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轨 道 电 路 第一节：轨道电路的基本原理和基本理论一、轨道电路的基本原理1、轨道电路的命名：轨道电路是以铁路线路的两根钢轨作为导体，用引接线连接电源和接收设备所构成的电气回路，它是监督铁路线路是否空闲，自动地和连续地将列车的运行和信号设备联系起来，以保证行车的安全，在线路上安设的电路式的装置。轨道电路由钢轨、轨道绝缘、轨端接续线、引接线、送电设备及受电设备等主要元件组成。2、轨道电路的技术要求当轨道电路空闲且设备良好时，轨道电路继电器衔铁应可靠吸起。轨道电路在任何一点被列车占用时，即使只有一个轮对进入轨道电路，轨道继电器应立即释放衔铁。当轨道电路不完整时，断轨、断线或绝缘破损时，轨道继电器应立即释放衔铁，关闭信号。对某些轨道电路，还应实现由轨道向机车传递信息的要求。3、轨道电路的分类轨道电路按接线方式分可分为闭路式和开路式（均是以轨道电路平时无车占用时所处的状态来确认）。轨道电路按供电方式分可分为直流轨道电路和交流轨道电路，其中直流轨道电路又分为直流连续式轨道电路和直流脉冲式轨道电路（包括极性脉冲轨道电路、极频脉冲轨道电路和不对称脉冲轨道电路）；交流轨道电路又分为交流连续式轨道电路（包括工频50HZ整流轨道电路、25HZ相敏轨道电路、工频二元二位感式轨道电路、75HZ轨道电路、音频轨道电路也叫移频或无绝缘轨道电路）和交流电码式轨道电路（包括50HZ交流计数电码轨道电路、75HZ交流计数轨道电路、25HZ电码调制轨道电路）。按电气牵引区段牵引电流的通过路径分为单轨条轨道电路和双轨条轨道电路。单轨条轨道电路是以一根钢轨作为牵引电流回线，在绝缘处用抗流线引向相邻轨道电路的钢轨上的一种轨道电路（如下图1所示），因其牵引电流流过钢轨时在钢轨间产生较大的电位差，成为信号电路外界的主要干扰源，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，并且由于单轨条轨道电路轨抗较大传输距离相对缩短，但单轨条轨道电路构造简单，建设成本低，相对功耗小。防护设备防护设备接收设备信号源 抗流线轨道箱连接线牵引电流路径信号电流路径图1 单轨条轨道电路图双轨条轨道电路是针对单轨条轨道电路不利于信号设备稳定的缺点而设计的又一种轨道电路。双轨条轨道电路牵引电流是沿着两根钢轨流通的，在钢轨绝缘处为导通牵引电流而设置了扼流变压器，信号设备通过扼流变压器接向轨道（见下图2）扼流变压器防护设备防护设备信号源接收设备中心连接板及抗流线轨道箱连接线牵引电流路径信号电流路径图2 双轨条轨道电路图双轨条轨道电路是由两根钢轨并联传递牵引电流的，两钢轨间产生的不平横电流比单轨条要小得多，因此对于牵引电流的阻抗较低，利于信号的传输，设备运行也相对稳定，缺点是造价较高，维修较复杂。按有无分支分，分为一送一受和一送多受轨道电路，道岔区段均为一送多受区段。按轨道电路结构分，可分为并联式和串联式两种。并联式轨道电路结构简单（如下图），当有车占用直股或侧线时轨道电路继电器均被分路而衔铁落下，能起到监督作用，但无车时则侧线成为开路状态，只有电压而没有电流，将不能分路轨道电路。这种情况，是极其危险的。另外，在空闲时侧线钢轨折断，轨道继电器也不会落下，使信号设备导向安全，因此，这种一送一受轨道电路从安全角度来说，并不理想。RDDBZ4DGJBZ4RDD车体图 并联式轨道电路串联式轨道电路是道岔区段的另一种形式，其电路如下图BZ4DGJBZ4RDDRDD车体图 串联式轨道电路串联式道岔区段轨道电路可以检查所有的跳线和钢轨的完整性，所以比较安全，但这种电路并没有被广泛使用，因为这种电路的轨道绝缘比较多，连接线往往要用电缆来构成，因而使施工和维修都比较困难，所以这种电路就用得少了。鉴于一送一受电路的主要缺点：由于轨道继电器装设位置的不同，有时轨道电路会检查不到跳线折断的情况，从而导致不能监督轨道被占用的状态；另外，这种电路对断轨状态的监督也是不理想的，因此，就提出了并联式一送多受电路，如图所示DGJ2DGJ1BZ4BZ4RDDRDDBZ4DGJ2并联式一送多受图并联式轨道电路设有 设有送电端，并在每一个分支轨道的端部，都设置了一个受电端（即每一处都装设一个轨道继电器）。通过DGJ2线圈的电流要流经跳线，一但跳线折断，DGJ2就会失磁落下，DG1也会失磁落下，从而可以确保行车安全。把DGJ2的接点串入DGJ1后，用一个DGJ1来反映道岔区段的工作情况。并联式一送多受电路的安全程度高，为了提高道岔区段轨道电路的可靠性，现在已在所有的区段中推广使用。但对于比较复杂的道岔区段，如设有交叉渡线和复式交分道岔的区段，则也可不必采用一送多受电路。而可采用一般的并联轨道电路。