02・项目二―信号基础设备――轨道电路

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。2020/1/292一、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2—1轨道电路组成示意图2020/1/29350Hz轨道电路25Hz轨道电路图2020/1/2942020/1/295(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2—2所示。图2—2塞钉式钢轨接续线引接线用于送电设备、受电设备与钢轨的连接。轨端接续线2020/1/296(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2020/1/297(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车信息。BG1-80型轨道变压器、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----10.80V。扼流变压器2020/1/298(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。2020/1/299(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、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R—2.2/220型。阻值为2.2Ω，功率为220W、容许电流为10A、容许温度为105℃可调电阻器2020/1/29102．工作原理图2—1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，所以轨道电路被轮对分路，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。2020/1/2911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2020/1/2912二、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。2020/1/29132．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。2020/1/2914四、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2-3所示。图2-350Hz相敏轨道电路结构图2020/1/29154．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。2020/1/29161．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--2．2／220型变阻器、熔断器，轨道电源从室内通过电缆送至送电端。2020/1/2917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--2．2／220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的传输衰耗和相移；2020/1/2918(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2020/1/29192．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。2020/1/2920当轨道继电器RGJ的轨道线圈和局部线圈电源满足规定的相位和频率要求时，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。2020/1/29212.9轨道电路概述室外室内轨道变频器局部变频器312453124515ARDXB5ARDXB25BERDRD1A1ARZGJ(TJRC)CHFC32450Hz220V200V25Hz25Hz110VGUJU2.24I1I4I123K31~1In=18.321（超前90°）GUF12I3I131325BE25BE25BE2I3I2I3I–25Hz相敏轨道电路»特点：轨道电路的信号电源由铁磁分频器供给25Hz交流电，以区分50Hz牵引电流。»接收采用二元二位相敏轨道继电器。»二元二位继电器的轨道线圈由送电端25Hz电源经轨道传输后供电。»二元二位继电器的局部线圈由25Hz局部分频器供电。»平时，轨道电路空闲，且只有当轨道线圈电压和局部线圈电压的相位角接近或等于90度时，继电器才吸起。与此不同的其他情况都会使继电器落下。»可见，25Hz相敏轨道电路既有对频率的选择性（区别电力50Hz牵引电流）又有对相位的选择性。2020/1/2922五、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。2020/1/29231．设备组成(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2．4所示。图2-4轨道耦合单元2020/1/2924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。2020/1/2925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。2020/1/29262020/1/29272020/1/2928轨道电路内部经道床的漏泄电流轨道电路之间经道床的漏泄电流轨道A轨道B钢轨路基钢轨枕木间的漏泄路径钢轨、枕木和道砟间的漏泄路径钢轨、枕木和道砟间的漏泄路径钢轨、枕木和道砟间的漏泄路径枕木2020/1/29292020/1/2930[拓展与提高]一、轨道电路的极性交叉有钢轨绝缘的轨道电路，当钢轨绝缘双破损时，可能引起轨道继电器的错误动作，如图2-9a所示，由于没有按照极性交叉的要求设置，则在1G有车占用而绝缘双破损的情况下，因两个轨道电源同时供电，且电流方向相同，则1GJ可能保持吸起而危及行车安全。图2-9轨道电路的极性交叉为了实现对钢轨绝缘破损的防护，使钢轨绝缘两侧的轨面电压具有不同的极性或相反的相位，这就是轨道电路的极性交叉。2020/1/2931对于交流电，只要两相邻轨道电路电流的相位相反，它们的瞬间极性也相反，可以得到极性交叉的效果。对于频率电码轨道电路，由于相邻区段的编码不同，不能实现极性交叉，必须采用频率防护的方法。图2-9轨道电路的极性交叉图2-9b按照极性交叉配置，绝缘破损时，轨道继电器中的电流是两轨道电源所供电流之差，只要调整得当，lGJ和3GJ都会落下，保证行车安全，并能及时反映设备故障，满足了故障-安全的要求。2020/1/2932二、超限绝缘按照有关要求，车辆段道岔区段设置于警冲标内方的钢轨绝缘，其安装位置距离警冲标不得小于3．5m，如图2—10所示。当利用车辆段控制台或显示器的光带确认车轮越过绝缘时，这种设置要求可以确保车辆也全部进入了警冲标内方。当不得已钢轨绝缘只能装设于警冲标内方小于3．5m处，即构成了“侵限绝缘”，又称为“超限绝缘”，在图中该绝缘符号外画圆圈。侵限绝缘的存在影响有关信号、道岔、轨道电路的联锁关系，有关工作人员，如调车人员、车站操作人员、信号维修人员等，应熟悉现场侵限绝缘位置，当涉及侵限绝缘的作业时，应严格执行有关规定，避免由于停车位置不当造成行车事故或影响列车运行。图2-10钢轨绝缘与警冲标2020/1/29332020/1/29342．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。地面应答器CTC或TDCS站机车站列控中心车站联锁轨道电路LEU车务终端调度中心