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第三章信号基础设备—轨道电路轨道电路是利用钢轨线路和钢轨绝缘构成的电路。它用来监督线路的占用情况，以及将列车运行与信号显示等联系起来，即通过轨道电路向列车传递行车信息。轨道电路是信号的重要基础设备，它的性能直接影响行车安全和运输效率。对于城市轨道交通，轨道电路不仅用来检测列车是否占用，更重要的是要传输ATP信息。所以除车辆段内可采用50Hz相敏轨道电路外，正线需要采用音频轨道电路。为便于牵引电流流通，提高线路性能，方便维修，音频轨道电路是无绝缘的。音频轨道电路多采用数码调制方式，数码调制与模拟信号调制相似，也是用较高频率的正弦信号作为载波，但调制信号是数字基带信号，多采用高可靠性、多信息量的数字编码式音频轨道电路，简称数字轨道电路。第一节轨道电路概述一、轨道电路的基本原理轨道电路是以铁路线路的两根钢轨作为导体，两端加以机械绝缘（或电气绝缘）节、送电和受电设备构成的电路。轨道电路的送电设备设在送电端，由轨道电源E和限流电阻Rx组成，限流电阻的作角是保护电源不致因过负荷而损坏，同时保证列车占用轨道电路时，轨道继电器可靠落下。接收设备设在受电端，一般采用继电器，称为轨道继电器，由它来接收轨道电路的信号电流。送、受电设备一般放在轨道旁的变压器箱或电缆盒内，轨道继电器设在信号楼内。姗送、受电设备由引接线（钢丝绳）直接接向钢轨或通过电缆过轨后由引接线接向钢轨。钢轨是轨道电路的导体，为减小钢轨接头的接触电阻，增设了轨端接续线。钢轨绝缘是为分隔相邻轨道电路而装设的。两绝缘节之间的钢轨线路，称为轨道电路的长度。当轨道电路内钢轨完整，且没有列车占用时，轨道继电器吸起，表示轨道电路空闲。轨道电路被列车占用时，它被列车轮对分路，轮对电阻远小于轨道继电器线圈电阻，流经轨道继电器的电流大大减小，轨道继电器落下，表示轨道电路被占用。二、轨道电路的作用轨道电路的第一个作用是监督列车的占用。利用轨道电路监督列车在区间或列车和调车车列在站内的占用，是最常用的方法。由轨道电路反映该段线路是否空闲，为开放信号、建立进路或构成闭塞提供依据，还利用轨道电路的被占用关闭信号，把信号显示与轨道电路是否被占用结合起来。轨道电路的第二个作用是传递行车信息。例如数字编码式音频轨道电路中传送的行车信息，为ATC系统直接提供控制列车运行所需要的前行列车位置、运行前方信号机状态和线路条件等有关信息，以决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。对于ATC系统来说，带有编码信息的轨道电路是其车地之间传输信息的通道之一。三、轨道电路的分类轨道电路有较多种类，也有多种分类方法。1.按所传送的电流特性分类轨道电路可分为工频连续式轨道电路和音频轨道电路，音频轨道电路又分为模拟式和数字编码式。工频连续式轨道电路中传送连续的交流电流。这种轨道电路的唯一功能是监督轨道的占用与否，不能传送更多信息。模拟式音频轨道电路采用调幅或调频方式，用低频调制载频，除监督轨道的占用外，可以传输较多信息，主要传输列车运行前方三个或四个闭塞分区的占用与否的信息。数字编码式音频轨道电路采用数字调频方式，但它采用的不是单一低频调制频率，而是一个若干比特的一群调制频率，根据编码去调制载频，编码包含速度码、线路坡度码、闭塞分区长度码、纠错码等，可以传输更多的信息。2.按分割方式分类轨道电路可分为有绝缘轨道电路和无绝缘轨道电路。有绝缘轨道电路用钢轨绝缘将本轨道电路与相邻的轨道电路互相电气隔离。一般称轨道电路常指有绝缘轨道电路。