离区分成许多闭塞区间,各闭塞区间以轨道绝缘接头区隔,形成一独立轨道电路,各区间的起始点皆设有号志机(色灯式号志),当列车进入闭塞区间后,轨道电路立即反应,并传达本区间已有列车通行,禁止其他列车进入的讯息至号志机,此时位于区间入口的号志机,立即显示险阻禁行的信息。 目录[隐藏] ? 概述 　
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轨道电路-概述 　
1870年,美国W·鲁宾逊博士在纽约举办的展览会上展出了开路式轨道电路控制信号机的模型。此后,他又研究成功直流电的闭路式轨道电路,并于1872年取得美国专利。

轨道电路
轨道电路由钢轨线路、钢轨绝缘、电源、限流设备、接收设备组成。其中钢轨线路是由钢轨和钢轨端部的导接线和两端的连接导线组成。钢轨绝缘是钢轨线路两端的绝缘装置,在轨道的轨距板、轨距保持杆、尖轨连接杆等都安装有绝缘装置。电源常用直流电源、交流电源、脉冲电源等。限流设备是由可调整的电阻器或电抗器组成。接收设备常用电磁式继电器或电子式继电器。
中国投入运营的自动闭塞系统有:交流计数自动闭塞系统、4信息移频自动闭塞系统、18信息移频自动闭塞系统、法国的U-T自动闭塞系统。人民生活水平的提高,要求乘座列车时,需要更加舒适,并尽量少受噪声、电磁干扰辐射的影响,为此需发展绿色铁路。随着列车运行速度的不断提高,现有自动闭塞系统系统已远远不能满足列车高速行驶的需要,为此需要发展基于数字轨道电路系统和基于通信技术的列车运行控制系统以满足列车安全运行的需要。如研制新的数字化且符合电磁兼容要求的轨道电路系统,就可以使用长钢轨,就可以降低噪声,少一些电磁辐射的影响;发展新一代的轨道电路系统,可以为列车运行控制系统提供更多的信息,使列车运行更加安全,同时可以减少列车司机的劳动强度,对提高劳动生产力具有重要的意义。
轨道电路-原理
当闭塞区间内无列车行驶时,电流会从电源经由轨道流经继电器,并使其激磁带动 接点,接通绿灯之电路(号志机立即显示平安通行)。



当有列车驶入闭塞区间时,电流改行经列车车轴,并不会流经继电器,继电器因失去电流而失磁,接点接通红灯之电路(号志机立即显示险阻禁行)。假若轨道断裂,轨道电路因此阻断,造成继电器失磁,同样的号志机亦会显示险阻禁行的讯息,仍可保障列车行驶安全。当列车驶离整个区间 , 继电器便会重新激磁 , 绿灯便会再次亮起 ,其他列车便可进。
当设有轨道电路的某段线路上空闲时,轨道电路上的继电器有足够的电流通过,吸起被磁化的衔铁,闭合前接点,从而接通色灯信号机的绿灯电路,显示绿色灯光,表示前方线路空闲,允许机车车辆占用。当机车车辆进入该线路区段时,由于轮对电阻很小,使轨道电路短路,继电器吸力减弱,释放衔铁,使之搭在后接点上,接通信号机的红灯电路,显示禁行信号。轨道电路的这一工作性能,能够防止列车追尾和冲突事故,确保行车安全。
轨道电路的另一个重要作用是能发现钢轨发生断裂。在充当导线的钢轨安全无事时,轨道电流畅道无阻,继电器工作也正常。一旦前方钢轨折断或出现阻碍,切断了轨道电流,就会使继电器因供电不足而释放衔铁接通红色信号电路。此时,线路虽然空闲,信号机仍然显示红灯,从而防止列车颠覆事故。
轨道电路-分类

