第五章轨道电路-铁路信号基础

第五章轨道电路

第一节轨道电路概述

一、轨道电路的基本原理

组成：钢轨、绝缘节、轨端接续线、发送端、接受端（轨道继电器）等二、轨道电路的作用

1、监督列车的占用，反映线路的空闲状况，为开放信号，建立进路或构成闭塞提供依据；2、传递行车信息，如移频自动闭塞利用轨道电路传递不同的频率信息来反映列车的位置，决定通过信号机的显示或决定列车运行的目标速度，从而控制列车运行。三、轨道电路的分类1.按动作电源分类

分为直流轨道电路（已经淘汰）和交流轨道电路（低频300HZ以下，音频300——3000HZ，高频10——40KHZ）。

习惯上交流轨道电路就是指工频50Hz电源的交流连续式轨道电路（480型轨道电路），电源频率为25Hz和75Hz的轨道电路，也属于交流轨道电路的范畴，要在名称上注明电源的频率。2、按工作方式分类

闭路式轨道电路和开路式轨道电路；闭路式和开路式轨道电路

3、按所传送的电流特性分类

可分为连续式、脉冲式、计数电码和频率电码式以及数字编码式。连续式轨道电路中传送连续的交流或直流电流。这种轨道电路的惟一功能是监督轨道的占用与否，不能传送更多信息。脉冲式轨道电路（极性频率制、交流计数电码制，不对称脉冲制和应答式脉冲制）计数电码轨道电路传送的是断续的电流，即由不同长度脉冲和间隔组合成电码。电码由发码器产生，同时只能发一种电码。传到受电端，由译码电路译出，使轨道继电器动作。

移频轨道电路在钢轨中传送的是移频电流，在发送端用低频（几赫至几十赫）作为行车信息去调制载频（数百赫至数千赫），使移频频率随低频作周期性变化。在接收端将低频解调出来，去动作轨道继电器。移频轨道电路可传送多种信息的信号。

数字编码式轨道电路也采用调频方式，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、路网码、纠错码等，可以传输更多的信息。4、按轨道电路的分割方式分

有绝缘轨道电路、无绝缘轨道电路（电气隔离式、自然衰耗式、强制衰耗式）

有绝缘轨道电路用钢轨绝缘将轨道电路与相邻的轨道电路互相隔离。

无绝缘轨道电路在其分界处不设钢轨绝缘，而采用不同的方法予以隔离。按原理可分为三种：电气隔离式、自然衰耗式、强制衰耗式。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。

自然衰耗式，利用轨道电路的自然衰耗和不同的信号特征（频率、相位等），实现轨道电路的互相隔离，在接收端直接接收或通过电流传感器接收。钢轨中的电流可沿正反两个方向自由传输，基本上靠轨道的自然衰耗作用来衰减信号。道口信号所用的道口控制器就采用这种方式的无绝缘轨道电路。强制衰耗式是在自然衰耗式的基础上，吸收电气隔离式的长处（谐振回路的强制性衰耗）而形成的。它采用电压发送、电流接收的方式，接收端由电流传感器接收信号。5、按使用处所分类分为区间轨道电路和站内轨道电路

区间轨道电路主要用于自动闭塞区段，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。站内轨道电路用于站内各区段，一般只有监督本区段是否空闲的功能，不能发送其他信息。为了使机车信号在站内能连续显示，要对站内轨道电路实现电码化，即在列车占用本区段或占用前一区段时用切换方式或叠加方式转为能发码的轨道电路。6、按轨道电路内有无道岔分类

站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，一般用于股道、尽头调车信号机前方接近区段、进站信号机内方、两差置调车信号机之间。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。7、按适用区段