钢轨绝缘在车辆运行的冲击力、剪切力作用下很容易破损，使轨道电路的故障率较高。绝缘节的安装，给无缝线路带来一定的麻烦，有时需锯轨，因而降低了线路的轨道强度，增加了线路维护的复杂性。电气化铁路的牵引回流不希望有绝缘节，为使牵引回流能绕过绝缘节，必须安装扼流变压器或回流线。因此无缝线路和电气化铁路希望采用无绝缘轨道电路。无绝缘轨道电路在其分界处不设钢轨绝缘，而采用电气隔离的方法予以隔离。电气隔离式又称谐振式，利用谐振槽路，采用不同的信号频率，谐振回路对不同频率呈现不同阻抗，来实现相邻轨道电路间的电气隔离。无绝缘轨道电路与有绝缘轨道电路相比较，具有较明显的特点和优点。由于去掉了故障率高的轨端机械绝缘，因而大大地提高了轨道电路的可靠性。在长轨区段安装不用锯轨，在电气化区段降低了轨道电路的不平衡系数，改善了钢轨线路的运营质量。城市轨道交通正线上采用无绝缘轨道电路，取消了机械绝缘节和钢轨接头，大大减少了车辆轮对与钢轨接缝之间的碰撞，降低了轮对和钢轨的磨损，避免了列车过接缝时乘客的不舒适感。3.按使用处所分类轨道电路分为区间轨道电路和车辆段内轨道电路。区间轨道电路主要用于正线，不仅要监督各闭塞分区是否空闲，而且要传输有关行车信息。一般来说，区间要求轨道电路传输距离较长，要满足闭塞分区长度的要求，轨道电路的构成也比较复杂。车辆段内轨道电路，用于段内各区段，一般只有监督本区段是否空闲的功能，不能发送其他信息。4.按轨道电路内有无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线路无分支，构成较简单，一般用于检车线、停车线等以及尽头调车信号机前方接近区段、两差置调车信号机之间的区段。在道岔区段，钢轨线路有分支，道岔区段的轨道电路就称为分支轨道电路或分歧轨道电路。在道岔区段，道岔处钢轨和杆件要增加绝缘，还要增加道岔连接线和跳线。当分支超过一定长度时，还必须设多个受电端。四、轨道电路的基本要求1.ATP列车自动防护）地面设备宜采用报文式无绝缘轨道电路或适用于其他准移动闭塞、移动闭塞ATC（列车自动）系统的地面设备，也可采用模拟式音频轨道电路。2.对轨道电路的要求（1）ATC控制区域宜采用无绝缘轨道电路，道岔区段、车辆段及停车场线路可采用有绝缘轨道电路。区间轨道电路应为双轨条牵引回流方式；道岔区段、车辆段及停车场轨道电路可采用单轨条牵引回流方式。（2）相邻轨道电路应加强干扰防护。3.轨道电路参数轨道电路的参数可采用下列数据：（1）道床电阻：整体道床，2Ω·km；碎石道床，1Ω·km。（2）分路电阻:0.1Ω。4.轨道电路利用兼作牵引回流的走行轨时，装设的横向均流线应不影响轨道电路的正常工作。5.轨道电路技术条件轨道电路应满足以下技术条件：（1）短轨道电路长度在50m以下；（2）长轨道电路长度在400m以下；（3）道床电阻不小于2Ω·km；（4）最小分路电阻0.15Ω；（5）模糊区长度不大于4.5m；（6）室内设备至室外设备的控制距离不小于2km。五、交流工频轨道电路城市轨道交通一般采用直流牵引，所以轨道电路可以采用50Hz电源，这与铁路不同（铁路采用交流工频牵引，轨道电路只能采用50Hz以外的电源，一般为25Hz）。六、音频轨道电路音频轨道电路具有检测列车占用和传递ATP/ATO信息两个功能。音频轨道电路皆为无绝缘轨道电路，用电气隔离的方式形成电气绝缘节，取代机械绝缘节，进行两相邻轨道电路的隔离和划分。1.音频无绝缘轨道电路的基本工作原理音频无绝缘轨道电路有谐振式和叠加式两大类。谐振式又称电气隔离式，它是在轨道电路分界处，采用电容和钢轨构成的电感组成谐振电路；另外，相邻轨道电路采用不同频率的信号电流，使轨道电路电气隔离。