軌道電路在區(qū)間閉塞中的應(yīng)用

劉孝凡

（湖南高速鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 衡陽(yáng)421000）

0 引言

區(qū)間，是指兩個(gè)車(chē)站之間的鐵路線(xiàn)路。車(chē)站向區(qū)間發(fā)車(chē)時(shí)，列車(chē)在區(qū)間內(nèi)行駛時(shí)，有運(yùn)行速度高、重量大、制動(dòng)距離長(zhǎng)、不能避讓等特點(diǎn)。為了確保列車(chē)在區(qū)間內(nèi)運(yùn)行安全，車(chē)站向區(qū)間內(nèi)發(fā)車(chē)時(shí)，必須確認(rèn)區(qū)間內(nèi)沒(méi)有列車(chē)；或?qū)^(qū)間的鐵路線(xiàn)路劃分為若干個(gè)獨(dú)立的分區(qū)，一個(gè)閉塞分區(qū)同時(shí)只能允許一列列車(chē)運(yùn)行，因此能保證行車(chē)安全。在單線(xiàn)區(qū)間又必須防止兩站同時(shí)向一個(gè)區(qū)間發(fā)車(chē)，為此，要求按照一定的方法組織列車(chē)在區(qū)間的運(yùn)行。用信號(hào)或憑證，保證列車(chē)按照空間間隔制運(yùn)行的技術(shù)方法稱(chēng)為行車(chē)閉塞法，簡(jiǎn)稱(chēng)閉塞。閉塞就是指把一段線(xiàn)路封閉起來(lái)，不準(zhǔn)許其他列車(chē)進(jìn)入的組織行車(chē)方法。

1 軌道電路

軌道電路技術(shù)在我國(guó)迅速發(fā)展，傳輸?shù)男畔⒘坎粩嘣黾?，它的使用遍及全?guó)鐵路各線(xiàn)，構(gòu)成了我國(guó)鐵路信號(hào)技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)。軌道電路由鋼軌線(xiàn)路、鋼軌絕緣、電源、限流設(shè)備、接收設(shè)備組成，如圖1。

圖1 軌道電路

在軌道電路區(qū)段空閑時(shí)，從軌道電源發(fā)送一定強(qiáng)度的信號(hào)電流，經(jīng)鋼軌線(xiàn)路送至軌道電路的接收端。接收設(shè)備的繼電器在一定強(qiáng)度的電路作用下勵(lì)磁，使前接點(diǎn)閉合，從而接通色燈信號(hào)機(jī)的綠燈電路，顯示綠色燈光，表示前方線(xiàn)路空閑，允許機(jī)車(chē)車(chē)輛進(jìn)入。當(dāng)機(jī)車(chē)車(chē)輛進(jìn)入該線(xiàn)路區(qū)段時(shí)，從軌道電路電源發(fā)出來(lái)的信號(hào)電流因機(jī)車(chē)車(chē)輛車(chē)軸的分流，而只有很少一部分信號(hào)電流送至軌道電路的接收設(shè)備。接收設(shè)備的繼電器因電流不足而不能勵(lì)磁，因而前接點(diǎn)斷開(kāi)，后接點(diǎn)閉合，發(fā)出軌道被占用的信息并接通信號(hào)機(jī)的紅燈電路，顯示禁行信號(hào)。軌道電路的這一工作性能，能夠防止列車(chē)追尾和沖突事故，確保行車(chē)安全。軌道電路任何部分出現(xiàn)故障時(shí)，接收設(shè)備的繼電器都不能勵(lì)磁，而發(fā)出軌道電路區(qū)段被占用的信息，符合鐵路信號(hào)所需要的故障-安全原則。軌道電路是信號(hào)聯(lián)鎖的室外重要設(shè)備，起著保證行車(chē)和調(diào)車(chē)作業(yè)安全的作用。它能監(jiān)督檢查某一固定區(qū)段內(nèi)的線(xiàn)路是否有列車(chē)運(yùn)行、調(diào)車(chē)作業(yè)或車(chē)輛占用的情況，并能顯示該區(qū)段內(nèi)的鋼軌是否完整。

2 軌道電路在半自動(dòng)閉塞中的應(yīng)用

半自動(dòng)閉塞是用人工來(lái)辦理閉塞及開(kāi)放出站信號(hào)機(jī)，而由出發(fā)列車(chē)自動(dòng)關(guān)閉出站信號(hào)機(jī)并實(shí)現(xiàn)區(qū)間閉塞的一種閉塞方式。在一個(gè)區(qū)間的相鄰兩站設(shè)一對(duì)半自動(dòng)閉塞機(jī)，并經(jīng)兩站間的閉塞電話(huà)線(xiàn)連接起來(lái)，通過(guò)兩站半自動(dòng)閉塞機(jī)的相互控制，保證一個(gè)區(qū)間同時(shí)只有一列列車(chē)運(yùn)行。