4、轨道电路的基本原理JZXC480型轨道电路原理JZXC480型轨道电路是非电化区段使用的一种非电码化安全型交流连续式轨道电路，这种轨道电路构成简单，电路采用干线供电方式，由信号楼引出一对或两对电缆向各轨道区段送电端轨道变压器BG5供电，由受电端1：20的BZ4升压变压器升压后送到室内JZXC480型继电器。JZXC480型轨道电路一送一受只有送端串有可调电阻，一送多受时各受电端都加一只电阻，送受端电阻均为2.2/220W型。25HZ相敏轨道电路原理25HZ相敏轨道电路是电力牵引区段较为常用的一种轨道电路，它也可用于非电化区段，是应用较为广泛的一种轨道电路制式。由于25HZ相敏轨道电路采用低频传输，终端设备采用相位鉴别方式，且频率限为25HZ，因此具有相对传输损耗小（既轨损小，下一节讲），执行设备灵敏度高，抗干扰能力强等优点，缺点是设备故障点多，工作电源需两种（局部110V及轨道220V）。UM71轨道电路原理UM71轨道电路是通用调制的电气绝缘的轨道电路，它是由发送器EM在编码系统指令控制下，产生低频调制的移频信号，经过电缆通道、匹配单元TDA及调谐单元BA，送至轨道，从送电端传输到受电端调谐单元BA再经接收端的匹配单元、电缆通道，将信号送到接收器RE中，接收器将调制信号进行解调放大后，动作轨道继电器，用以反映列车是否占用轨道电路。钢轨上传输的低频信息，经机车接收线圈接收送给TVM300系统，供机车信号、速度监控使用。ZPW2000A型无绝缘轨道原理ZPW2000A型无绝缘轨道电路同UM71轨道电路基本相同，只是在调谐区内增加了小轨道电路，用来实现无绝缘轨道电路全程断轨检查，避免了UM71轨道电路调谐区存在的“死区段”（它的“死区段”只有调谐区内小于5米的一小节）从而大大地提高了轨道电路的安全性、传输性、稳定性。ZPW2000A型无绝缘轨道电路分为主轨道电路和调谐区小轨道电路电路两部分，并将小轨道电路看作是列车运行方向主轨道电路的“延续段”。主轨道电路发送器产生的移频信号既向主轨道传送，也向调谐区小轨道电路传送。主轨道信号经过钢轨送到轨道电路受电端，然后经调谐单元、匹配变压器、电缆通道，将信号传到本区段接收器。调谐区小轨道信号由运行前方相邻轨道电路接收器处理，并将处理结果形成的小轨道电路执行条件送到本轨道电路接收器，做为轨道继电器励磁的必要检查条件之一。本区段接收器同时接收到主轨道移频信号及小轨道电路继电器执行条件，判断无误后驱动轨道电路继电器吸起，由此来判断区段的空闲与占用情况。二、轨道电路的基本工作状态与基本参数1、轨道电路的基本工作状态我们知道，轨道电路的三种工作状态为调整状态、分路状态和断路（轨）状态，这三种状态又各自有不同的工作条件和最不利工作条件，最不利工作条件包括调整状态下的钢轨阻抗最大、道碴电阻最小、电源电压最小；分路状态下的钢轨阻抗最小、道碴电阻最大、电源电压最大；断路状态下的钢轨阻抗最小、电源电压最大、临界断轨点和临界道碴电阻最大等等，但无论那一种状态，主要因素为三个变量，即轨道电路的道碴电阻、钢轨阻抗和电源电压，关于轨道电路是如何受这三种变量的影响的，下一节我们再讨论。2、轨道电路分路灵敏度列车分路电阻：列车占用轨道电路时，列车轮对跨接在轨道电路的两根钢轨上构成轨道分路，这个分路的轮轴电阻就是列车分路电阻，它是由车轮和轮轴本身的电阻和轮缘与钢轨头部表面的接触电阻组成，由于轮缘与钢轨头部表面的接触电阻很小，因此车轮和车轴形成的电阻比接触电阻小很多，可以忽略不计。实际上列车分路电阻就是轮缘与钢轨头部的接触电阻，它是纯电阻。列车分路电阻与钢轨上分路的车轴数、车辆的载重情况、列车的行驶速度、轮缘装配质量、钢轨表面的洁净程度、是否生锈，有无撒沙及其它油质化学绝缘层等因素均有关系，它的变化范围很大，可以从千分之几欧变化到0.06欧母，对于轻型车辆或轨道车还要更大。分路灵敏度：当轨道电路被列车车轮或其它导体分路，恰好使轨道电路继电器线圈电流减少到落下值时的列车分路电阻值（或导体的电阻值）就是该轨道电路的分路灵敏度。极限分路灵敏度：在轨道电路上各点的分路灵敏度不同，对于某一具体轨道电路来说，它的分路灵敏度应该以最小的分路灵敏度为准，称为极限分路灵敏度。标准分路灵敏度：我国现行规定标准分路灵敏度为0.06欧母，是和国际上规定的分路灵敏度是一致的。任何轨道电路在分路状最不利的条件下，用0.06欧母电阻进行分路时，轨道继电器应释放衔铁（连续式轨道电路）或不吸起（脉冲式）。否则不能保证分路状态的可靠工作。3、轨道电路的参数道碴电阻：轨道电路在电能传输中，电流是由一根钢轨经过枕木、道碴以及大地漏泄到另一根钢轨上的漏泄电阻，称为道碴电阻，如下图a所示。钢轨枕木间的漏泄路径钢轨、枕木、道碴间的漏泄路径钢轨枕木路基图a 道碴电阻（轨道电路漏泄电流图）这些漏泄电流是沿着轨道线路均匀分布在各个点上的，因此轨道电路在电能传输上，属于均匀传输线。由下图b1可以看出，沿线各点的电压，不是按直线的规律，而是以双曲线函数的规律下降的（见下图b2）。