軌道電路

1870年，美國W·魯賓遜博士在紐約舉辦的展覽會上展出了開路式軌道電路控制信號機的模型。此後，他又研究成功直流電的閉路式軌道電路，並於1872年取得美國專利。軌道電路由鋼軌線路、鋼軌絕緣、電源、限流設備、接收設備組成。其中鋼軌線路是由鋼軌和鋼軌端部的導接線和兩端的連接導線組成。鋼軌絕緣是鋼軌線路兩端的絕緣裝置，在軌道的軌距板、軌距保持桿、尖軌連接桿等都安裝有絕緣裝置。電源常用直流電源、交流電源、脈衝電源等。限流設備是由可調整的電阻器或電抗器組成，接收設備常用電磁式繼電器或電子式繼電器。

（1）導體

軌道電路的導體部分包括：鋼軌、連接夾板、導接線等。其中正線鋼軌採用60kg/M無縫長軌，車廠鋼軌採用50kg/M短軌，連接夾板、導接線主要用於車廠線路和正線折返線、存車線等處。

（2）鋼軌絕緣

正線運營軌道電路以電氣絕緣方式實現相鄰區段軌道電路的分割。電氣絕緣是通過諧振槽路的選頻方式，發送/接收本區段的中心頻率，折返線/存車線及車廠區域的軌道電路以機械絕緣方式分割，機械絕緣包括軌端絕緣、槽形絕緣、絕緣套管和絕緣片等。

（3）送電設備

車廠工頻軌道電路的送電設備包括送電電源、送電(降壓)變壓器、熔斷器等；正線數字軌道電路送電設備包括控制板、輔助板、電源板，耦合單元、感應環線、連接棒線等，實現數字信息的調製、傳送等。

（4）受電設備

車廠工頻軌道電路的受電設備包括升壓變壓器、連接電纜、軌道繼電器等；正線數字軌道電路受電設備也包括控制板、輔助板、電源板，耦合單元、感應環線、連接棒線等，與送電設備不同的是接收鋼軌信息，並對多樣的數字信息進行衰耗、選頻和解碼等，動作軌道繼電器。

（5）限流電阻

限制送電端信號電流，並調整送電端信號的幅值等。

當閉塞區間內無列車行駛時，電流會從電源經由軌道流經繼電器，並使其激磁帶動 接點，接通綠燈之電路(信號機立即顯示平安通行)。當有列車駛入閉塞區間時，電流改行經列車車軸，並不會流經繼電器，繼電器因失去電流而失磁，接點接通紅燈之電路(信號機立即顯示險阻禁行)。假若軌道斷裂，軌道電路因此阻斷，造成繼電器失磁，同樣的信號機亦會顯示險阻禁行的訊息，仍可保障列車行駛安全。當列車駛離整個區間，繼電器便會重新激磁，綠燈便會再次亮起，其他列車便可進。

當設有軌道電路的某段線路上空閑時；軌道電路上的繼電器有足夠的電流通過，吸起被磁化的銜鐵，閉合前接點，從而接通色燈信號機的綠燈電路，顯示綠色燈光，表示前方線路空閑，允許機車車輛佔用。當機車車輛進入該線路區段時，由於輪對電阻很小，使軌道電路短路，繼電器吸力減弱，釋放銜鐵，使之搭在後接點上，接通信號機的紅燈電路，顯示禁行信號。軌道電路的這一工作性能，能夠防止列車追尾和衝突事故，確保行車安全。

軌道電路的另一個重要作用是能發現鋼軌發生斷裂。在充當導線的鋼軌安全無事時，軌道電流暢通無阻，繼電器工作也正常。一旦前方鋼軌折斷或出現阻礙，切斷了軌道電流，就會使繼電器因供電不足而釋放銜鐵接通紅色信號電路。此時，線路雖然空閑，信號機仍然顯示紅燈，從而防止列車顛覆事故。

1、可以檢查和監督股道是否佔用，防止錯誤的地辦理進路。

2、可以檢查和監督道岔區段有無機車車輛通過，鎖閉佔用道岔區段的道岔，防止在機車車輛經過道岔時扳動道岔。

3、檢查和監督軌道上的鋼軌是否完好，當某一軌道電路區段的鋼軌折斷時軌道繼電器也將因無電而釋放銜鐵，防護這一段軌道的信號機也就不能開放等。

4徠、傳輸不同的信息，使信號機根據所防護區段及前方鄰近區段被佔用的情況的變化而變換顯示。

軌道電路可分為直流軌道電路和交流軌道電路。

軌道電路電源採用直流，稱為直流軌道電路(已經淘汰)。採用交流供電的軌道電路，稱為交流軌道電路。交流軌道電路的種類很多，頻帶用得很寬，大體可分為三段：低頻300Hz以下；音頻300～3000Hz；高頻10～40kHz。