分为非电气化区段轨道电路和电气化区段轨道电路。

非电气化区段轨道电路，没有抗电化干扰的特殊要求，一般的轨道电路指非电气化区段轨道电路。

电气化区段轨道电路，既要抗电化干扰，又要保证牵引回流的畅通无阻。因钢轨中已流有50Hz的牵引电流，轨道电路就不能采用50Hz，而必须采用50Hz以外的频率。对于有绝缘的轨道电路，必须安装扼流变压器，使牵引回流能顺利越过绝缘节，我国目前站内多采用25Hz相敏轨道电路，区间多采用无绝缘或有绝缘移频轨道电路8、按机车牵引电流的回归方式分单轨条轨道电路：利用轨道电路中一根钢轨作为牵引电流回线的轨道电路双轨条轨道电路：利用轨道电路两根钢轨作为牵引电流回线的轨道电路

四、轨道电路的应用

主要用于区间和车站。

区间的轨道电路通常是与自动闭塞制式相一致的轨道电路，按照自动闭塞通过信号机分区，每个闭塞分区就有其轨道电路。站内轨道电路应用更为广泛。对于电气集中联锁来说，列车进路和调车进路都必须安装轨道电路，…对于机车信号来说，各种制式的区间轨道电路和站内电码化以后的轨道电路，就是其地面发送的设备，也就是信息来源。对于列车超速防护来说，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。五、站内轨道电路的划分和命名1、划分原则（1）有信号机的地方必须设置绝缘节（2）满足行车、调车作业效率的提高（3）一个轨道电路区段的道岔不能超过3组（4）为了提高咽喉使用效率，把轨道电路区段适当划短，使道岔能及时解锁，立即排列别的进路。但提速区段，为了保证机车信号的连续显示，轨道电路区段不能过短。2、命名：道岔区段和无岔区段命名方式不同（1）道岔区段：根据道岔编号来命名。在所示站场中，只包含一组道岔的，用其所包含的道岔编号来命名，如1DG、3DG。包含两组道岔的用两组道岔编号连缀来命名，如7－9DG、13－19DG。若包含三组道岔，则以两端的道岔编号连缀来命名，如11－27DG，包含了11、23、27号三组道岔。

（2）无岔区段命名有不同的情况。对于股道，以股道号命名，如ⅠG、ⅡG。进站信号机内方及双线单方向运行的发车口的无岔区段，根据所衔接的股道编号加A（下行咽喉）及B（上行咽喉）来表示。上行发车口处的无岔区段衔接股道为ⅡG，该无岔区段即称为ⅡAG。半自动闭塞区间进站信号机外方的接近区段，用进站信号机名称后加JG来表示，差置调车信号机之间的无岔区段，以两端相邻的道岔编号写成分数形式来表示。牵出线、机待线、机车出入库线、专用线等调车信号机外方的接近区段，用调车信号机编号后加JG来表示，一、轨道电路的基本参数

轨道电路的基本参数指的是它的一次参数和二次参数1.轨道电路的一次参数轨道电路是通过钢轨传输电流的，轨道是具有低绝缘电阻的电气回路，因此钢轨阻抗Z（钢轨电阻R和钢轨电抗ωL的向量和）和漏泄导纳Y（漏泄电导G和漏泄容抗的向量和）就成为轨道电路本身固有的电气参数，所以轨道电路的一次参数就是Z、Y、R、L、G、C的总称。第二节轨道电路的基本工作状态和基本参数（1）道碴电阻道碴电阻是一个分布参数，通常以每一公里钢轨线路所具有的漏阻值表示，称为单位道碴电阻或简称道碴电阻，用rd表示，其单位是Ω·km。道碴电阻愈小，两钢轨间漏泄电流就愈大，轨道电路消耗的电能就会增多。而且道碴电阻值变化的范围越大，轨道电路的工作就越不稳定。因此，要保证轨道电路稳定地工作，必须尽可能地提高最小道碴电阻值。提高道床排水能力，定期清筛道碴，及时更换腐朽及破裂的轨枕等，都是提高道碴电阻值的有效措施。最小道碴电阻可能低到0.2Ω·km。（2）钢轨阻抗每一公里两根轨条(回路)的阻抗，称为单位钢轨阻抗或简称钢轨阻抗，用小写字母z来表示，单位是Ω／km。它包括钢轨本身的阻抗以及钢轨接头处的阻抗。