这是因为在每一个单位长度中，都有漏泄电流，所以使轨道电流逐渐减小，电压也逐渐下降，只有在没有漏泄的情况下，沿线路各点的电压才按照直线规律传输。RDDIbIcIaRxDGJBZ4RDDBZ4道床漏泄电流图b1tLUuaubu6u5u4u3u2u1ua图b 轨道电路泄漏电流分布规律图2道碴电阻与道碴材料、道碴层的厚度、清洁度，枕木的材质和数量、土质以及因气候影响的温度、湿度等有很大的关系，尤其是在气候变化时，道碴电阻也随之变化。对某一轨道电路来说，它的道碴电阻受外界影响可以从每公里12欧母变化到每公里100欧母，通常在夏季湿热，降雨后810分钟时的道碴电阻最低，而严冬季节道碴冰冻时的道碴电阻最高。我国铁路线路大部分是碎石道碴，在区间道碴表面清洁时，单位道碴电阻都高于1欧母，目前，我国现行规定标准见下表单位道碴电阻（欧母/km）道床种类交流（50HZ）直流区间碎石1.01.2站内碎石0.60.7混合道床0.40.5由于我国南北方地质和气候差异很大，道床状态也比较复杂，沿海是盐碱地区；西北是戈壁砂滩道床；隧道内潮湿腐蚀，道碴电阻低于国家标准值；站内道床排水能力差、站场肮脏、还有的有矿碴和化学污染，造成道床电阻可低到0.2欧母/km，在这些地方，要保证轨道电路稳定工作，就须要采用实际的最小道碴电阻进行设计与计算。道碴电阻越小、两根钢轨间的电导（电阻的倒数称为电导，它是表征材料导电能力的一个参数，用G表示，G=1/R，电导的单位是西门子，用符号“S”表示）越大，泄漏电流也越大，轨道电路工作也越不稳定。因此，要提高轨道电路工作质量，应该尽可能地提高最小道碴电阻，例如提高道床的排水能力，定期清筛道碴和更换陈腐的轨枕等。钢轨间的分布电容也是与道床性质（介质状态）和使用电流频率有关，一般在千赫以下频率，因分布电容很小，普通轨道电路可以忽略不计，但在UM71轨道电路中也是一个需要考虑的范围，尤其是在有护轮轨的处所，当护轮轨绝缘破损时相当于两轨间放入了一个宽大的铁板，形成“有电介质的平行板电容（下一节讨论电容）”，在轨间高频率的信号幅射下，使得轨间阻抗变小，电导增大，泄漏电流增大，轨面电压降低，影响轨道电路信号传输。近年来，我国铁路已大量采用混凝土轨枕，试验表明混凝土轨枕的导电率受环境、温度、湿度的影响比木枕要大，采用这种轨枕后，钢轨间的分布静电容也比较显著，因此它的最小道碴电阻会有所降低，分布电容也不容忽视，不过改进轨枕上的扣件和轨枕的联接方式和改善绝缘垫板的材质，可以在一定程度上提高它的最小电阻值。钢轨阻抗钢轨阻抗包括钢轨条本身阻抗和两节钢轨联接处的各种阻抗（具体钢轨阻抗下节讨论），如下图所示。Zg钢轨轨条本身阻抗 Zd钢轨导接线阻抗Zdj导接线与钢轨间的接触电阻 Zyj鱼尾板与钢轨 间的接触电阻ZyjZgZdjZdZg钢轨阻抗构成图在钢轨阻抗（电阻阻抗下节讨论）构成的各个元素中，各联接处的接触电阻随着接触面的大小，清洁程度、接触压力等因素也会改变。它在整个接头阻抗中占主要成分，在直流和低频交流时，不易精确计算，实际上钢轨阻抗只能通过多次实际测量来确定，我国目前采用的单位钢轨阻抗标准值见下表接续线型式电源种类钢轨阻抗（欧母/km）区间车站塞钉式（接续线直径为52）交流（50HZ）1.01.2直流0.60.8焊接式（0.508719）交流（50HZ）0.80.8直流0.20.2焊接长钢轨交流（50HZ）0.650.653、轨道电路的划分与绝缘布置轨道电路的划分就是确定轨道电路的范围，利用轨道绝缘节（包括机械绝缘和电气绝缘）来划分区间轨道电路的划分：区间轨道电路的极限长度是根据不同的轨道制式来确定的，如移频为2.2km,直流无极电冲为3km等，但无论那一种制式，都应保证列车停车时要有足够的停车制动距离，根据技规规定“两架通过信号机间的距离不得小于1200米，当采用8分钟列车追踪运行间隔时间，在满足列车制动距离及自动停车装置动作过程中，列车走行距离的要求时，可小于1200米，但不得小于1000米”。站内轨道电路区段的划分站内轨道电路区段的划分，首先要保证轨道电路的可靠工作，并应满足排列平行进路和不影响作业效率为原则。电气集中车站，凡有信号机防护的进路中道岔区段与股道，以及信号机的接近区段，均应装设轨道电路，用以反映进路和接近区段内是否空闲和车辆所在的位置，并满足提高站内作业效率的要求，站内轨道电路的具体划分原则有以下几点：a、信号机前后应划分成不同的区段，凡有信号机的地方均设有轨道绝缘，其前后为两个不同的轨道电路区段。b、凡能平行运行的进路，其间应设轨道绝缘隔开，渡线上的绝缘，及能构成平行进路的前后道岔，中间都应装设轨道绝缘。c、每一道岔区段的轨道电路内所包括的道岔数不得超过三组，交分道岔不得超过两组。这是因为道岔太多了，轨道电路分支漏阻影响大，不易调整。