軌道電路可分為開路式軌道電路和閉路式軌道電路。

閉路式軌道平時處於閉路狀態，當有列車佔用或斷軌，斷線等故障時，接收設備都能及時反映出來，這樣便符合信號設備在故障時能處於最大安全位置的基本原則。

一般不採用電源和接收設備共同裝在軌道電路的同一端。軌道完整且無列車佔用時，電路處於開路狀態，接收設備無電，若採用電磁式軌道繼電器，它將使銜鐵落下閉合其後接點，從而反映軌道空閑狀態(與閉路式相反)。當列車佔用軌道線路時，通過輪軸將電路閉合，使得接收設備通電勵磁，吸起銜鐵，閉合其前接點，反映線路佔用狀態。這種開路式軌道電路由於平時處於無電狀態，故軌道發生斷軌，或斷線等故障時，不能及時反映；若再有列車佔用軌道，由於軌道電路故障不能構成閉合電路使接收設備工作，也不能及時反映線路佔用狀態，容易造成行車危險，不能遵循信號設備的“故障——安全”原則。因此，一般不採用開路式軌道電路。

按照所傳輸的電流特性不同，軌道電路可分為工頻連續式軌道電路和音頻軌道電路，其中，音頻軌道電路又可分為模擬式軌道電路和數字編碼式軌道電路。

工頻連續式軌道電路中傳輸連續交流電流，只能用於監督軌道的佔用與否，不能傳輸對列車的控制信息。目前在城市軌道交通中應用較廣泛的是50 Hz相敏軌道電路。

模擬式音頻軌道電路採用調幅或調頻方式，可以傳輸較多信息。不僅能監督軌道的佔用狀態，還能反映列車運行前方三個或四個閉塞分區的佔用情況。

數字編碼式音頻軌道電路採用數字調頻方式，可以傳輸更多的信息，碼、線路坡度碼、閉塞分區長度碼、糾錯碼等。

軌道電路可分為有絕緣軌道電路和無絕緣軌道電路。

有絕緣軌道電路用鋼軌絕緣將軌道電路與相鄰的軌道電路互相隔離，是有絕緣的。編碼中包含了速度車輛段內軌道電路

鋼軌絕緣在車輛運行的衝擊力、剪切力作用下很容易破損，使軌道電路的故障率較高。絕緣節的安裝，給無縫線路帶來一定的麻煩，有時需鋸軌，降低線路的軌道強度，增加線路維護的複雜性。城市軌道交通的牽引迴流不希望有絕緣節，為使牽引迴流能繞過絕緣節，必須安裝扼流變壓器。

無絕緣軌道電路在分界處不設置鋼軌絕緣，軌道電路電流採用不同信號頻率。根據諧振的原理，使諧振迴路對不同頻率呈現不同阻抗，實現對相鄰軌道電路的電氣隔離。這種電氣隔離方式又稱為諧振式。無絕緣軌道電路滿足了城市軌道交通電化牽引和採用無縫線路的要求，在正線線路上得到廣泛應用。

按照使用地點不同，軌道電路可分為車輛段內軌道電路和區間軌道電路。

區間軌道電路用於正線，不僅要監督各閉塞分區是否空閑，還要傳輸有關行車信息，並能滿足閉塞分區長度的要求，其結構比較複雜。

車輛段內軌道電路分為無岔區段軌道電路和道岔區段軌道電路。

無岔區段軌道電路內鋼軌沒有分支，結構簡單，用於停車線、檢車線、盡頭線調車信號機接近區段，以及兩個差置調車信號機之間的線路。

道岔區段軌道電路結構比較複雜，包含了岔前線路、岔后直向位置線路和岔后側向位置線路。根據道岔結構，不僅有關鋼軌、桿件要增加絕緣，還要增加道岔跳線和連接線，當分支超過一定長度時，還必須設置多個受電端。

軌道電路分為單軌條軌道電路和雙軌條軌道電路，多數軌道電路均利用同一線路的兩根鋼軌作為傳輸通道。一般的軌道電路均為雙軌條軌道電路。利用線路中的一根軌條作牽引電流的回線，牽引電流在軌道絕緣處，用銅索連接線引向相鄰軌道電路的牽引軌道上。在這種軌道電路中，牽引電流流過軌條所產生的電位差，是信號電路的外界上，有四根以上牽引軌條並聯時，軌道電路長度可達800m。顯然這種方式在區間上是不適用的。干擾源，牽引電流越大，鋼軌阻抗越大，對信號電路造成的干擾也越大。

