第一章 绪论
1.1研究意义
铁路是国民经济的大动脉、全国沟通联系的纽带。与其他运输方式相比，铁路运输具有运量大、成本低、速度快、安全可靠、能全天候运输等众多优势。铁路信号设备是铁路主要技术装备之一，在保证行车安全、提高运输效率等方面起着不可代替的作用，它装备水平和技术水准是铁路现代化的重要标志。
我国铁路在建国前采用的轨道电路传输信息少，分布也极不平衡，建国后从50年代中期开始，轨道电路技术在我国有了长足的发展，不仅传输的信息量增加而且它的使用已遍及全国铁路各线，构成了我国铁路信号技术发展的基础。 利用轨道电路可以自动检测列车、车辆的位置，控制信号机的显示；通过轨道电路可以地面信号传递给机车，从而可以控制列车的运行。轨道电路是以铁路 线路的两根钢轨作为导体，两端加以电气绝缘或电气分割，并接上送电和受电设备构成的电路。
铁路运输巷高速、高密、重载发展需要现代化的信号设备，计算机技术、网络技术、现代通信技术的发展为铁路信号构筑了实现现代化的平台。铁路信号现代化越来越成为铁路现代化的重要标志和主要内容。铁路现代化的方向是数字化、网络化、智能化和综合化。综合化
随着列车的大面积提速，列车的运行运行对自动化控制的依赖性更高。轨道电路的作用是否良好、安全、可靠尤为突出，同时随着高速列车的运用，机车信号逐步向主体化信号过渡轨道电路近几年频繁发生故障。中华人民共和国铁路行业标准《轨道电路通用技术条件》中轨道电路定义为：利用铁路线路的钢轨作为导体传递信息的电路系统。工频交流连续式（JZXC-480型）是最常用的站内轨道电路，逐渐的被25HZ相敏轨道电路所代替，加快了数字轨道电路及配套技术的研究。
1.2 国内外研究动态
1.2.1 国内发展情况
铁路最初的雏形是没有轨道电路的，但随着列车数量的增加和运行速度的提高，火车事故率开始飞速增加，不能明确反映列车空闲与占用股道是导致是导
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致火车事故频发的主要因素。1924年，我国首先在大连——金州间，沈阳——苏家屯间建成自动闭塞，采用了交流50Hz二元三位式相敏轨道电路，这是我国最早采用的轨道电路。铁道部科学研究院从52年起便开始研究电冲轨道电路。从1925年开始，在长大线主要车站修建了电气集中联锁，轨道电路用的是N-8型交直流轨道电路和二元二位式轨道电路。交直流轨道电路装在站内道岔区段上，这是我国最早使用的一种交直流轨道电路，它的器件是日本产品。1969年利用安全型继电器设计的JZXC-480型交直流轨道电路，。这种轨道电路实质上是交直流轨道电路，电源是交流电，钢轨中传输的是交流电，而轨道继电器为整流式。与交流轨道电路相比，无需调整相位角。但存在很多缺点，如道床电阻变化适应范围小，极限传输长度短，分路灵敏度低，防雷性能差，形成雨天“红光带”和分路不良等影响行车的情况。
为了解决在继电半自动闭塞区间自动检查列车是否完整到达，铁道科学研究院参照苏联和日本25Hz轨道电路的工作经验，开展了25Hz长轨道电路的研究，最后得到了广泛的运用。25HZ相敏轨道电路使用于钢轨内连续牵引总电流不大于800A，钢轨内不平衡电流不大于60A的交流电气化牵引区段站内及预告区段的轨道电路；无电力机车行驶的区段可采用无扼流变压器的轨道电路；在最不利的条件下，轨道电路轨道线圈上的电压应不大于50V,调整和分路时的有效电压分别为不小于15V和不大于7.4V；在频率为50HZ、电源电压为160~260V范围内、道床电阻最小值不小于0.6欧姆2km，钢轨阻抗不大于0.62’42°Ω/km时，极限长度范围内能可靠地满足调整和分路检查的要求，并实现一次调整。
我国为了解决与自动闭塞相配套的机车信号和得到较好的轨道电路传输特性，轨道电路为了防止牵引电流干扰，采用了75Hz交流计数电码轨道电路。