当轨道电路中通以直流信号时，钢轨阻抗就是纯电阻，称之为钢轨电阻。当轨道电路通以交流信号时，除了有效电阻外，还有感抗存在，总的阻抗比直流时要大很多。可用下列公式概算：

r——单根钢轨的有效电阻(Ω／km)；rj——轨端接续线的有效电阻(Ω／km)；Lj——轨端接续线的电感(mH／km)；Lm——单根钢轨的内电感(mH／km)；Lω——钢轨回路的外电感(mH／km)；ω——信号电流的角频率(rad／s)。2.轨道电路的二次参数轨道电路的特性阻抗Zc、传输常数γ

，即轨道电路的二次参数；（1）特性阻抗：根据四端网链接的理论，可把长的轨道电路分成n段，每段长为／n，每段可以用集中参数的Γ型或T型、Π型四端网来代替，则长的轨道电路就可以用n个Γ型四端网链接来代替，当n→∞时，也能精确地算出始端电压和电流与终端的电压和电流的关系。（2）传输常数根据定义，每一小段轨道电路的等效Γ型网的传输常数为：二、轨道电路的基本工作状态轨道电路的基本工作状态分为调整状态、分路状态和断轨状态三种。轨道电路在各种工作状态下，要受到许多外界因素的影响，其中受道碴电阻、钢轨阻抗和电源电压的影响最大。1.调整状态：就是轨道电路空闲(无车占用)、接受设备（如轨道继电器）正常工作时的状态。最不利因素：道碴电阻最小、钢轨阻抗模值最大、电源电压最低这三个不利因素。这些不利因素，构成了轨道电路调整状态的最不利工作条件。但在这种最不利工作条件下，仍要求轨道接收设备上的电压高于其工作门限。2.分路状态轨道电路分路状态，就是当轨道电路区段有车占用时，接收设备（如轨道继电器）应被分路而停止工作的状态。在分路状态，要求在任何情况下分路时(即在任何地点、任何参数条件以及任意车轴数分路时)，应使轨道电路的接收设备处于不工作状态(对于连续供电式轨道电路来讲，其轨道继电器应处于可靠地落下状态）。分路状态的最不因素：当钢轨阻抗模值最小、道碴电阻最大(一般令其为无穷大)、电源电压最高时，轨道电路的受电会出现最大值，3.轨道电路的断轨状态轨道电路的断轨状态，是指轨道电路的钢轨在某处折断时的情况。此时，虽然钢轨已经断开，但轨道电路仍旧可以通过大地而构成回路，轨道电路的接收没备中还会有一定数量的电流流过。最不利条件：断轨时轨道电路的参数变化使得轨道接收设备中获得最大电流值。这种条件是除了钢轨阻抗模值最小、电源电压最大两个因素外，断轨地点和道碴电阻的大小也有一定的影响。有一个使接收设备中电流最大的最不利数值——临界断轨地点和临界道碴电阻。三、轨道电路分路的几个术语

列车分路电阻：列车占用轨道电路时，轮对跨在两根钢轨上形成的电阻，就称为列车分路电阻。列车占用轨道电路时，轮对跨在轨道电路的两根钢轨上，这个跨接在钢轨上的轮对电阻。它的变化范围可以从千分之几欧变化到0.06。对于轻型的轨道车可能要更大一些。分路效应：由于有列车分路而使轨道电路接收设备中电流减少，并处于不工作状态的现象，称谓有分路效应。