d、在站上，有时为了适应列车通过道岔后及时使道岔解锁，为排列新的进路创造条件，要将轨道电路区段划短，以提高咽喉通过能力。e、轨道电路的两组绝缘，应装设在同座标处，也就是要求并置，当不能设在同一座标处而需要错开时，就会出现“死区段”。若有列车轮对在“死区段”内时，轨道电路是不会被分路的。“死区段”是轨道电路的又一个重要关切的问题。这是因为在“死区段”中，两条钢轨所接的电源极性不同（或频率不同），列车占用时不能明确反映轨道占用情况，也就是不能压红轨道电路；另一种情况是两条钢轨的电源（或电路）不能构成有效的闭合电路（比如两个不同的轨道区段），同样使轨道电路不能明确反映列车占用情况，也视为“死区段”，如下图1：另一区段大于18米死区段视为死区段图1 轨道电路“死区段”示意图2.5m维规规定“轨道电路的两钢轨绝缘应设在同一坐标处，当不能设在同一坐标处时，其错开的距离应不大于2.5米”。之所以这样规定，是为了防止轨道电路的“死区段”上有小车时，检查不出来，因为据查，两轴守车，轴间距最小是2.743米，“死区段”如果大于2.5米，达到或超过2.743米时，两轴守车就正好掉入此“死区段”时，轨道电路就对它失去检测了。维规4.1.8c又规定“两相邻死区段或与死区段相邻的轨道电路一般不小于18米”（见上图1和下图2a）：1图2a “死区段”示意图大于18m2.5m死区段234死区段之所以规定不小于18米，是因为据查最长车体为双层客车，其第二轴与第三轴之间距离是16.3米，其铸钢侧架曲梁式转向架最小轴距为2.4米（见图21），定距（有转向架的车辆，底架两中心销或牵引销中心线之间的水平距离）为16.32.4=18.5米，这样当的车体正好进入两相邻16.3米或小于16.3的 “死区段”时，由第一轴、第二轴与第三轴、第四轴构成的两个轮对区内有可能正好进入两个“死区段”里，而得不到检查，（如下图2b中），所以维规要规定两相邻“死区段”间隔不能小于18米，以满足各种机车车辆的最大定距。 416.3m的轴距3小于18m时2.5m21图2b 小于18米的车体在“死区段”内的示意图1维规4.1.8c还规定，“当死区段的长度小于2.1米时，其与相邻死区段的间隔或与相邻轨道电路之间的间隔允许小于18米，但不得小于15米”。这是因为当“死区段”小于2.1米时，虽然一般最长车定距有18.5米的，有可能跨越两“死区段”，但定距超过18米的车体（见图21）其转向架均大于2.4米，车轴区在“死区段”内根本放不下；而转向架小于2.1米（转向架最小为1.65米）的车体，定距则没有超过17米的，此类车体定距即便是17米，其第二轴与第三轴间距也只有171.65=14.9米，也就是说这一类车车轴区即使进入了“死区段”，车体也没有足够的长度跨到另一“死区段”（见下图c2）。所以在“死区段”小于2.1米时，允许两相邻“死区段”间隔小于18米、大于15米是完全可以保证列车安全的，小于15米时，列车就可能跨入两相邻“死区段”了。134第二“死区段”图2c 长车体在“死区段”内的示意图22.1m定距17m的车体死区段15m时2第一“死区段”3.088米4321939880105467124002400265761800025500图21 YZ25G型空调硬座车主要结构尺寸图 f、当轨道绝缘安装于警冲标内方小于3.5米处的位置时，称为“超限绝缘”或“侵限绝缘”。之所以要小于3.5米是因为我国的各种车辆中第一轮对（或第四轮对）中心至本侧车箱尾端的距离最大的YZ25G型（见上图21红线所示）这一距离为3.088米，车底最多的YZ22也有2.638米，新型双层客车这一距离则更长，为3.207米，加上车钩缓冲行程83mm之后，这一距离为3.290米，也就是说在最未车轮刚刚进入钢轨绝缘时，其尾端仍能越出绝缘3.290米，离3.5米的警冲标距离仅仅为0.210米，如果钢轨绝缘小于3.5米，车辆的车钩以及车体极有可能侵入邻线限界，所以要规定不得小于3.5米，实际设置距离应为3.54米才能保证车辆走行安全。另外，相邻两组道岔的警冲标之间的距离不足7米时，安装于其间的分界绝缘不可能满足上述要求时，也称为侵限绝缘。如下图所示，7米时为侵限绝缘g、在轨道电路内的轨距杆、道岔连接杆、道岔连接垫板、尖端杆、各种转辙设备的安装装置和其它具有导电性能的连接钢轨的配件均应装设轨道绝缘。四、无分支轨道电路和有分支轨道电路的切割问题道岔轨道电路的道岔绝缘的两种安装方法。如下图a1和a2所示的道岔绝缘安装在钢轨直股上的为“直股切割”；下图中b1和b2所示的道岔绝缘安装在钢轨弯股上的为“弯股切割”。RDDBZ4DGJBZ4RDD车体图a1 直股切割图上图中，轨道电流能检查跳线DGJRDDBZ4RDDBZ4车体图a2 直股切割图上图中轨道继电器线圈的电流不经过跳线，这就是道岔电流不能检查跳线。