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| 轨道电路 |
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轨道电路由钢轨线路和钢轨绝缘构成的电路，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信号机（色灯式信号机），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信号机，此时位于区间入口的信号机，立即显示险阻禁行的信息。
基本内容
中文名：轨道电路
类别：电路
研究人员：W·鲁宾逊博士
专利时间：1872年
工作方式：开路式轨道电路和闭路式轨道电路
外文名：Track circuit
目的：是否被机车车辆占用
时间：1870年
构成：钢轨线路和钢轨绝缘
类型：直流轨道电路和交流轨道电路
基本简介
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。
产品特性
（1）导体
轨道电路的导体部分包括：钢轨、连接夹板、导接线等。其中正线钢轨采用60kg/M无缝长轨，车厂钢轨采用50kg/M短轨，连接夹板、导接线主要用于车厂线路和正线折返线、存车线等处。
（2）钢轨绝缘
正线运营轨道电路以电气绝缘方式实现相邻区段轨道电路的分割。电气绝缘是通过谐振槽路的选频方式，发送/接收本区段的中心频率，折返线/存车线及车厂区域的轨道电路以机械绝缘方式分割，机械绝缘包括轨端绝缘、槽形绝缘、绝缘套管和绝缘片等。
（3）送电设备
车厂工频轨道电路的送电设备包括送电电源、送电(降压)变压器、熔断器等；正线数字轨道电路送电设备包括控制板、辅助板、电源板，耦合单元、感应环线、连接棒线等，实现数字信息的调制、传送等。
（4）受电设备
车厂工频轨道电路的受电设备包括升压变压器、连接电缆、轨道继电器等；正线数字轨道电路受电设备也包括控制板、辅助板、电源板，耦合单元、感应环线、连接棒线等，与送电设备不同的是接收钢轨信息，并对多样的数字信息进行衰耗、选频和解码等，动作轨道继电器。
（5）限流电阻
限制送电端信号电流，并调整送电端信号的幅值等。
种类区分
动作电源
轨道电路可分为直流轨道电路和交流轨道电路。
轨道电路电源采用直流，称为直流轨道电路(已经淘汰)。采用交流供电的轨道电路，称为交流轨道电路。交流轨道电路的种类很多，频带用得很宽，大体可分为三段：低频300Hz以下；音频300～3000Hz；高频10～40kHz。
工作方式
轨道电路可分为开路式轨道电路和闭路式轨道电路。
闭路式轨道平时处于闭路状态，当有列车占用或断轨，断线等故障时，接收设备都能及时反映出来，这样便符合信号设备在故障时能处于最大安全位置的基本原则。
一般不采用电源和接收设备共同装在轨道电路的同一端。轨道完整且无列车占用时，电路处于开路状态，接收设备无电，若采用电磁式轨道继电器，它将使衔铁落下闭合其后接点，从而反映轨道空闲状态(与闭路式相反)。当列车占用轨道线路时，通过轮轴将电路闭合，使得接收设备通电励磁，吸起衔铁，闭合其前接点，反映线路占用状态。这种开路式轨道电路由于平时处于无电状态，故轨道发生断轨，或断线等故障时，不能及时反映；若再有列车占用轨道，由于轨道电路故障不能构成闭合电路使接收设备工作，也不能及时反映线路占用状态，容易造成行车危险，不能遵循信号设备的“故障——安全”原则。因此，一般不采用开路式轨道电路。
电流特性
按照所传输的电流特性不同，轨道电路可分为工频连续式轨道电路和音频轨道电路，其中，音频轨道电路又可分为模拟式轨道电路和数字编码式轨道电路。
工频连续式轨道电路中传输连续交流电流，只能用于监督轨道的占用与否，不能传输对列车的控制信息。目前在城市轨道交通中应用较广泛的是50 Hz相敏轨道电路。
模拟式音频轨道电路采用调幅或调频方式，可以传输较多信息。不仅能监督轨道的占用状态，还能反映列车运行前方三个或四个闭塞分区的占用情况。
数字编码式音频轨道电路采用数字调频方式，可以传输更多的信息，码、线路坡度码、闭塞分区长度码、纠错码等。
分割方式
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轨道电路与相邻的轨道电路互相隔离，是有绝缘的。编码中包含了速度车辆段内轨道电路
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，降低线路的轨道强度，增加线路维护的复杂性。城市轨道交通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。
无绝缘轨道电路在分界处不设置钢轨绝缘，轨道电路电流采用不同信号频率。根据谐振的原理，使谐振回路对不同频率呈现不同阻抗，实现对相邻轨道电路的电气隔离。这种电气隔离方式又称为谐振式。无绝缘轨道电路满足了城市轨道交通电化牵引和采用无缝线路的要求，在正线线路上得到广泛应用。
使用处所