UM71型轨道电路是我国引进法国的一种轨道电路制式。这种轨道电路是利用并联 在钢轨两端的LC谐振槽路和一小段钢轨电感利用相邻区段发送不同频率，构成的电气绝缘节。它不但可以检测列车，而且可由钢轨线路向超速防护系统发送速度级别信息。UM71轨道电路采用的是谐振式无绝缘轨道电路，由设在室内的发送器，接收器，轨道继电器和设在室外的调谐单元、空心线圈、带模拟电缆的匹配变压器及若干补偿电容组成，载频1700、2000、2300、2600HZ,频偏+11HZ,低频从10.3至29HZ每隔1.1HZ呈等差数列共18个。UM71型轨道电路产生18种“TBF”低频信号；产生4种“fｃ”载频的移频信号；使移频信号有足够的功率载频选择较高对防止牵引电流的干扰有利，并便于实现无机械绝缘的轨道电路。而由此带来的不利影响是，为了保证在最低道床电阻时轨道电路有足够大的长度，需要在轨间添加补偿电容，以满足传输特性一次参数R、L、C、G之间的平衡关系。UM71型轨道电路的最大长度约为2km。
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ZPW——2000A型无绝缘轨道电路是在法国UM71无绝缘轨道电路技术引进及国产化基础上，结合我国国情进行提高系统安全性、系统传输性能及系统可靠性的技术再开发。ZPW－2000A无绝缘轨道电路换装施工是全路第五次提速调图工程中最重要、最紧迫的信号工程，此次工程要求高、任务重、工期短，而且全路没有现成的开通测试项目及经验。通过对ZPW－2000A无绝缘轨道电路开通、维护测试，我们认为该轨道电路技术指标的测试调整是开通过程中最关键的一个环节，也是日常维护工作中最重要的一个环节。ZPW——2000A无绝缘轨道电路在轨道电路传输的安全性、传输长度、系统的可靠性以及性价比、降低工程造价等方面都有所提高。2002年10月17日至今，该系统对适用于地下铁道短调谐区ZPW2000A型技术方案进行了运用试验，情况良好。ZPW-2000A型无绝缘轨道电路由较为完备的轨道电路传输安全性技术及参数优化的传输系统构成。国家知识产权局已受理了有关“钢轨断轨检查”、“多路移频信号接收器”......等八项专利，成为我国目前安全性高，传输性能好、具有自主知识产权的一种先进自动闭塞制式，为“机车信号做主体信号”创造了必备的安全基础条件。 1.2.2 国外发展情况
日本新干线轨道电路采用的是ATC系统。为保证高速安全地行驶，列车必须随时与前方行驶的列车保持一定的距离，以保证行车的安全。在车站的停车、弯道、道岔等处也需要进行速度的控制，在这些情况下，司机以确认信号的方式进行速度控制会出现许多问题。日本轨道电路采用的是ATC型数字轨道电路。数字ATC轨道电路是按故障-安全原则设计，采用冗余技术（车载ATP为计算机2取2系统，轨旁ATP为3取2计算机系统）。这套系统的可靠性和安全性高。信号不再用数字表示，而是直接用数字显示速度以及运行前方一定区间的线路状态，列车正常运行时，完全由控制中心的安全空闲系统控制，保证了列车运行的安全性。新干线列车初期就采用了ATC装置对列车进行速度控制，如果列车速度比信号速度快时，将会自动对列车进行制动；当列车速度降至信号速度时，制动就会自动取消。该系统基本功能就是优先考虑枷器控制，但是对于发车、加速、时间调整及车站停车以及从30km/h到停车地点停车操作是根据司机的半段来进行的。
在山阳新干线上，ATC装置通过导轨将信号送到列车，列车接到信号以后，将其显示于驾驶台上，270、230、170、120、70、30、0等表示各种速度信号，0为停车信号，其中270、230、170、30、0作为基本的速度级使用，而120、70、则用于弯道、道岔、施工现场等处的速度控制信号日本目前是采用ATC轨道电路进行信号传输，这是一种步迸式的控制方法,按地面上指示的速度区间分阶段地进行减速，因此乘车舒适度手到影响。另外从接收到制动命令，到实际开始制动
