轨道交通信号基础设备概述

作者 | 刘艳青 上海控安安全测评中心安全测评部测试经理

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引语：上一篇对轨交信号系统从铁路系统分类和组成、城市轨交系统分类和组成、城市轨交系统功能、城市轨交系统发展方面做了介绍。本文将从信号基础设备方面进一步展开讲述，具体分为以下几个部分：

1.信号机（指引列车前进停止的信号）；

2.道岔转辙转换设备（变化股道或方向）；

3.检查区段占用、空闲的设备（轨道电路、计轴设备）；

4. 继电器（故障导向安全侧的器件）；

5. 应答器（LEU、信标）等。

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信号机

图 1

1.1 信号机位置设置原则

（1）地面信号尽可能设置在直线线段上；

（2）在曲线处信号机必须并排设置；

（3）信号机设在启动坡度小的坡道上；

（4）信号机禁止设置在有凹形坡度的坡道上；

（5）进路始端应设信号机对进路进行防护；

（6）调车进路和列车进路冲突时，需要设置调车信号机防护进路；

（7）咽喉区的始端也设置调车时，以防护专用线往咽喉区调车，专用线一般有：牵出线、调车场、货场等；

（8）可提高咽喉区作业效率的位置，应设阻挡信号机；

（9）能缩短机车走行距离的位置，可设置折返信号机；

（10）显示距离不符合要求的位置，可设置复示信号机。

1.2 大铁信号机的显示含义

铁路信号的基本颜色有红色、黄色和绿色；辅助颜色有蓝色和月白色等。各种灯光显示含义如下：

· 红色：停车，禁止前行，绝对信号；

· 黄色：注意或减速行驶；

· 绿色：按规定速度运行；

· 双黄：准许列车侧线进站停车；

· 月白色：有两种含义，一种为列车信号（进站或进路信号机）中的引导信号（也叫引导白），红白灯同时显示表示允许列车以较低速度（不超过15KM/h）进站，并随时检查前方情况，做好停车准备；另一种为调车信号的准许信号（也叫调车白），允许调车进入调车信号机内方调车；

· 蓝色：作为列车信号的容许信号时（区间通过信号机）），可不停车，以低于20km/h速度运行到下一禁止信号，并做好随时遇到危险停车的准备；作为调车信号时，调车不能进入信号机内方。

根据显示含义，也可以有如下分类：

绝对信号是指列车根据停车信号停车后，即应无条件遵守的信号显示，在该信号机前方停车，也可以叫做禁止信号。例如，红色是列车的绝对信号，蓝色是调车的绝对信号。

容许信号是指接收到停车信号后可不立即停车，或接受停车信号停车2分钟后低速继续运行，并可随时停车。容许信号是停止信号和辅助信号一起使用。例如，引导信号（红色+白色）是列车的容许信号。

1.3 地铁信号机的显示含义

· 红色：停车，禁止前行；

· 黄色：表示在后备模式下，准许列车按规定的限制速度越过该架信号机，弯股进站侧线停车，进路开通到出站信号机为止；

· 绿色：表示系统在后备模式下，准许列车按规定的速度越过该架信号机，直股进站，即进路中的道岔均开通直向位置，列车经过直股通过不停车，进路开通到对向进站信号机为止；

· 红色+黄色：引导信号显示，准许列车以不大于限制速度（如25km/h速度）越过该架信号机继续运行，并随时准备停车；

· 灭灯：后备模式下等同于禁止信号，CBTC模式下以车载信号为主体。

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道 岔

图 2

2.1 道岔组成部件

道岔的部件有：尖轨（在转辙机的动作杆带动下可以移动）、基本轨（尖轨外侧固定不动）、合拢轨（导曲线轨）、翼轨、辙叉心、护轮轨。

图3 道岔组成部件示意图

2.2 道岔的定义

把一条轨道分为两条及以上线路的设备称为道岔，线路上道岔的开向决定了列车的后方走向。

2.3 道岔的分类

道岔根据结构可以分为：单开、对称、菱形交叉、复式交分和可动辙叉道岔等类型。

操作台上按压一个按钮可以控制单个和多个道岔，根据道岔数量可分为：单动道岔、双动道岔和多动道岔。

转辙机牵引道岔转动，道岔按转辙机个数可分为：单机牵引、双机牵引和多机牵引道岔。

道岔根据列车运行的方向可分为：对向道岔和顺向道岔。一组道岔根据列车方向不同，可以为顺向道岔，也可以为对向道岔。

道岔常态位置是定位，根据需要改变的位置是反位。除有规定外，道岔的位置仅与使用方式有关。

一般把经道岔直向的进路称为直路，经道岔侧向的进路为弯路。进路中不经过的道岔，但是仍与进路有联锁防护关系的道岔是防护道岔；进路中不经过（但和经过道岔在同一道岔区段），且与进路无联锁关系的道岔，一般为效率考虑需带动的进路外道岔叫带动道岔。