轨道电路智能综合测试仪
轨道电路有多种分类方法,按结构可分为闭路式轨道电路、开路式轨道电路;按信号电流的种类分为直流轨道电路、交流轨道电路和脉冲轨道电路;按分支轨道电路接受电端的多少,分为一送一受轨道电路和一送多受轨道电路。此外,还有无绝缘轨道电路等。
闭路式轨道电路:由轨道电路一端的发送设备、限流装置及连接导线和另一端的接收设备组成。 在轨道电路区段空闲时,从轨道电源发送一定强度的信号电流,经钢轨线路送至轨道电路的接收端。接收设备的继电器在一定强度的电路作用下励磁,使接收设备的前接点闭合,后接点断开,即发出轨道电路区段空闲的信息。在轨道电路被机车车辆占用时,从轨道电路电源发出来的信号电流因机车车辆车轴的分流,而只有很少一部分信号电流送至轨道电路的接收设备。接收设备的继电器因电流不足而不能励磁,使接收设备的前接点断开,后接点闭合,即发出轨道被占用的信息。闭路式轨道电路的特点是电路任何部分出现故障时,接收设备的继电器都不能励磁,而发出轨道电路区段被占用的信息,这是符合铁路信号故障-安全原则的。中国和世界大多数国家铁路都采用闭路式轨道电路。
开路式轨道电路:这种电路的接收设备的电磁继电器等串接在发送端的电源电路内、。 在线路没有机车车辆占用时,接收继电器处于失磁状态;在有机车车辆占用时,接收继电器处于励磁状态,并发出这段轨道电路区段被占用的信息。开路式轨道电路的特点是动作反应快,但不能自动检查出轨道电路各个组成部分的故障。这种轨道电路只在部分国家铁路上,用于驼峰编组场和道口。
直流轨道电路:采用一次电池或蓄电池作为电源的轨道电路。这种轨道电路的特点是电源可靠,电路和元件结构简单,但电源维护工作量大,抗迷流干扰的能力差,受轨道电路电容性蓄电效应的影响时分流感受不好。因此,应用较少。
交流轨道电路:采用交流电作为电源的轨道电路。这种轨道电路的特点是电源波动的调整性能好,能在各种不同和复杂的条件下工作,应用广泛。交流轨道电路按轨道电流的频率可分为工频轨道电路和非工频轨道电路。
工频轨道电路:采用工业电流频率作为轨道电路的电流频率。这种电路可由工业电网供电,广泛应用在蒸汽、内燃和直流电力牵引区段。中国铁路车站轨道电路主要采用工频轨道电路,如整流式轨道电路和50赫二元型相敏轨道电路均属这种类型。

电子高压脉冲轨道电路
非工频轨道电路:采用同工业电流频率不同的交流电源供电的轨道电路。这种电路,抗干扰能力强,但需要专用的电源设备。因此,一般在交流电力牵引区段的车站采用,如75赫交流轨道电路,25赫相敏轨道电路,移频轨道电路和亚音频轨道电路均属这种类型。
脉冲轨道电路:向钢轨中发送按规定频率和编码的断续电流,接收端只有在收到这种规定的脉冲电流时,轨道继电器才动作的电路。这种轨道电路具有长度大、分路灵敏度高和能防止迷流干扰等优点。编码的脉冲轨道电路又称电码轨道电路。
一送一受轨道电路:在车站内有分支的钢轨线路上,只设有一个接收设备。其基本结构同交流轨道电路基本相同。
一送多受轨道电路:在车站内,钢轨有分支的线路上,钢轨线路的每个分支端都设有接收设备(图3)。这种电路同一送一受轨道电路比较,在线路的分支端有较高的分路灵敏度。由于使用的设备较多,一般只在衔接到发线的道岔区段轨道电路采用。
轨道电路-历史发展
为了检查列车占用钢轨线路状态,美国人鲁宾逊1870年发明了开路式轨道电路,1872年研制成功了闭路式轨道电路,于1873年首先在宾西法尼亚铁路试用,从此诞生了铁路自动信号。中国铁路在建国前采用的轨道电路传输信息少,分布也极不平衡,建国后从50年代中期开始,轨道电路技术在中国有了长足的发展,不仅传输的信息量增加而且它的使用已遍及全国铁路各线,构成了中国铁路信号技术发展的基础。