分路灵敏度：指的是在轨道电路的钢轨上，用一电阻在某点对轨道电路进行分路，若恰好能够使轨道继电器线圈中的电流减小到释放值(脉冲式轨道电络为不吸起值)，则这个分路电阻值就叫做轨道电路在该点的分路灵敏度。极限分路灵敏度：对某一具体的轨道电路来说，各点的分路灵敏度中的最小值，就是该轨道电路的极限分路灵敏度。标准分路灵敏度：标准分路灵敏度是衡量各种轨道电路分路状态情况优劣的标准．我国规定一般的轨道电路标准分路灵敏度为0.06。驼峰分路道岔区段的轨道电路标准分路灵敏度为0.5Ω。驼峰高灵敏轨道电路标准分路灵敏度为3Ω。UM71无绝缘轨道电路标准分路灵敏度为0.15Ω。

小结一、轨道电路基本工作状态1、调整状态---空闲2、分路状态---占用3、断轨状态---故障二、三种主要的影响因素1、道碴电阻2、钢轨阻抗3、电源电压三、各种状态的最不利条件调整状态：道碴电阻最小，钢轨阻抗最大、电源电压最低分路状态：道碴电阻最大，钢轨阻抗最小、电源电压最大断轨状态：道碴电阻最大，钢轨阻抗最小、电源电压最大，还有断轨地点。第二节工频交流连续式的轨道电路一、工频轨道电路的组成和基本工作原理1、组成：送电端、受电端、钢轨绝缘、钢轨引接线、轨端接续线、钢轨等送电端：BG1—50型轨道变压器、R—2.2/220型变阻器受电端：BZ4型中继变压器、JZXC-480型轨道继电器轨道变压器

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。中继变压器用于轨道电路的受电端，BZ4与JZXC-480型轨道继电器配合使用，可以使钢轨阻抗和轨道变压器的阻抗相匹配BG1-80型轨道变压器、BZ4-U型中继变压器变阻器

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℃钢轨绝缘保证相邻轨道电路之间的电气绝缘。轨道电路连接线包括：引接线----连接轨道电路送受端变压器箱或电缆盒与钢轨的导线，一般用涂有防腐油的多股钢丝绳制成。钢轨接续线----用于轨道电路接缝处的连接，以减小接触电阻。有塞钉式（现场广泛使用）、焊接式。道岔跳线----连接道岔岔心等处的导线。2、工作原理：

电源采用交流，钢轨中传输的是交流，继电器接受的交流，但动作是直流。轨道电路完整无车占用---GJ↑，其交流电压应在10.5---16v左右，当车占用时---GJ↓，GJ的交流残压此时应低于2.7v。二、道岔区段的轨道电路1、道岔绝缘和道岔跳线（1）道岔绝缘道岔区段除了各种杆件、转辙机安装装置等加装绝缘外，还要加装切割绝缘，以防止辙叉将轨道电路短路。道岔绝缘根据需要，可以设在直股，也可以设在弯股。（2）道岔跳线为保证信号电流的畅通，道岔区段除轨端接续线外，还需装设道岔跳线。2、道岔区段轨道电路的连接方式串联：这种轨道电路的电流要流经整个区段的所有钢轨，可以检查所有跳线和钢轨的完整，较安全。并联：因侧线只检查了电压，而没有检查电流，当跳线或连接线折断，列车进入弯股时，因弯股并没有设置继电器，GJ仍在吸起状态，这是不足的地方。串联式并联式3、一送多受轨道电路设有一个送电端，在每个分支轨道电路的另一端各设一受电端。各分支受电端轨道继电器的前接点，串联在主轨道继电器电路之中。当任一分支分路时，分支轨道继电器落下，其主轨道继电器也落下。使用时将主轨道继电器的接点用在联锁电路中。在实际中应注意：（1）与到发线相衔接的道岔轨道电路的分支末端，应设受电端。（2）所有列车进路上的道岔区段，其分支长度超过65m时，在该分支的末端应设受电端。（3）一送多受轨道电路最多不应超过三个受电端。（4）任一地点有车占用时，必须保证有一个受电端被分路。三、轨道电路的极性交叉