2.4 转辙机的分类

转换装置控制道岔的走向，应具备如下功能：

· 转换装置应根据实际列车运行需要，转换道岔到定位或反位；

· 转换装置应及时正确反映道岔状态，道岔有表示的前提是尖轨密贴基本轨；

· 转换装置在把道岔转到规定位置后，对道岔进行机械锁闭，防止外力误操作道岔；

· 道岔在挤岔和四开时，应及时并正确报警表示。

道岔转换设备中，最常用的是转辙机、转辙机动作杆以及表示杆，用来操作道岔、锁闭道岔和采集道岔状态。

转辙机按动能可分为：电动转辙机、电液转辙机和电空转辙机；

转辙机按动作电源可分为：直流电动转辙机和交流电动转辙机；

转辙机的被挤状态可分为：可挤型转辙机和不可挤型转辙机；

转辙机按锁闭的位置可分为：内锁闭转辙机和外锁闭转辙机；

常用的ZD型电动转辙机的构造部件有电动机、减速器、摩擦联接器、自动开闭器、转动方向变换器和尖轨锁闭器、密贴检查和挤岔保护部件等。道岔转换时应有足够的牵引力拉动尖轨，当尖轨被阻时，应通过操作能恢复原位；道岔不密贴时，不得进行锁闭；道岔锁闭后，不得因振动及其它原因而造成道岔的解锁。

图4 ZD型电动转辙机结构图

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轨道电路

图 5

3.1 轨道电路的定义

轨道电路是利用钢轨作导体，检查列车轮对是否在当前区段占用空闲的状态，并可以在地面与列车间传递信息的电路。用绝缘节把钢轨分割为一段一段的轨道区段，用以形成信号采集或者传递的最小单元。

3.2 轨道电路状态的定义

轨道电路状态具体有如下4种：

（1）调整状态，指轨道电路无车占用时的工作状态；

（2）分路状态，指轨道电路有车占用时的工作状态；

（3）断轨状态，指轨道电路中断时的开路状态；

（4）移轨状态，指导线缺损时的开路状态。

轨道电路需要监督和反映轨道区段上的设备是否完好，并且能反映区段占用、出清状态，以及列车运行的实时状态，此外轨道电路还需向列车传递有关行车的信息。

3.3 轨道电路的分类

轨道电路有如下几种分类：

按工作电源可分为：交流轨道电路或直流轨道电路；

按电流传递特性可分为：交流连续式、移频式和数字编码式轨道电路；

按轨道区段间有无绝缘可分为：有绝缘轨道电路或无绝缘轨道电路。无绝缘轨道电路又分为高频衰耗式和电气隔离式轨道电路；

按使用位置可分为：站内轨道电路和区间轨道电路；

按区段内有无道岔可分为：无岔区段和道岔区段，道岔区段又分为一送一受和一送多受；

按适用范围可分为：电化区段轨道电路和非电化区段轨道电路；

按轨道电路传输轨条个数可分为：单轨条轨道电路和双轨条轨道电路。

3.4 绝缘节

把轨道区段分割为一个一个轨道区段的设备是绝缘节，绝缘节的设置应满足以下几点原则：

· 主体信号机前后（遮断信号机除外）应划分成不同的区段；

· 互不影响的进路，设置绝缘独立隔开；

· 在一个区段内，一般不宜超过三组道岔；

· 大站为提高咽喉区作业效率，应适当缩短轨道区段的长度（但应保证站内电码化的可靠使用）；

· 地理条件满足时轨端绝缘不能设置为侵限绝缘。

图6 轨道电路工作原理

3.5 计轴

计轴是利用轨道传感器、计数器记录驶入轨道区段和驶出轨道区段的轴数，经对比后来确定轨道区段状态（占用或空闲）的一种信号设备。

计轴的工作原理为，轨道区段的两端监测点安装车轮传感器，检测点根据经过传感器的先后顺序判断列车的走向。经过始端时，计数器检测轮对数量递增；经过终端时，计数器检测轮对数量递减。计数器的数量为零时，认为轨道区段无车或出清状态。

图7 计轴设备数据传输

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继电器

图 8

4.1 继电器的定义

继电器是铁路信号电路中的用小电流控制大电流的开关，组成逻辑电路或控制列车运行。

4.2 继电器的作用

继电器在控制电路中用于接通或断开电路，并具备发布控制命令、反映设备状态、实现电路的自动控制和远程控制等功能。同时，用继电器接点构成逻辑电路，可对设备进行程序控制；用继电器接点作为逻辑运算器件，可对电气集中进行逻辑运算。此外，继电器还可同时控制多个对象实现复杂逻辑关系，并以小的电信号来控制电路中大功率的对象，实现电路的远程控制。

4.3 继电器的要求

继电器失磁时不受残磁影响，前接点一定断开；

继电器失磁时不受机械影响，前接点一定断开；

接点断开瞬间即使产生火花或电弧，也不致造成中接点与其它接点粘连。

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应答器、信标

图 9

应答器是一种可以发送数据报文的高速数据传输设备，其作用是向车载设备发送点式信息。

无源应答器发送固定信息（线路中对应的里程，功能相当于一个里程标）。

有源应答器发送实时变化以及固定的信息（有源信标可以兼作无源信标，除了无源信标功能外，能发送信号机状态、道岔状态）。

图10 无线和信标两种传输信息方式

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总 结

铁路信号系统根据以上道岔、信号机、轨道电路之间联动的联锁关系组成，实现进路锁闭，根据进路已处于锁闭的状态和信号开放，列车才可以进入进路内。道岔、信号机、轨道电路是最基础的信号设备，除此之外，信标、应答器、计轴设备等也是根据线路等级需要采用的基础设备。轨交系统还有紧急停车按钮、防淹门、人防门等设备，用以进行紧急停车或军事人防作用。

参考文献：

[1] 道岔转换与锁闭设备_铁路信号基础

[2] 单开道岔的构造

[3] 城市轨道交通信号系统

[4] 计算机联锁-特殊联锁测试指导书

[5] 轨道电路基本知识

[6] 第五章轨道电路_铁路信号基础

审核编辑 黄昊宇