不能检查跳线的，在跳线断时，分支轨道上有车将不能反映，所以要用两根跳线，作为断线保护，下图b1和b2中为同样道理RDDBZ4DGJBZ4RDD车体图b1 弯股切割图BZ4RDDRDDDGJBZ4车体图b2 弯股切割图道岔绝缘，可以装在直股，也可以装在弯股，但在自动闭塞区段的中间站或正线装有机车信号的电气集中车站上，因机车信号的关系，道岔绝缘必需都放在弯股上，以接通发码电路，便于机车信号的传输。对于非自动闭塞区段内的中间站上，可把道岔绝缘放置在弯股上，以延长轨道电路的使用年限，方便维修。五、轨道电路的极性交叉1、极性交叉的定义和要求目前，我国所采用的轨道电路，大部分都是以轨道绝缘分割的。绝缘两侧，要求轨面电压具有不同的极性（直流）或相反的相位（交流），即轨道电路要“极性交叉”。站场平面示意图上，接通电源正极的轨条用粗线表示，接通负极性的则用细线表示。采用交流供电时，粗细线代表两种相差180度的相位，由假定的正极与负极构成，一般称为GJZ和GJF。交流或直流供电的轨道电路，在轨道绝缘的两侧，都要按极性交叉的原则进行配置。目的是要遵循：“故障安全”的原则。闭路式轨道电路“故障安全”原则要求，在发生故障时，设备应自行转向安全的位置，即轨道继电器衔铁应当可靠地处于落下状态。2、极性交叉的作用轨道电路如果不按“极性交叉”的要求来配置极性，当相邻两区段中有一个区段为轮对所占用时，则在绝缘破损的情况下，经破损处电流在两个区段形成的回路（由于存在电势差，下一节讲）中串电流将使相邻两区段发生电流相加的现象，见下图1GDGJBZ4BZ4RDDRDDBZ4RDDRDDDGJBZ4车体3G破损处占用区段虽然处于分路状态，但由受端与占用列车构成的电路是并联电路，受电端仍然能接收到部分电流，轨道继电器就会在串电流的作用下有可能保持在吸起状态，这是不安全的。按照“极性交叉”来配置后，则在绝缘破损的条件下，轨道继电器线圈中的电流就呈现相抵（即相减）状态，（见下图），在有车占用状态下，串电流将占用区段剩电流全部抵消，使占用区段轨道继电器不可能吸起。1GDGJBZ4BZ4RDDRDDBZ4RDDRDDDGJBZ4车体3G破损处两个轨道区段都处于空闲的状态下时，绝缘破损后，由两个轨道区段提供的电源向轨道继电器输送的电流相反，只要调整得当，两区段的继电器衔铁也都会落下，以实现“故障-安全”原则。 由交流供电时，产生的结果和直流供电时的情况一样，也是相加或相减的关系。不同的是，交流供电的轨道电路是以相位交叉防护配置的。有些类型的轨道电路，象交流计数电码轨道电路和移频轨道电路等，尽管也都是属于交流供电的范畴，但由于电路设计中的特殊情况，而无法构成极性交叉。对这一类电路的轨道绝缘破损时，相邻的轨道电路也会串通而互相送电（移频电路里讲）。为防止可能出现的恶性后果，采用另一种防护措施，方法是：在相邻轨道电路发送不同周期的电码信息，用不同的频率来加以区分，如移频轨道电路包括UM71、UM2000等轨道电路就是这样的。三、站内轨道电路的配置与极性交叉的方法和步骤目前， 我国铁路上站内轨道电路，大多数是交流（工频）轨道电路。极性交叉是这种电路必需遵循的原则。在无分支的线路上，要配置极性交叉比较简单，只要依次变换相邻轨道电路上的供电电源极性，就可以达到目的。在车站上，有分支的线路上，要配置极性交叉就有困难，分极绝缘（道岔绝缘）配置在道岔的直向与侧向（直股与弯股）是不同的。配置这样的轨道电路极性交叉，开始从某一端作起是能够作出的，到最后一段就有可能达不到极性交叉的目的了。所以，应该有一个正确的配置方法，以下图为例，介绍具体配置方法与步骤。64231图1 车站轨道电路的划分1、根据车站单线平面图，按照信号工程的要求及原则画成单线平面图。把股道和道岔区段用绝缘分隔开来，以构成各自独立的轨道电路区段，道岔绝缘划在哪一侧都可以。2、划分网孔回路将图中道岔绝缘处的锐角，在道岔绝缘的后面用线划圆角，如下图红线所示，就形成了多个网孔回路。为道岔绝缘非网络分隔绝缘 绝缘64231图2 车站轨道电路的绝缘节位置设置3、判别根据前面划出的网孔回路，现在就可以判别出第一步中所划定的道岔绝缘位置，能否达到极性交叉的目的。上图2中两个闭合的回路（网孔）和，当回路中的轨道绝缘为偶数时，说明极性交叉正确，为奇数时，则为不正确。（被红线圆角隔开的绿色的道岔绝缘不应计入）。由上图2可看出。图中和两个回路内，一个有五组绝缘，另一有四组绝缘（严格地讲，单线图上的一组绝缘，实际上是代表着双线布置图中的两组绝缘，奇、偶数问题是指单线图而言的）而第一个回路中轨道电路是奇数，所以不能实现极性交叉配置的要求。其原因可以用下图a说明。图a1 偶数图a2 奇数图a 闭合回路内极性交叉的原因图上述的闭合回路可以看作是一个闭合的圆环，如按偶数分段即单线中的轨道绝缘为偶数，是可以做到按正、负极性交替来布置，如果按奇数来分段，那就实现不了极性交叉的关系了。