軌道電路和計軸設(shè)備差異性研究

李斌

（南昌軌道交通集團有限公司運營分公司）

摘 要： 伴隨國民經(jīng)濟發(fā)展與改革步伐的加快，為解決日益增加的交通緊張問題，我國的各大城市均已掀起了轟轟烈烈的軌道交通建設(shè)狂潮。本文通過講述軌道電路及計軸設(shè)備在軌道交通信號系統(tǒng)中的應(yīng)用；在軌道電路及計軸設(shè)備的對比中，對軌道電路及計軸設(shè)備的優(yōu)勢與缺點進行進一步闡述。

關(guān)鍵詞： 軌道電路；計軸設(shè)備；優(yōu)勢；缺點

1.背景

隨著計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，目前城市軌道交通中最常用的信號系統(tǒng)為兩大類：一類被稱作準(zhǔn)移動閉塞信號系統(tǒng)，另一類被稱作移動閉塞信號系統(tǒng)。前者基于傳統(tǒng)的鐵路信號控制技術(shù)發(fā)展而成；后者的核心控制部分也是基于傳統(tǒng)的鐵路信號控制技術(shù)發(fā)展而成，但在外在的傳輸媒介上更多的采用先進的無線通信技術(shù)。因此二者的最基本的區(qū)別在于，準(zhǔn)移動閉塞信號系統(tǒng)采用數(shù)字無絕緣軌道電路作為ATP信息的傳輸媒介，而移動閉塞信號系統(tǒng)則采用無線天線、波導(dǎo)管、漏纜來傳輸列車控制所需的ATP信息。準(zhǔn)移動閉塞信號系統(tǒng)是傳統(tǒng)信號系統(tǒng)發(fā)展的頂峰，而移動閉塞信號系統(tǒng)更多的體現(xiàn)了現(xiàn)代信號系統(tǒng)的發(fā)展方向與趨勢。

列車空閑/占用檢測設(shè)備作為信號系統(tǒng)的一個重要組成部分，也主要分為兩大類：一類即采用傳統(tǒng)的軌道電路；另一類采用計軸設(shè)備。

2.概述

利用軌道的兩根鋼軌作導(dǎo)體，在一定長度的鋼軌兩端裝設(shè)鋼軌絕緣，中間的軌縫用軌端接續(xù)線連接起來，并用引接線連接電源和接收設(shè)備的電路叫軌道電路。軌道電路是電氣集中、自動閉塞，機車信號和調(diào)度集中等信號設(shè)備的基礎(chǔ)設(shè)備。

計軸設(shè)備可以驗證列車是否完整到達，大大提高行車的安全度。另一方面，有了計軸設(shè)備，就可以由半自動閉塞，改建成大區(qū)間（即區(qū)間不劃分為閉塞分區(qū)，但可劃分為所間區(qū)間）自動閉塞。這就為發(fā)展調(diào)度集中，創(chuàng)造了有利的條件。

3.結(jié)構(gòu)與原理

3.1 軌道電路

在準(zhǔn)移動閉塞信號系統(tǒng)中，普遍采用軌道電路作為列車空閑/占用檢測設(shè)備。一種軌道電路被稱之為無絕緣軌道電路，通常應(yīng)用于城軌的正線；另一種軌道電路被稱之為有絕緣軌道電路，通常應(yīng)用于城軌正線的岔區(qū)和停車場或車輛段。軌道電路由鋼軌、鋼軌絕緣、鋼軌接續(xù)線、軌道電源、軌道電阻器、軌道繼電器組成。

有絕緣軌道電路，當(dāng)相鄰軌道電路的鋼軌連接時，既要有足夠的強度以保證列車運行的安全，又要保證有足夠的電氣絕緣，以實現(xiàn)電氣分割。目前我國均采用尼龍絕緣節(jié)作為分隔設(shè)備。但由于上述元件要承受車輛行走時的 、剪切力，所以很容易破損，這樣電氣隔離性能就會消失。此外，絕緣節(jié)的安裝，給長軌無縫線路的應(yīng)用帶來了麻煩。在軌道電路的分割處，為了安裝絕緣節(jié)要將長軌鋸斷，從而降低了軌道強度，使線路維護工作復(fù)雜化。因此，有絕緣軌道電路對列車運行并不是理想的。城軌系統(tǒng)中，采用最多的有絕緣軌道電路當(dāng)屬50Hz相敏軌道電路。50Hz相敏軌道電路的基本原理如下：50Hz相敏軌道電路在室外的主要設(shè)備為送電端軌道電源變壓器和受電端軌道中繼變壓器等，它們分別置于室外的軌道電路送、受電端變壓器箱內(nèi)；室內(nèi)除需要設(shè)置相應(yīng)的50Hz電源設(shè)備，分別為其送電端供給電源和為受電端的50Hz微電子相敏接收器供給局部電源外，還需設(shè)備相敏接收器和其配套的電路組合，作為受電端的接收設(shè)備，均構(gòu)成軌道電路系統(tǒng)。所采用的50Hz相敏軌道電路典型結(jié)構(gòu)如圖。