谐振式轨道电路具有信号外串相对较小的特点，相邻轨道电路之间隔离性能要优越于叠加式。叠加式又称自然衰耗式，它是利用轨道电路的自然衰耗，相邻轨道电路采用不同的信号电流，在轨道外滤波使相邻轨道电路的工作互不影响。叠加式信号外窜相对较大，但绝缘节结构简单。城市轨道交通中轨道电路区段较短，故多采用谐振式。早期的音频无绝缘轨道电路采用短路连接式，如图3一2所示。各相邻轨道区段采用不同的信号频率。在发送端，电容器及两段钢轨组成并联谐振电路。在接收端，也由电容器及两段钢轨组成并联谐振电路，从而使该轨道电路中只有其固定频率的信号被接收。轨道区段两侧的短路钢条用来确保相邻轨道电路区段互不干扰，并使两条钢轨中的牵引电流平衡。该轨道电路在接收端存在“死区”，具有一定的危险性。为了克服上述缺陷，目前一般采用把短路钢条连成“S”形方式，称为S型连接式音频轨道电路，其原理如图3一3所示。发送器的一个输出端和接收器的一个输人端接在S形导线的中间。电容器C1与钢轨L1及“S”形电缆的一半组成谐振于轨道区段1音频频率f1的并联谐振电路；电容器C2与钢轨坑及“S”形电缆的另一半组成谐振于轨道区段2音频频率f2的并联谐振电路。两个并联谐振回路分别对f1、f2信号呈现高阻抗，以使信号能够发送、接收。C3与L3组成谐振于轨道区段3音频频率f3的并联谐振电路。“S”形电缆将信号fl与fz阻隔，使它们不能向相邻区段传输。这样，就实现了f1区段（轨道区段1）与f2区段（轨道区段2）的相互隔离。图3-4所示为列车驶人及离开轨道区段a时，接收器2、3的端电压U2、U3变化情况。当列车的第一轮轴驶至m点时，电压从才开始上升，同时电压认降至最小值。这样所形成的电压谷区是一个安全区。因为当该谷区内的钢轨被短路时，轨道区段2和3均将给出“区段占用”的结果。由于其符合故障一安全原则，所以被广泛采用。3.音频无绝缘轨道电路的连接方式谐振式无绝缘轨道电路的发送器和接收器与钢轨的连接方式有感应方式和直接注人方式两种。感应方式亦有两种，一是发送器、接收器经阻抗作接器接至钢轨。二是将S形电缆两端焊接到钢轨上，由一匝电线构成的环线与S形电缆连接器祸合，如图3一8所示。图中fx是左边轨道电路的载频频率,fy是左边轨道电路的载频频率。发送的轨道信号电流在S形电缆中形成环流，并感应进人钢轨，接收的信号也从钢轨感应进人电缆。借助其外形尺寸，可提供很强的方向性，以设定轨道电路电流的方向。一般情况下（主要是正线区间的轨道电路）相邻的轨道电路通过S棒隔离，如图3-9(a)它是镜像对称的，以S棒的中心线作为轨道区段的物理划分。S棒长7.8m左右，模糊区段长度小于或等于3.9m（指车压在S棒的1/4至3/4范围内，两边的区段都显示“轨道占用”）。S棒还起平衡两个走行轨牵引电流的作用。短路棒（I棒）用于一端为轨道电路区段，另一端为非轨道电路区段的情况。棒长约4.2m。如图3一9（c）所示。直接注人方式是轨道电路的发送器和接收器经调谐单元直接由引接线焊接到钢轨上。4.棒音频轨道电路一般由电气绝缘节分隔，它由钢轨间的棒（Bond）和调谐单元组成，调谐单元位于轨旁连接箱内。棒有S棒、0棒、I棒等种。在两个轨道电路区段之间需清晰分离或由于缺少空间（道岔处）无法安装S棒时，使用机械绝缘节。此时电气绝缘节由终端短路棒（0棒）和一个机械绝缘节共同组成，来划分两个轨道电路，它主要应用在双轨条牵引回流区段。终端棒长约3.5m，距机械绝缘节0.3－0.6m。如图3一9（b）所示调整短路棒是短路棒的改进型，主要应用于车站站台区段两端，如图3-9(d)