在上述回路中，如果将6号道岔的轨道绝缘不放在直向位置而放在渡线上时，在回路中仍旧是四组绝缘，在回路中就有六组绝缘（偶数）了，因而可以实现极性交叉的配置。由上述分析可见，对于轨道绝缘为奇数的回路，通常都可以利用挪动道岔绝缘位置的办法。使之达到偶数。在车站线路比较简单的情况下，或没有特殊的要求时，要作出极性交叉并不难。但有时因站形复杂，各回路之间又会互相牵制，或因区段上装有机车信号等设备的原因，道岔绝缘不允许装设在正线上时，就可能使回路的绝缘只能是个奇数，从而无法实现极性交叉。对于现在无法配出极性交叉的情况，而还要达到极性交叉的目的，也可采用“人工极性交叉”方法，如下图所示送电端受电端图 轨道电路的人工极性交叉由此图可见，在只有奇数轨道绝缘的闭合回路中，选择适当的地段，增加两组绝缘和连接线，把轨道电路极性颠倒过来，这实际上就是在单线的平面图内，使奇数的闭合回路变成为偶数。4、画出双线轨道电路极性交叉图单线平面布置图内，各闭合回路的轨道绝缘，都调整为偶数以后，说明极性交叉的要求一定能够满足，可以根据单线图，画出双线图。如以上图2为例，先画出双线平面布置图，再用粗、细线条代表正、负极性，然后由车站的一端向另一端按极性交叉的要求配置，就可以得出极性交叉配置图。四、极性交叉的实际运用效果的分析极性交叉的作用，是要在绝缘破损的时候，相邻轨道电路的轨道继电器衔铁都能够可靠的落下，以实现“故障安全”原则。但在实际的工作条件下，即使按“极性交叉”的原则配置，也未必能做到在绝缘破损时，轨道继电器都会可靠的落下。其原因首先是由于各个轨道电路的送、受电端，不能按照理想的要求排列，再加上轨道电路的长短不一，使得在绝缘两侧的两个轨面电压值，难于完全相等，所以绝缘破损后，“故障安全”要求，就往往不易满足。当轨道绝缘的两侧，都是受电端时，两侧轨道电路如果调整得当，绝缘节两侧的轨面电压可能会大致相等，则在轨道绝缘破损后，该处的两个轨道继电器都会落下；如果调整不当，或因两轨道电路的具体条件（如长度及分支等原因），致使绝缘两侧轨面的电压不等，或送电端虽然反相，但经线路传输后相位相差未必180，在相差颇为悬殊的情况下，一但绝缘破损，总的轨面电压虽然会相减，但相减之后，仍可能有一个比较高的电压值，这个数值也许足以使轨道电路衔铁保持在吸起的位置；如果两侧分别为送电端，两侧的电压就更难一致。因此，要达到“极性交叉”的要求，还必需使各轨道电路的送、受电端的位置适宜，并把各轨道电路的供电电压调整得当。第二节 轨道电路相关问题分析一、轨道电路相关电工知识我们常讲的电路是一些简单的理想电路，不掺杂任何干扰和外在因素的电路，所构成的电路是由独立的元器件或合成的块电路构成，因而分析起来相对容易，但对于轨道电路来说，其电路所掺杂的外界因素很多，甚至有些因素至今仍不能完全解析清楚，因此对于分析轨道电路必需掌握电工的某些知识。这一节我们就轨道电路相关的一些电工知识从轨道电路入手以目前朔黄线所大量使用的25HZ相敏轨道电路为重点加入其它的部分轨道电路作为参考对象来择重说明。1、电路分析轨道电路必需具备的电路理论，除电路的基本物理量外，还应掌握部分元器件的特性、作用，部分电源的特点、部分定律的应用和计算方法。基本物理量：基本物理量分为两大类：基本变量和基本复合变量，其中基本变量有四个，即电流、电压、电荷、磁通。基本复合变量有两个：电功率和电能。电荷：是物体或构成物体的质点（质点是物体运动状态时，不考虑物体的大小和形状而认为它只是有质量的点）所带的正电或负电。电荷是一种现象，到现在仍然没有一种理论能预言电荷能象质子、电子和U介子等以基本粒子存在，只有在现代量子物理学中才能解释，因此，电荷的单位是不能用电荷本身的概念来确定的，我们现在看到的电荷的单位是从电流的单位导出来的（定义为：如果导线中有1安培的恒定电流，则在1秒钟内流过此导线中任一给定截面的电量就是1库仑。用符号表示为q=it，q代表电荷，i代表电流，t为时间常数），这就是我们常常见到在很多应用领域为什么称电荷为“单位正电荷或单位负电荷”的缘故。电荷在物质内部是能自由运动，但只限定在导体中，在绝缘体中电荷是不能移动动的；在金属中也只有负电荷才可以自由运动，正电荷是不动的，正电荷只有在特定的环境下才能运动，比如在电解液中。金属中电荷的携带者是自由电子，在绝缘体中，由于电子数量非常少，原子核最外层电子层结合紧密，受原子核束缚很大，外层电子处在原子核高能量能带中，电子穿越能带很困难，并且构成绝缘体的原子是以晶体结构存在的，电子脱离晶体结构是非常不容易的，因此不导电，但不是纯粹不导电（因为自然界不存在绝对的绝缘），在外力（电场力即电势或电压）的强作用下，绝缘体也会导电，叫做绝缘击穿。比如，电容内的绝缘在额定电压下是绝缘的，但将电压一直提升，就会将电容内绝缘介质击穿，从而导电。我们讨论电荷是因为自然界电荷是无处不在的，只要有电场力或电势能对电荷作用，电荷就可能会在任何地方形成电流，如果这种电流正好是出现在我们所要研究的轨道电路中，那么就会对我们的轨道电路形成影响，这在我们现场的轨道电路中是非常普遍现象。