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的时间延迟以及在各速度限制区预留了富裕差距使车辆的运行时间发生浪费。而且各速度限制区的允许速度是按照制动性能最差的车辆来决定，使得性能好的车辆延长了运行时间日。为了解决这些问题，日本开始开发了数字ATC，在轨道电路中连续传送数字编码化的信号，给出到停止位置的距离信号，并在车上产生减速信号模式。这一系统设置在STAR2I试验列车上进行了列车制动控制试验，结果表明，从第向车上装置发送列车控制所必须的数字信息非常成功。
法国高速铁路列控系统的基础设施之一——轨道电路采用UM71型。UM71型轨道电路是无绝缘轨道电路，该轨道电路是法国1971年为防止交流电气化牵引电流谐波干扰而研制的一种移频轨道电路。它由发送器、接收器、空心绕组、调谐单元、匹配变压器、补偿电容、ZCO3电缆等共同构成，如图2—7—1所示。UM71型轨道电路采用小调制指数的移频键控(FSK)，其目的是由于FSK信号的幅值包络近似为恒定，在接收端对信号处理有利。载频选定为1 700Hz、2 000Hz、2 300Hz和2 600Hz四种，其中1 700Hz、2 300Hz用于下行线路，而2 000Hz和2 600Hz用于上行线路，上行和下行的载频相间隔排列。UM71型轨道电路各构成设备的主要功能为：
接收器：检查轨道电路空闲；区分不同载频的移频信号；检查低频信号；调整轨道电路。
空心绕组：设在26m长的电气分隔接头调谐区的中部，主要作用是在每段轨道电路内平衡两钢轨中牵引电流回流；改善电气分隔接头（调谐区）的品质因数，保证工作稳定性；它的中心线可与邻线相应空心绕组中心线作等电位联结，平衡两线路牵引电流回流，保证人身安全。
调谐单元：设在26m长的电气分隔接头两端。它对本区段信号频率呈电容性，该电容与调谐区钢轨和空心绕组的电感并联谐振，呈现较高阻抗，可减少对本区段信号的功率损耗；另外，该调谐单元对相邻区段信号频率串联谐振，呈现较低阻抗，可阻止相邻区段的信号进入本区段；以此实现两相邻轨道电路的电气隔离。
匹配变压器：实现电缆与轨道电路的匹配联结；利用模拟电缆线（或称补偿网络）将不同长度外线电缆补充至同一数值。该作法不仅简化了轨道电路工作状态的调整，当列车反方向运行时，又使改变列车运行方向的电路得以简化。
补偿电容（C）：用分段加装补偿电容的方法，可在一定程序上减少钢轨电感对移频信号传输的影响，延长（或保证）轨道电路长度。另外，可使钢轨中有足够强的移频信号电流，提高信干比，保证机车信号设备的可靠工作。
1.3论文安排及主要内容
轨道电路是铁路信号自动控制的基础设备。利用可以自动检测列车、车辆的
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位置，控制信号机的显示；通过轨道电路可以将地面信号传递给机车，从而可以控制列车运行。轨道电路是以铁路线路的两根钢轨作为导体，两端加以电气巨额卷或电气分割构成的电路。
本课题首先简明介绍了轨道电路的工作原理及系统结构，并讲经常遇到的问题加以分析，最后以JZXC-480型轨道电路为例讲解常见的故障处理和分析。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。
本文首先简明概述轨道电路研究背景及使用现状。然后介绍轨道电路的工作原理及系统结构，紧接着轨道电路的划分和绝缘布置，并了解极性交叉在轨道电路中存在意义和实际的运用。最后以JZXC-480型轨道电路为例，重点介绍常见的故障处理及分析。
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