64D型半自動(dòng)閉塞，在每個(gè)車(chē)站兩端進(jìn)站信號(hào)機(jī)內(nèi)方裝設(shè)一段不小于25m的軌道電路。如圖2。其作用，一是監(jiān)督列車(chē)的出發(fā)，使閉塞機(jī)閉塞；二是監(jiān)督列車(chē)的到達(dá)，然后由接車(chē)站的值班員辦理到達(dá)復(fù)原。由于兩個(gè)作用的重要性，即軌道電路的動(dòng)作直接影響行車(chē)安全，所以要求軌道電路不僅能穩(wěn)定可靠地工作，而且要能滿(mǎn)足“故障—安全”的要求。

圖2 單線(xiàn)半自動(dòng)閉塞示意圖

3 移頻軌道電路與區(qū)間自動(dòng)閉塞

自動(dòng)閉塞是根據(jù)列車(chē)運(yùn)行及有關(guān)閉塞分區(qū)狀態(tài)，自動(dòng)變換通過(guò)信號(hào)機(jī)顯示而司機(jī)憑信號(hào)行車(chē)的閉塞方法。它是一種先進(jìn)的行車(chē)閉塞方法。自動(dòng)閉塞是在列車(chē)運(yùn)行的過(guò)程中自動(dòng)完成閉塞作用的。

軌道電路能通過(guò)軌道繼電器的吸起或落下來(lái)反映該段線(xiàn)路是空閑還是占用，還有第二個(gè)作用：傳遞行車(chē)信息。例如在移頻自動(dòng)閉塞中，利用移頻軌道電路傳遞不同的頻率來(lái)反映前行列車(chē)的位置，決定各信號(hào)機(jī)的顯示，為列車(chē)運(yùn)行提供行車(chē)命令。

移頻軌道電路是區(qū)間移頻自動(dòng)閉塞的基礎(chǔ)，又用作監(jiān)督該閉塞分區(qū)的空閑。它選用頻率參數(shù)作為控制信息，采用頻率調(diào)制的方式，把低頻調(diào)制信號(hào)搬移到較高頻率（載頻）上，形成振幅不變、頻率隨低頻信號(hào)的幅度做周期性變化的移頻信號(hào)。

軌道電路中傳送的行車(chē)信息，還為列車(chē)運(yùn)行自動(dòng)控制直接提供控制列車(chē)運(yùn)行所需要的前行列車(chē)位置、運(yùn)行前方信號(hào)機(jī)和線(xiàn)路條件等有關(guān)信息，以決定列車(chē)運(yùn)行的目標(biāo)速度，控制列車(chē)在當(dāng)前運(yùn)行速度下是否停車(chē)或減速。區(qū)間的軌道電路通常是與自動(dòng)閉塞制式相一致的軌道電路，按照自動(dòng)閉塞通過(guò)信號(hào)機(jī)的設(shè)置劃分閉塞分區(qū)，每個(gè)閉塞分區(qū)就有軌道電路。

在移頻自動(dòng)閉塞區(qū)段，移頻信息的傳輸，是按照運(yùn)行列車(chē)占用閉塞分區(qū)的狀態(tài)，迎著列車(chē)的運(yùn)行方向，自動(dòng)地向前方閉塞分區(qū)傳遞信息的。

圖3 移頻自動(dòng)閉塞工作原理

如圖3所示，若下行線(xiàn)有兩列列車(chē)A、B運(yùn)行，A列車(chē)運(yùn)行在1G分區(qū)，B列車(chē)運(yùn)行在5G分區(qū)。由于1G有列車(chē)占用，防護(hù)該閉塞分區(qū)的通過(guò)信號(hào)機(jī)7顯示紅燈，這時(shí)7信號(hào)點(diǎn)的發(fā)送設(shè)備自動(dòng)向前方閉塞分區(qū)2G發(fā)送26.8Hz調(diào)制的、中心載頻為2300Hz的移頻信號(hào)。當(dāng)5信號(hào)點(diǎn)的接收設(shè)備接收到該移頻信號(hào)后，使通過(guò)信號(hào)機(jī)5顯示黃燈。此時(shí)5信號(hào)點(diǎn)的發(fā)送設(shè)備自動(dòng)地向前方閉塞分區(qū)3G發(fā)送以16.9Hz調(diào)制的、中心載頻為1700Hz的移頻信號(hào)。當(dāng)3信號(hào)點(diǎn)的接收設(shè)備接收到該移頻信號(hào)后，使通過(guò)信號(hào)機(jī)3顯示綠黃燈。同樣，3信號(hào)點(diǎn)的發(fā)送設(shè)備又自動(dòng)地向前方閉塞分區(qū)4G發(fā)送13.6Hz調(diào)制的、中心載頻為2300Hz的移頻信號(hào)，當(dāng)1信號(hào)點(diǎn)的接收設(shè)備接收到此移頻信號(hào)后，使通過(guò)信號(hào)機(jī)1顯示綠燈。1信號(hào)點(diǎn)的發(fā)送設(shè)備又自動(dòng)地向前方閉塞分區(qū)4G發(fā)送ll.4Hz調(diào)制的、中心載頻為1700Hz的移頻信號(hào)。由于續(xù)行列車(chē)B已進(jìn)入5G分區(qū)，可按規(guī)定速度繼續(xù)運(yùn)行。如果列車(chē)A由于某種原因停在1G分區(qū)，則當(dāng)續(xù)行列車(chē)B進(jìn)行4G分區(qū)，司機(jī)見(jiàn)到通過(guò)信號(hào)機(jī)3顯示綠黃燈，則應(yīng)注意減速運(yùn)行。當(dāng)續(xù)行列車(chē)B進(jìn)行3G分區(qū)，司機(jī)見(jiàn)到通過(guò)信號(hào)機(jī)5顯示黃燈，則應(yīng)進(jìn)一步減速運(yùn)行。當(dāng)續(xù)行列車(chē)B進(jìn)入2G分區(qū)時(shí)，由于通過(guò)信號(hào)機(jī)7顯示紅燈，司機(jī)采取制動(dòng)措施，使列車(chē)B能停在顯示紅燈的通過(guò)信號(hào)機(jī)7的前方。這樣，就可根據(jù)列車(chē)占用閉塞分區(qū)（軌道電路）的狀態(tài)，自動(dòng)改變地面信號(hào)機(jī)的顯示，準(zhǔn)確地指揮列車(chē)的運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)閉塞。