按照使用地点不同，轨道电路可分为车辆段内轨道电路和区间轨道电路。
区间轨道电路用于正线，不仅要监督各闭塞分区是否空闲，还要传输有关行车信息，并能满足闭塞分区长度的要求，其结构比较复杂。
是否包含道岔
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。
牵引电流方式
轨道电路分为单轨条轨道电路和双轨条轨道电路，多数轨道电路均利用同一线路的两根钢轨作为传输通道。一般的轨道电路均为双轨条轨道电路。利用线路中的一根轨条作牵引电流的回线，牵引电流在轨道绝缘处，用铜索连接线引向相邻轨道电路的牵引轨道上。在这种轨道电路中，牵引电流流过轨条所产生的电位差，是信号电路的外界上，有四根以上牵引轨条并联时，轨道电路长度可达800m。显然这种方式在区间上是不适用的。干扰源，牵引电流越大，钢轨阻抗越大，对信号电路造成的干扰也越大。
为了保护轨道电路设备不受牵引电流破坏。并且保证信号接收设备不会由于牵引电流扰而发生错误动作，除了两端增设防护设备外，单轨条轨道电路的长度要受一定限制。为减少对牵引电流的阻抗，可将站内相邻到发线的牵引轨条用钢索连接线并联起来。这样，由于联轨条阻抗的降低，对信号电路的干扰也减弱。因此，轨道电路长度可适当增长。一般单轨线区段的车站上有三根以上牵引轨条并联时，轨道电路长度可达650m，在双线区段的车站上，有四根以上牵引轨条并联时，轨道电路长度可达800m。显然这种方式在区间上是不适用的。
牵引电流是沿着两根轨条流通的，在轨道绝缘处为了导通牵引电流装设了扼流变压器。信号设备是通过扼流变压器接向轨道。
扼流线圈对牵引电流的阻抗很小，而对信号电流的阻抗较大，沿着两根轨条流过的牵引电流在轨道绝缘处通过变压器的上部和下部线圈，再经过变压器的中心线流向第二变压器的上部和下部线圈，然后又重新流人相邻轨道电路的两根轨条中去。因为两根轨条中的牵引电流相等，变压器的上部和下部线圈的匝数也相同，因此牵引电流在变压器上、下两部分产生的磁通量相等而方向相反，于是牵引电流在扼流变压器铁芯中所产生的总磁通量等于零。所以对次级线圈的信号设备没有影响，但是，当两根轨条中流过的牵引电流不平衡时，扼流变压器铁芯中总磁通量不为零，因此在次级线圈中产生牵引电流的干扰、影响轨道电路的正常工作，需要增设防护设备。
双轨条轨道电路的两根牵引轨条是并联的，因此对牵引电流的阻抗比较低。牵引电流对轨道电路设备的影响是由不平衡电流引起的。和单轨条轨道电路比较起来，这种影响小得多，这是双轨条轨道电路的优点。它的不足之处是，设备复杂，建设成本高，轨道电路消耗功率大。
频率方式
按频率方式分类可分为25Hz、50Hz、75Hz、移频等轨道电路。
工作原理
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(信号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(信号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，同样的信号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，轨道电流畅通无阻，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。
电路作用
1、可以检查和监督轨道是否占用，防止错误的地办理进路。
2、可以检查和监督道岔区段有无机车车辆通过，锁闭占用道岔区段的道岔，防止在机车车辆经过道岔时扳动道岔。
3、检查和监督轨道上的钢轨是否完好，当某一轨道电路区段的钢轨折断时轨道继电器也将因无电而释放衔铁，防护这一段轨道的信号机也就不能开放等。
4、传输不同的信息，使信号机根据所防护区段及前方邻近区段被占用的情况的变化而变换显示。
动作说明
1.当所有闭塞区间都无车时，信号机便会显示平安通行的讯息(色灯式信号机显示绿灯)。
2.当列车驶进block A1(闭塞区间A1)后，信号机A1便因轨道电路感应到列车存在而显示险阻禁行的讯息(色灯式信号机由绿灯转红灯)，以防止其他列车进入此区间。
3.当列车继续驶进Block A2后，信号机A2随即转为红灯，而原先的信号机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，以便列车能在到达信号机A2前停车。
4.当列车驶入block A3后，信号机A1己转为绿灯，允许其他列车驶入，而信号机A2转为黄灯，容许列车限速进入block A2，以便列车能在到达信号机A3前停车，信号机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。
工作状态
轨道电路的主要工作状态有调整状态、分路状态、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。分路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。[1]