1、极性交叉：有钢轨绝缘的轨道电路，为了实现对钢轨绝缘破损的防护，要使绝缘节两侧的轨面电压具有不同的极性或相反的相位。2、极性交叉的作用：

可以防止在相邻的轨道电路间的绝缘节破损时引起轨道继电器的错误动作。对于计数电码、频率电码轨道电路而言，因相邻区端的编码不同，无法实现极性交叉，采用的是周期防护或频率防护的方法。3、极性交叉的配置：在一个闭合的回路中，绝缘节的数量必须达到偶数才能实现极性交叉，若为奇数，采用移动绝缘节的方法实现。车站内要求正线电码化时，可以将绝缘节移至弯股，并且采用人工极性交叉方式。

人工极性交叉五、钢轨绝缘节的设置1、道岔区段警冲标的内方，不得小于3.5m,若实在不能满足此要求，则该绝缘节称为侵限绝缘。2、两绝缘节应设在同一坐标处，避免产生死区段。错开距离小于2.5m。3、两相邻死区段间隔，不得小于18m4、信号机处的绝缘节：应与信号机坐标相同，若达不到有：进站、接车进路信号机处的绝缘可以设在信号机前方1m或后方1m处。出站、发车进路信号机处，钢轨绝缘可以设在信号机前方1m或后方6.5m的范围内。调车信号机处与进站一致，但设在到发线与出站一致。5、半自动闭塞区段的预告信号机处，安装在预告信号机前方100m处。第三节25HZ相敏轨道电路一、电气化牵引区段对轨道电路的特殊要求1、必须采用非工频制式的轨道电路钢轨既是牵引电流的回流通道，又是轨道电路信号电流的传输通道。2、必须采用双轨条式轨道电路用扼流变压器沟通牵引电流成双轨条回流，轨道电路处于平衡状态，便于实现站内电码化。3、交叉渡线上两根直股都通过牵引电流时应增加绝缘节4、钢轨接续线的截面加大。5、道岔跳线和钢轨引接线截面加大。二、电气化区段站内轨道电路制式75HZ交流计数电码轨道电路25HZ交流计数电码轨道电路移频轨道电路25HZ相敏轨道电路：不对称轨道电路三、扼流变压器在电气化牵引区段，为了保证牵引电流顺利流过绝缘节，在轨道电路的发送端、接受端设置扼流变压器，轨道电路设备通过扼流变压器接向轨道，并传递信号信息。扼流变压器对牵引电流的阻抗很小，而对信号电流的阻抗很大，沿着两钢轨流过的牵引电流在轨道绝缘处，因上、下线圈中产生的磁通相等但方向相反，总磁通等于零，其对次线圈的信号设备没有任何影响。但若流过两钢轨的牵引电流不平衡，则将产生影响，故必须增设防护设备。信号电流因极性交叉，在两扼流变压器中点处电位相等，故不会越过绝缘节流向另一轨道电路区段，而流回本区段，在次极感应出信号电流。扼流变压器实物四、25HZ相敏轨道电路1、组成由25HZ专用电源屏、提供25HZ的轨道电源和局部电源、轨道电源变压器（BG25）、送电端限流电阻、送电端扼流变压器（BE25）、受电端轨道变压器、受电端扼流变压器、25HZ防护盒、防雷补偿器、二元二位轨道继电器组成。

2、25HZ相敏轨道电路的部件防护盒---由电感、电容串联而成，并接于轨道继电器两端，对50HZ呈串联谐振，相当于15Ω电阻，以抑制干扰电流。对于25HZ信号电流相当于16uf电容，对25HZ信号电流的无功分量进行补偿，起到减少轨道电路传输好和相移作用。防雷补偿器QBF有FB-1、FB-2型。对接的硒片和电容器。