1924年,中国首先在大连-金州间,沈阳-苏家屯间建成自动闭塞,采用的是交流50Hz二元三位式相敏轨道电路,这是中国最早采用的轨道电路。

轨道电路
1.1直流轨道电路和直流脉冲轨道电路
1、直流轨道电路
京奉铁路在联锁闭塞设备中自动控制出站信号机恢复定位,最早用的水银轨道接触器。1925年首先在秦皇岛及南大寺两站装设了直流闭路式轨道电路,取代了水银轨道接触器,这是中国最早使用的一种直流轨道电路,轨道电路器材用的是英国麦堪和荷兰德两家公司的产品。1942年,在济南站中修建了进路操纵手柄式继电电气集中联锁,轨道电路是直流闭路式的,器材为日本产品。1952年,衡阳站建成进路操纵继电式电气集中联锁。轨道电路也是直流闭路式的,器材是上海华通、新安电机厂新成电器厂的仿美制品。
在50年代初,从苏联引进了HP-2型直流轨道电路,曾用在蒸汽牵引区段的小站联锁设备中。由于它抗干扰性能差,继电器不能集中管理,所以使用较少,已逐步被交直流轨道电路所取代。直流轨道电路没有绝缘破损防护功能,抗干扰性能差,受直流电气牵引电流的干扰,不能正常工作。
1960年,中国在宝鸡-凤州段建成了第一条单相工频交流电气化铁路。为防止牵引电流的干扰,根据苏联资料仿制成一种单轨条式直流轨道电路,曾在宝凤段各站的站线上使用过。
2、直流脉冲式轨道电路
铁道部科学研究院从52年起便开始研究电冲轨道电路。初期在现场试验的轨道继电器为桥式磁系统的偏极继电器,它的衔铁材质性能差,接点弹力容易变化,继电器工作不够稳定,以后改为极性保持式轨道继电器。58年,TY-58型电冲轨道电路,首先在沈山线锦州-高台山间,共182Km的双线区段上装设了以TY-58型电冲轨道电路为基础的架空线式电冲自动闭塞。59年又将电冲分为正、负电冲及无电冲三种信息,于是实现了无架空线式电冲自动闭塞,即极性电冲自动闭塞。这种轨道电路结构简单,传输距离较运,缺点是抗干扰能力差。
60年代,铁道部科学研究院曾研究利用电冲信息实现与本制式相配套的机车信号,未获成功。因为铁道部要求自动闭塞必须有与本制式相配套的机车信号,所以从此电冲轨道电路便逐步被交流计数电码轨道电路所代替。
电冲轨道电路从50年代初期开始研制,到60年代初期得到广泛应用,为运输生产发挥了很好的作用。它是中国第一个自己研制的用作传输自动闭塞信息的轨道电路。从这时起,中国才有直流脉冲轨道电路。为发展脉冲式轨道电路提供了宝贵的经验,是中国轨道电路技术的一个较大的进步。
1968年初,铁道部科学研究院与沈阳、北京等铁路局协作,开展了极性频率脉冲轨道电路的研究,到1972年初,中国用不同方案的极性频率脉冲轨道电路作为基础设备,修建了666Km的双线自动闭塞。极性频率脉冲轨道电路在试用中曾发生过以下问题:①邻线干扰,②两线一地输电线干扰,③断轨检查性能差。为此提出了采用低压脉冲传输的设想。
1974年,完成了统一方案试验,统一方案集各铁路局的成熟经验,采用了热机备用的冗余技术,并着重解决了轨道电路的调整、分流及断轨状态所存在的问题,同时也解决交流侵入、邻线干扰及高压线路接地干扰等问题,经试用后,于1980年通过铁道部初步技术鉴定,以后便得到了进一步推广。