無絕緣軌道電路按原理可分為兩大類：

（1）自然衰耗式（無電氣分割點），是利用軌道電路的自然衰耗和不同頻率，以實現(xiàn)相鄰軌道電路進行隔離；

（2）電氣隔離式（有電氣分割點），又稱諧振式，是在軌道電路的分界處采用電容和鋼軌部分電感構(gòu)成諧振回路，并用不同頻率以實現(xiàn)電氣隔離。

3.2計軸設(shè)備

整個系統(tǒng)分室外設(shè)備和室內(nèi)設(shè)備兩部分，其組成框圖如圖所示。

室內(nèi)設(shè)備主要由計軸微機、傳感器發(fā)送、接收電路、動態(tài)繼電器和通道接收、發(fā)送電路等組成。室外設(shè)備則主要由傳感器T1、T2兩個發(fā)送磁頭和傳感器R1、R2兩個接收磁頭組成。兩站間由一對通信傳輸線路聯(lián)系。

計軸設(shè)備的基本工作原理如下：

由室內(nèi)微機向發(fā)送磁頭饋送20-30V的5000Hz等幅信號。發(fā)送磁頭則產(chǎn)生相應(yīng)的交變磁通，經(jīng)電磁耦合與接收磁頭交鏈。于是，在接收磁頭中，感應(yīng)出數(shù)百毫伏的同頻交流信號，該信號經(jīng)電纜回送到室內(nèi)的微機。在沒有列車輪對通過磁頭時，接收信號大小不變。有輪對通過時，則接收磁頭中的信號幅值（或相位）產(chǎn)生變化。

這種變化的信號送回室內(nèi)微機，經(jīng)處理產(chǎn)生與每一通過的輪對相對應(yīng)的計軸脈沖，然后進行鑒別方向和累計軸數(shù)。列車的運行方向不同，則輪對通過兩個傳感器的先后順序不同，由微機鑒別后，確定對軸數(shù)進行累加還是遞減計算。

本系統(tǒng)確定，凡進入防護區(qū)段的輪軸數(shù)按累加運算；凡離去的輪軸數(shù)，則按遞減計算。當(dāng)列車進入?yún)^(qū)間，計軸器對輪軸累加計數(shù)，并進行編碼處理。然后經(jīng)通道傳送給接收站。列車到達接收站，則接收站的計軸器進行遞減計算。

同樣，列車全部通過計軸點后，將總軸數(shù)發(fā)送給發(fā)車站。然后兩站的微機同時對駛?cè)雲(yún)^(qū)間和駛離區(qū)間的輪軸數(shù)進行比較運算，并分別控制各自車站的區(qū)間占用繼電器。僅當(dāng)兩站的微機計軸器運算的結(jié)果都得出區(qū)間的軸數(shù)為零時，兩端的區(qū)間占用繼電器才能同時吸起，從而給出該區(qū)間空閑的表示，否則，該區(qū)間仍將處于占用狀態(tài)。

4.軌道電路與計軸設(shè)備的比較

計軸設(shè)備的特點主要提現(xiàn)在以下兩個方面：

（1）優(yōu)點：列車空閑占用檢測設(shè)備不再作為ATP信息傳輸?shù)妮d體，因此其功能更加單純?，F(xiàn)在大多數(shù)移動閉塞信號系統(tǒng)采用計軸設(shè)備作為列車空閑占用檢測設(shè)備，還可以消除對線路上牽引供電關(guān)于均流點與回流點設(shè)置位置的限制。適用于道床狀態(tài)差、道床泄露電阻過低的軌道區(qū)段；不需要絕緣節(jié)；

（2）缺點：采用計軸設(shè)備作為列車空閑占用檢測設(shè)備，如出現(xiàn)計數(shù)錯誤，則需要進行人工恢復(fù)，必要時還需用列車對室外錯誤計數(shù)的計軸設(shè)備進行恢復(fù)。如果作為站內(nèi)多區(qū)段軌道電路的替代，投資較軌道電路大；電源部分必須可靠確保不因電源瞬間中斷造成軸信息的丟失；無法檢測鋼軌斷軌；由于其它鐵器如鐵等在磁頭上的動作可能造成錯誤計軸。

軌道電路設(shè)備的特點主要體現(xiàn)在以下兩個方面：

（1）優(yōu)點：作為ATP信息傳輸?shù)妮d體，較為安全可靠，在軌道電路中傳輸?shù)腁TP信息不易受到外界的電磁干擾，同時軌道電路的故障恢復(fù)較計軸設(shè)備相對容易。

（2）缺點：采用軌道電路作為列車空閑占用檢測設(shè)備，對鋼軌的依賴性較強，軌道電路在軌道上安裝時對道床的漏泄電阻及其他參數(shù)有一定的要求；對線路上牽引供電關(guān)于均流點與回流點位置的設(shè)置會有所限制。伴隨鐵路系統(tǒng)及城市軌道交通的發(fā)展，無論信號系統(tǒng)采用何種列車檢測設(shè)備，也無論信號系統(tǒng)的外在形式發(fā)生何種變化，我們都將給予信號系統(tǒng)前所未有的關(guān)注。

5.結(jié)語

綜上，兩種設(shè)備都是比較成熟的技術(shù)，都可以用于移動閉塞的后備模式，基于兩種設(shè)備的重要特點，軌道電路較適合于準(zhǔn)移動閉塞，計軸設(shè)備則更適合于移動閉塞，對于新建線路則可以根據(jù)線路特點，使用環(huán)境及投資情況進行選擇。

參考文獻

[1]城市軌道交通信號與通信系統(tǒng) 吳汶麟 中國鐵道出版社 2003.

[2]計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)技術(shù) 趙志熙 中國鐵道出版社 2003.