4 區(qū)間自動(dòng)閉塞中的無(wú)絕緣軌道電路

我國(guó)鐵路廣泛使用的有絕緣移頻軌道電路，有傳輸距離長(zhǎng)、室外設(shè)備少等優(yōu)點(diǎn)，但不利于列車(chē)運(yùn)行速度的提高和我國(guó)鐵路跨越式發(fā)展，隨著無(wú)縫線(xiàn)路的大量鋪設(shè)，以及電氣化鐵路的快速發(fā)展，逐步暴露出不適應(yīng)性，無(wú)絕緣軌道電路應(yīng)運(yùn)而生，走上歷史舞臺(tái)。

無(wú)絕緣軌道電路按電路原理分類(lèi)，可分為電氣隔離式、自然衰耗式、和強(qiáng)制衰耗式三種類(lèi)型。我國(guó)廣泛使用電氣隔離式軌道電路。UM71軌道電路、WG-21A型和ZPW-2000系列移頻軌道電路都是電氣隔離式的無(wú)絕緣軌道電路。電氣隔離式又稱(chēng)為諧振式，它利用諧振槽路，采用不同信號(hào)頻率，實(shí)現(xiàn)相鄰軌道電路間的電氣隔離。這些軌道電路的載頻選得比較高（1700Hz～2600Hz），在這些頻段上，牽引回歸電流諧波分量的強(qiáng)度已經(jīng)很弱，因此在電氣化區(qū)段的抗干擾能力較強(qiáng)。軌道電路載頻上行線(xiàn)2000Hz和2600Hz交替排列，下行線(xiàn)1700Hz和2300Hz交替排列，主要是利用其頻率差構(gòu)成電氣調(diào)諧區(qū)，實(shí)現(xiàn)電氣絕緣。因此軌道電路無(wú)機(jī)械絕緣，不存在機(jī)械絕緣節(jié)破損而引起信號(hào)升級(jí)的問(wèn)題，能適應(yīng)我國(guó)鐵路向高速，重載方面的發(fā)展。

5 軌道電路向數(shù)字化發(fā)展

隨著列車(chē)運(yùn)行速度的不斷提高，不但要傳遞行車(chē)的速度命令，而且還要傳送坡度、彎道、區(qū)間線(xiàn)路長(zhǎng)度等線(xiàn)路參數(shù)。我國(guó)現(xiàn)有自動(dòng)閉塞采用的模擬軌道電路將會(huì)越來(lái)越不能滿(mǎn)足列車(chē)高速行駛的需要，為此需要發(fā)展基于數(shù)字軌道電路系統(tǒng)和基于通信技術(shù)的列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)以滿(mǎn)足列車(chē)安全運(yùn)行的需要。發(fā)展新一代的軌道電路系統(tǒng)，可以為列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)提供更多的信息，使列車(chē)運(yùn)行更加安全，同時(shí)可以減少列車(chē)司機(jī)的勞動(dòng)強(qiáng)度，對(duì)提高勞動(dòng)生產(chǎn)力具有重要的意義。

［1］冉茂盛.繼電半自動(dòng)閉塞[M].北京∶中國(guó)鐵道出版社,1985.

［2］林瑜筠.區(qū)間信號(hào)自動(dòng)控制[M].北京∶中國(guó)鐵道出版社,2007.

［3］陳習(xí)蓮.UM71自動(dòng)閉塞知識(shí)問(wèn)答[M].北京∶中國(guó)鐵道出版社,2001.

［4］毛俊杰.高速鐵路列車(chē)速度自動(dòng)控制習(xí)題[M].北京∶中國(guó)鐵道出版社,1994.

［5］羅海濤,王建國(guó).多信息集成化移頻自動(dòng)閉塞[M].北京∶中國(guó)鐵道出版社,1997.

［6］當(dāng)代中國(guó)鐵路信號(hào)（1996～2000）編輯委員會(huì).當(dāng)代中國(guó)鐵路信號(hào)（1996～2000）[M].北京∶中國(guó)鐵道出版社,2002.