钢轨绝缘
1.2交流连续式轨道电路
1、交直流轨道电路
满铁从1925年开始,在长大线主要车站修建了电气集中联锁,轨道电路用的是N-8型交直流轨道电路和二元二位式轨道电路。交直流轨道电路装在站内道岔区段上,这是中国最早使用的一种交直流轨道电路,它的器件是日本产品。
中国在50年代中期开始引进信号技术,这时由沈阳信号工厂仿制出KHP-5型和HBP型交直流轨道电路器材。这种轨道电路,在非电化区段的中、小站色灯电锁器联锁和小站电气集中联锁中得到应用。
1959年,中国第一个采用大插入继电器的590型组合式电气集中,在北京站建成并交付使用。站内采用HBTIII-200型交直流轨道电路,这种轨道电路与HBP-250型交直流轨道电路相似,器材是沈阳信号工厂仿苏产品。
1964年中国研制成功AX系列安全型继电器,1969年利用安全型继电器设计的JZXC-480型交直流轨道电路,首先在南翔站使用,此后JZXC-480型交直流轨道电路在非电化区段的车站上迅速大量推广,取代了所有其他制式的交直流轨道电路,从而使中国的交直流轨道电路的制式得到统一。
2、驼峰轨道电路、阀式轨道电路、25Hz长轨道电路
JW-2型驼峰轨道电路,应变速度较慢,调整困难,不甚适合驼峰轨道电路的技术要求。1969年研制成功了驼峰轨道电路用的JZXC-2.3型交直流轨道电路。
中国早在1960年,有些铁路局为了节省电缆,在牵出线、接近区段,就安装了一种阀式轨道电路,到70年代中期,因平交道口事故有所增加,有些铁路局又开始使用阀式轨道电路设计道口信号。北京铁路局科研所和天津铁路运输学校合作,于1982年研制成使用阀式轨道电路的道口信号,同年通过部级鉴定。
为了解决在继电半自动闭塞区间自动检查列车是否完整到达,铁道科学研究院参照苏联和日本25Hz轨道电路的工作经验,开展了25Hz长轨道电路的研究,1978年,在原齐齐哈尔铁路局昂昂溪电务段的协助下,试制出一套样机。1979年,在成都北站与天回镇站间电化区段安装试用。1983年通过了铁道部鉴定。与此同时,原齐齐哈尔铁路局仿效日本电路在本局非电化区段也进行了25Hz长轨道电路的试验,并于1980年10月,通过铁路局鉴定。
3、相敏轨道电路
1924年满铁在大连-金州间和沈阳-苏家屯间修建的自动闭塞,轨道电路采用二元三位式相敏制,这是中国最早使用的轨道电路,器材用的是美国产品。至1942年,长大线全线建成自动闭塞,器材是日本仿美制品。二元三位式轨道电路工作稳定,直至1984年在长大线的沈阳-四平段仍然残留有这种轨道电路制式的自动闭塞。轨道继电器接点有三个位置,所以以它为基础修建的自动闭塞无需架空线,就可实现三显示自动闭塞。
中国从1925年开始在长大线主要车站上修建了电气集中联锁。在这些车站的到发线上,采用50Hz交流二元二位式轨道电路。1937年后,在京奉铁路个别车站上也安装有50Hz交流二元二位式轨道电路。
在50年代,从苏联引进了50Hz二元二位式轨道电路。1954年由铁道科学研究所、电务设计事务所及天津铁路管理局组成的试验小组,在京山线具有迷流干扰的古冶地区和道床电阻很低的北塘盐碱地段,进行了不同类型轨道电路的特性比较及电气参数测试和采集,以便为这种地区的轨道电路设计提供依据。
为配合修建交流电气化铁路,考虑到站内没有合适的轨道电路制式,从78年开始研制双轨条25Hz相敏轨道电路,它实质上也是二元二位式轨道电路,不同点是信号频率为25Hz。
25Hz相敏轨道电路是由通信信号公司研制的,80年首先在联平关站站内安装试点,同年同月,又在石家庄枢纽安装并投入试用。经过两年的试用和改进,于82年通过铁道部鉴定。