為了保護軌道電路設備不受牽引電流破壞。並且保證信號接收設備不會由於牽引電流擾而發生錯誤動作，除了兩端增設防護設備外，單軌條軌道電路的長度要受一定限制。為減少對牽引電流的阻抗，可將站內相鄰到發線的牽引軌條用鋼索連接線並聯起來。這樣，由於聯軌條阻抗的降低，對信號電路的干擾也減弱。因此，軌道電路長度可適當增長。一般單軌線區段的車站上有三根以上牽引軌條並聯時，軌道電路長度可達650m，在雙線區段的車站上，有四根以上牽引軌條並聯時，軌道電路長度可達800m。顯然這種方式在區間上是不適用的。

牽引電流是沿著兩根軌條流通的，在軌道絕緣處為了導通牽引電流裝設了扼流變壓器。信號設備是通過扼流變壓器接向軌道。

扼流線圈對牽引電流的阻抗很小，而對信號電流的阻抗較大，沿著兩根軌條流過的牽引電流在軌道絕緣處通過變壓器的上部和下部線圈，再經過變壓器的中心線流向第二變壓器的上部和下部線圈，然後又重新流人相鄰軌道電路的兩根軌條中去。因為兩根軌條中的牽引電流相等，變壓器的上部和下部線圈的匝數也相同，因此牽引電流在變壓器上、下兩部分產生的磁通量相等而方向相反，於是牽引電流在扼流變壓器鐵芯中所產生的總磁通量等於零。所以對次級線圈的信號設備沒有影響，但是，當兩根軌條中流過的牽引電流不平衡時，扼流變壓器鐵芯中總磁通量不為零，因此在次級線圈中產生牽引電流的干擾、影響軌道電路的正常工作，需要增設防護設備。

雙軌條軌道電路的兩根牽引軌條是並聯的，因此對牽引電流的阻抗比較低。牽引電流對軌道電路設備的影響是由不平衡電流引起的。和單軌條軌道電路比較起來，這種影響小得多，這是雙軌條軌道電路的優點。它的不足之處是，設備複雜，建設成本高，軌道電路消耗功率大。

按頻率方式分類可分為25Hz、50Hz、75Hz、移頻等軌道電路。

1.當所有閉塞區間都無車時，信號機便會顯示平安通行的訊息(色燈式信號機顯示綠燈 )。

2.當列車駛進block A1(閉塞區間A1)后，信號機A1便因軌道電路感應到列車存在而顯示險阻禁行的訊息(色燈式信號機由綠燈轉紅燈)，以防止其他列車進入此區間。

3.當列車繼續駛進Block A2后，信號機A2隨即轉為紅燈，而原先的信號機A1會轉為黃燈(傳達謹慎慢行的訊 息)，容許列車限速進入block A1，以便列車能在到達信號機A2前停車。

4.當列車駛入block A3后，信號機A1己轉為綠燈，允許其他列車駛入，而信號機A2轉為黃燈，容許列車限速進入block A2，以便列車能在到達信號機A3前停車，信號機A3則轉為紅燈，提醒列車駕駛員block A3內已有列車存在禁 止列車駛入，依此類推。

軌道電路的主要工作狀態有調整狀態、分路狀態、斷軌狀態。調整狀態指軌道電路在沒有機車車輛佔用時，不論在任何不利的電源和天氣等條件下，接收端的繼電器都處於勵磁狀態，發出軌道電路區段空閑的信息。分路狀態指軌道電路被機車車輛佔用時，不論在任何不利的電源和天氣等條件下，接收端的繼電器都處於失磁狀態，發出軌道電路區段被佔用的信息。斷軌狀態指軌道電路任何部分出現故障時，接收端的繼電器都處於失磁狀態，發出故障信息。在電氣化鐵路上的應用：在用電力牽引的鐵路區段內，電力機車要利用鋼軌作為一條迴路使牽引電流返回牽引變電所。為了使這條返回的牽引電流不受閉路式軌道電路的鋼軌絕緣的阻礙，往往採用雙軌條軌道電路和單軌條軌道電路。

雙軌條軌道電路：利用雙軌條返回牽引電流的軌道電路。這種電路返回牽引電流在鋼軌絕緣處是利用扼流變壓器繞過軌端絕緣的。雙軌條返回電流的軌道電路主要用在電力牽引區段區間，或站內正線準備給機車信號工作的軌道電路上。

單軌條軌道電路：利用單軌條返回牽引電流的軌道電路。這種電路以一根斜拉的導線連接鋼軌，使返回的牽引電流能夠繞過鋼軌絕緣。它的優點是可以節省扼流變壓器；缺點是返回的牽引電流因只在鋼軌線路的一條鋼軌里流過，干擾電壓比較大。單軌條軌道電路主要用在有幾條軌道同時返回牽引電流的車站。

電力牽引區段的軌道電路採用不同於牽引電流頻率的信號電流，並在接收端裝濾波器等，是防止牽引電流對軌道電路的影響的有效措施。