现场的轨道电路中既存在电容击穿，又存在电荷非金属（实际上已经形成或正在形成导体或半导体性质）内转移，比如对于某些临界短路点，轨道电压在正常时或许可以工作，但在受到外界影响使电路结构改变，电荷能移动时，故障就可能出现了；再比如，道床在正常状态下，两轨间道床是“绝缘的”，但在某些情况下像下雨，在雨水中电荷就能在轨道电路的电势作用下顺利通过，从而造成红光带，UM71轨道电路就受这种情况影响。电流：单位正电荷的定向移动形成了电流。金属导体内电子的运动是自由运动，没有形成有规律的运动，它不是定向运动，必需要有外力来引导电子作定向运动，这个引导工具就是电势差（或是电压），电势差越高，电子移动速度越快，传输能力也就越强，这就是为什么发电厂送出来的电要以高压的形式往外传输，一方面要使送出来的电形成定向运动，另一方面就是让电子流能最大限度地克服导体电阻力，加快传输速度，以便使其传输地更远。在轨道电路中，提高轨道送电端电压可以让濒临界面的轨道继电器不掉下，或者吸起，就是利用加速电流运动的方法迫使电子流突破阻碍点（或分流点）送入室内，使室内的有关继电器保持不落或吸起，但是，这里有个问题，就是，任何运动都具有发热现象，电子的运动也具有发热现象，在导体横截面一定时（也就是电子流通流带一定），其电子的加速运动必将使导体发热加速，电子流越大，发热越快，除非增加导体横截面，让电子通过空间加大，如果不能做到增加横截面，那就可能会出现电子流流经路径中通流带小的地方被烧损，比如保险，细的芯线等，所以十二严禁为要什么规定“不能盲目用提高轨端送电端电压的方法来处理故障”也就不难理解了。电势：我们知道，物质是由分子构成的，分子是由原子（质子、中子和核外电子）组成的，通常状态下原子核力束缚着电子的电能力，使物质不显电性，这也就是说，要想让电荷在任何地方移动，必需借助一定的外力，这个外力应用到我们电路学中就是电势。势，是一种趋向，物质只有有了势，才能运动，水从高山上流下是因为存在重力下产生的水势，飞机从地面升空是因为借助了机械能产生的冲势，这也就是说势是在某一线性趋势中存在的能力差。电场中任意两点间所存在的电能力差就是电势差。电势差可以是正值、负值或零，这要区别是以什么方向什么点为参考点的。在电路学中电荷在电场中由任意点A移动到另一点B时，外力，也就是电势差所做的功用焦耳/库仑（W/q）来表示，为便于使用，国际中常用伏特（符号V）来表示1伏特=1焦耳/库仑。如果将点A做为参考点时，则电荷由A移动到B点电场力所做的功为VAB=VB-VA 即 VAB= VB-VA =WAB/q=V 电场中电势相等的点的轨迹叫做等势面，因为电势差为零，所以在等势面上任何两点间的电荷移动时不须要电势差，也就是外力不需要做功，由公式VAB=VB-VA 也可以看出VB=VA时WAB必定为零。在轨道电路中到处存在着电势差，这些电势差有些是对轨道电路起正面作用的，有些是起反面作用的，这就要求我们在维护轨道电路或者在分析、处理轨道电路故障时要考虑各种电势差的具体影响。比如，轨道电路送端与受端的信号电势差是正面的；牵引电势差则是负面的；钢轨间推动电荷流动的电势差是正面的，钢轨向大地的电势差就是负面的了。凡在我们轨道电路大回路与小回路间只要存在电势差就有电荷通过，也就是有电流通过，在实际运用过程中，我们往往忽视了轨道电路中的某些支节处的延伸电路，而致使处理故障时不能迅速排除故障，延误列车。下面是在电化区段常见的轨道电路中的几种形势，图中虚线所示是各种轨道电路调整状态下的电流流经路径，由图中我们可以看到，所有的道岔区段的轨道电路都有延伸电路，延伸电路的尽头处（黑箭头所示），从感官上甚至会觉得不会形成有效的闭合路径，尤其是在现场视觉参照角度局限的地形上将更难以分辨，以至于往往被忽视，但信号电源电势差无论从原理上还是实际上都是存在的，当然也是信号电源的必经之路；这些地方道岔跳线多，钢轨结构复杂，是故障多发地点，对于这些地方，在处理时应是必查之处。延伸区段道岔跳线假设送、受电端假设去电流径路假设回电流径路图1 单开道岔的电流径路图死区段延伸区段图2a 交叉渡线切割后的电流径路图延伸区段图2b 交叉渡线切割后的电流径路图延伸区段延伸区段图3 复式交分道岔的电流径路图电压：是电势差作用下产生的一个物理几何常数，是将电势差WAB/q这个比值当作一个常数比来使用。由奥斯特电磁原理我们知道，在通电导体周围会产生磁场，即电场，电荷在电场中运动时，受电场的电磁束缚，会存在一个约束力，要克服这个约束力，就必需借助外力来抵消这个电力，这个外力的大小与电力相同，方向与电力相反，因此电荷在导体内移动时，电场力就要对电荷做功。由此，我们可以看到，移动的电荷越多，电场力需做的功相应的也会越大，反过来也就是说电场力所做功的大小与移动电荷的多少成正比。