五、97型相敏轨道电路特点：1、提高了绝缘破损的防护性能2、将有回归电流的轨道电路送、受电端一律设扼流变压器。3、将连向钢轨的一长一短引接线设计成等阻线。4、优化了电源屏的设置5、改进了轨道继电器JRJC1—2/2406、增加了扼流变压器的种类：400、600、800A分别供侧线、正线、和靠近牵引变电所的区段使用7、改善了移屏电码化的发送条件。固定了送电端供电变压器的变比，使之和受电端变比相同。8、延长了极限长度：送端电阻为4.4Ω，受端变比降为15等，极限长度1200→1500m。9、提高了系统的抗干扰能力六、25HZ相敏轨道电路的种类设扼流变压器、不设扼流变压器、一送一受、一送二受、一送三受所有的一送最多三受，另外对于容易产生迂回电流的侧线中线可以断开。要求带扼流的发送端限流电阻为4.4Ω，无扼流的为1.6Ω。一、国产移频轨道电路1、移频的概念移频轨道电路是移频自动闭塞的基础，又可以监督该闭塞分区的空闲。选用频率参数作为控制信息，采用频率调制的方式，将低频调制信号Fc搬移到较高频率Fo（载频）上，以形成振荡不变、频率随低频信号的幅度作周期性变化的信号。而采用这种方式的轨道电路就称移频轨道电路。第四节移频轨道电路2、4信息移频频偏：±55HZ，即移频信号受低频信号调制作上下边频交替变化，两者在单位时间内变化次数与低频调制信号的频率相同。3、4信息移频载频下行：550、750HZ上行：650、850HZ4、ZP-89型8信息移频轨道电路低频信息：8、9.5、11、15、13.、16.5、20、26HZ发送设备：发送盘、站内防雷单元、电缆模拟网络、发送盘双机热备接受端：接受盘、衰耗隔离盒、室内防雷单元、电缆模拟网络、接受盘双机并用。电缆模拟网络：由电阻、电容、电感组成，相当于9.5KM电缆，分为5个单元，可以根据现场实际需要进行调整，使接受和发送设备具有相同的电缆负载，便于轨道电路的调整及构成双向自动闭塞。电化区段采用扼流变压器接至轨道钢轨。5、ZP.Y1、2—18型18信息有绝缘移频轨道电路其与8信息基本一致，只是接受、发送设备采用的是单片微机和数字处理技术。低频信息有18种。6、ZP.W1-18型18信息无绝缘移频轨道电路采用的是强制衰耗式，为一送一受、电压发送、电流接受。电流接受方式是在两钢轨旁设置电流传感器，通过感应方式接收信号，同时抵消钢轨中的牵引电流的干扰。相邻闭塞分区的轨道电路采用不同的频率，由接在接收端的陷波器强制衰耗。它对本闭塞分区的频率呈低电阻，对相邻闭塞分区的频率呈高阻。二、法国引进的UM71轨道电路采用调频方式，谐振式无绝缘轨道电路载频为：1700、2000、2300、2600HZ频偏：±11HZ低频信息：10.3---29HZ每隔1.1HZ呈等差数列共18个。由设在室内的发送器、接收器、轨道继电器、以及设在室外的调谐单元、空心线圈、带模拟电缆网络的匹配变压器和若干补偿电容组成。两个调谐单元BA1和BA2间距为26m，空心线圈SVA在两者中间，他们三者以及26m长的钢轨构成了电气绝缘区段。取代了传统的机械绝缘。BA1和BA2分别对本区段和相邻区段的频率产生并联和串联谐振。保证了本区段的移频信息被接收，相邻区段信号被短路。三、ZPW—2000型无绝缘轨道电路

ZPW—2000型无绝缘轨道电路是在充分吸收利用UM—71长处，同时借鉴移频轨道电路应用DSP数字信号处理技术成功经验的基础上自主开发出来的

2.应答器一、应答器的发展

1．固定点式设备早在

50

年前，一些国家就开始研究点式停车装置，在一些固定点，特别是进站信号前方安装点式设备，这个点式装置及机车上均有感应线圈，当需要列车在进站信号前方停车时，点式装置可以发生特定的停车信号频率，列车通过装有该设备的点时，机车上的线圈与点式设备线圈之间产生谐振，使机车接收到停车信息。2．查询应答器一种可以发送数据报文的高速数据传输点式设备得到广泛应用，这就是查询-应答器，