轨道变压器
1.3交流计数电码、移频、高频轨道电路及计轴设备
1、交流计数电码轨道电路
中国为了解决与自动闭塞相配套的机车信号和得到较好的轨道电路传输特性,于58年从苏联引进了交流电码轨道电路,59年开始在北京-南仓间修建的50Hz交流计数电码自动闭塞工程中使用,器材是由苏联进口的。63年中国按照苏联改进的R-36型译码器的原理制成了63型译码器,在长大线沈阳-鞍山、京广线广武-南阳寨间的自动闭塞工程中安装并投入运用。轨道电路器材是沈阳信号工厂生产的。
1960年在宝鸡-凤州段建成中国第一条单相工频交流电气化铁路。信号设备安装了单线调度集中,其中的轨道电路为了防止牵引电流干扰,采用了75Hz交流计数电码轨道电路。
2、移频轨道电路
1966年铁道部科技委在北京召开了自动闭塞选型会议,会议提出研制一种能够适应地上和地下、电化与非电化区段通用的自动闭塞制式,确定了以移频作为主攻方向,于67年在成峨段青龙场-彭山间11Km装设了第一个试验区段,75年通过铁道部技术鉴定,决定非电化移频自动闭塞作为一种自动闭塞制式推广使用。
中国电化移频轨道电路的研制工作几乎是与非电化移频轨道电路的研制工作同时进行的。67年试制成交流电化移频自动闭塞和机车信号样机各一套。
3、计轴设备
中国早在1966年就开始探索用计轴方式来检查分界点间线路空闲状态,1978年开始研制与半自动闭塞相配套的计轴设备,同年研制出一套样机在现场进行了初步试验。在研制非电化区段用计轴设备的基础上,从81年开始研制电化区段用的计轴设备,1983年经铁道部通号公司和西安铁路局组织了技术鉴定,决定进一步扩大试用。
4、UM71无绝缘轨道电路
UM71型轨道电路是中国引进法国的一种轨道电路制式。这种轨道电路是利用并联在钢轨两端的LC谐振槽路和一小段钢轨电感利用相邻区段发送不同频率,构成的电气绝缘节。它不但可以检测列车,而且可由钢轨线路向超速防护系统发送速度级别信息。
轨道电路-动作说明
1.当所有闭塞区间都无车时,号志机便会显示平安通行的讯息(色灯式号志显示绿灯)。
2.当列车驶进block A1(闭塞区间A1)后,号志机A1便因轨道电路感应到列车存在而显示险阻禁行的讯息(色灯式号志由绿灯转红灯),以防止其他列车进入此区间。
3.当列车继续驶进Block A2后,号志机A2随即转为红灯,而原先的号志机A1会转为黄灯(传达谨慎慢行的讯息),容许列车限速进入block A1,以便列车能在到达号志机A2前停车。




动作说明


4.当列车驶入block A3后,号志机A1己转为绿灯,允许其他列车驶入,而号志机A2转为黄灯,容许列车限速进入block A2,以便列车能在到达号志机A3前停车,号志机A3则转为红灯,提醒列车驾驶员block A3内已有列车存在禁
止列车驶入,依此类推。
轨道电路-工作状态 　

轨道变压器
轨道电路的主要工作状态有调整状态、分流状态、断轨状态。调整状态指轨道电路在没有机车车辆占用时,不论在任何不利的电源和天气等条件下,接收端的继电器都处于励磁状态,发出轨道电路区段空闲的信息。分流状态指轨道电路被机车车辆占用时,不论在任何不利的电源和天气等条件下,接收端的继电器都处于失磁状态,发出轨道电路区段被占用的信息。断轨状态指轨道电路任何部分出现故障时,接收端的继电器都处于失磁状态,发出故障信息。
在电气化铁路上的应用:在用电力牵引的铁路区段内,电力机车要利用钢轨作为一条回路使牵引电流返回牵引变电所。为了使这条返回的牵引电流不受闭路式轨道电路的钢轨绝缘的阻碍,往往采用双轨条轨道电路和单轨条轨道电路。
双轨条轨道电路:利用双轨条返回牵引电流的轨道电路。 这种电路返回牵引电流在钢轨绝缘处是利用扼流变压器绕过轨端绝缘的。双轨条返回电流的轨道电路主要用在电力牵引区段区间,或站内正线准备给机车信号工作的轨道电路上。
单轨条轨道电路:利用单轨条返回牵引电流的轨道电路。 这种电路以一根斜拉的导线连接钢轨,使返回的牵引电流能够绕过钢轨绝缘。它的优点是可以节省扼流变压器;缺点是返回的牵引电流因只在钢轨线路的一条钢轨里流过,干扰电压比较大。单轨条轨道电路主要用在有几条轨道同时返回牵引电流的车站。
电力牵引区段的轨道电路采用不同于牵引电流频率的信号电流,并在接收端装滤波器等,是防止牵引电流对轨道电路的影响的有效措施。

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