若电荷表示为Q，电场力为F，电磁强度为E，电荷由磁场中a点移动到b点距离为l时，则，电场中由a点移动到b点，电场力所做的功为：Wab=Flab=QElab 由于电场中电磁强度E和电荷由磁场中a点移动到b点距离l是一定的（我们认为是），那么电场功W自然是随着电荷Q在变化，由此可知，将Wab/Q作为一个比值时，这个比值是一个恒定不变的常数，这个常数就是a、b两点间的电压，用字母表示为： Uab=Wab/Q如下图（a）：QbaRRilabEQabEUab(a)均匀电场中电场力对电荷作功图（b）导线中电场力对电荷作功图同理，在电路中如上图（b），单位正电荷Q从A点移动到B点电场力（即电源）也要做功，并且移动电荷越多电场力做功也越大，这个功与电荷的比值也就是电路中A、B两点之间的电压UAB。实际上我们可以看到，电压与电势差是一回事，都是研究电场力对电荷做功的，只不过是电压是侧重于研究做功的比值，电势是侧重于研究做功的方式而已。 我们研究电压的目的就是因为在轨道电路中经常要使用电压来测试与分析电路状态，日常测试我们要用电压来衡量轨道电路的工作状态；处理故障时我们要用电压来分析查找故障点；比如在轨道电路正常时（即调整状态时）电路中电荷在A点向B点移动时见下图RDDBGRxEEACDGJBGRDDFBD电压在电路中不同点的做功效果图如果电压是xV，电流是yA，这是候我们认为以BG130/25变压器和可变电阻Rx（视作电源内阻）为电场，所产生的电场力在轨道电路中由A到B所做的功是符合电路要求的有利的功；如果轨道电路由E、F间发生短路，这时，我们在轨道电路上将测试到 A、B点的回路电流将增加，电场对轨道电路做的功也将相应的增大，电场力在强电流的电路中会寻找做功的对象，此时因外电路变为短路，因此电场力将对其内电阻做功，来释放能量，这就是为什么在钢轨短路时，会将电压压在可变电阻上的原因。此时，变压器在强流状态下进入磁饱和状态，损害变压器寿命；变阻器在长期的强做功下也会发热，如果变阻器调整得不标准或太小，就会对变压器造成更大的损害，这就是变阻器为什么不能调整得过低的其中的一个原因，（有三个原因，其余两个在后面叙述）；如果在C、D点被短路，那就简单了，与E、F点短路相同，电源（电场力）由于C、D点的短路已经在对它的内电场（BG130/25变压器和可变电阻Rx）做功了，A、B点只是做为C、D点的并联短路点而构成的一个分流分支而已，并且因A、B点位于C、D点的外方，经过钢轨阻抗的分压后，A、B点此时的电压降还不如C、D点高，因此电压、电流都会比C、D点低得多，但对于电源的损害是相同的。电位：电位是在电路中任何一点人为规定的参考点，它在电路中并不存在，规定了参考点后，电路中某点对参考点的电压就叫做该点的电位。我们研究电位是因为在轨道电路中，需要用电位的有关知识对某些复杂的故障进行分析。比如在分析轨道电路被牵引电流烧损故障时，就要清楚接触网的纵电势是否存在。我们知道，大地是常做为参考点来考虑的，但是请同志们注意，大地并不是全部的所谓“零电位”，车站站场在牵引电力地线、接地网、高压变压器接地极、以及信号、通信等各种设备的防雷地线、安全地线组成的繁杂的地线群中，存在着地线埋深不同，接地点土质不同，接地体的不同而形成的各种接地电势差，这种电势差在牵引电路闪络、电路因故放电等因素的作用下会使各种地线之间形成危害很大的感应电势，足可以击穿绝缘、烧损设备，在历年来的接触网烧损扼流变、轨道电路设备的故障中，此类故障也占有一定的比例。因此，信号设备的接地体及可能受到牵引电势的危害的处所就要检查相关接地体的电位差，尽可能使各种地线处于同一电位，减小危害。再比如，在查找轨道电路半接地或低电压故障时，也要利用大地电位和设备各部件间不同的电位来进行对比测试；在轨道电路的其它故障中也要用不同点的电压来对比、衡量各部分的正常电压值；比如我们可以测量钢丝绳上的电压降，也可以测量螺丝间的电压降等等来查找轨道电路故障。另外，在日常分析某一点轨道电路故障时通常也要使用电位来分析。电动势：是能够维持电势差的电磁器件。电动势是既可以以单独的形式存在，也可以以电路的形式存在的，这就是说单独存在与电路存在均可以在其上面测试出电势差来，即可以测试出电压来。因此可以说任何能测试出电势差的储存有电荷的器件均是电动势（电容暂不作为研究范围）。电动势既然能维持电势差，就可以对通过它的电荷做功，这在我们讨论电势时已经讲过。可以看出电动势同电势与电压一样，都是研究电场力做功的，因此电动势的单位也是伏特（即焦耳/库仑），但不同的是电势是研究电场力做功的方向的；电压是研究电场力做功的比值的；电动势研究的是电场力做功时电能能量转换过程的。在闭合电路中，电动势对电荷携带者做功，在其内部一定就有了能量的转换，此时的做功是在整个电路中进行的，包括它自身的内电阻。如下图所示 电动势方向REiiiB电流方向电动势