第二节信号基础设备

第二章 铁路信号基础设备第一节 色灯信号机色灯信号机以其灯光的颜色、数目和亮灯状态来表示信号。

目前，铁路应用的色灯信号机有透镜式色灯信号机、组合式信号机和LED 信号机。

透镜式色灯信号机采用透镜组来将光源发出的光线聚成平行光束，由于它结构简单，安装方便，故得到广泛采用。

组合式信号机则是为提高在曲线上显示距离而研制的信号机。

多年来，我国铁路一直采用传统的以白炽灯泡为光源的色灯信号机，其主要缺点是可靠性差、寿命短、易断丝、功效低。

为了提高信号显示的可靠性和延长灯泡的使用寿命，提出了采用发光二极管即LED 技术研制开发铁路信号机 (以下简称LED 信号机 )。

目前客运专线上采用了LED 信号机。

一、透镜式色灯信号机（一）透镜式色灯信号机的结构透镜式色灯信号机有高柱和矮型两种类型，其中高柱信号机的机构安装在信号机柱上，矮型信号机的的机构安装在水泥基础或钢制基础上。

高柱透镜式色灯信号机如图2-1所示。

它由机柱、机构、托架、梯子等部分组成。

机柱采用钢筋混凝土结构，用于安装机构和梯子。

矮型透镜式色灯信号机如图2-2所示。

它由机构、基础等组成。

基础 图2-1 高柱透镜式色灯信号机 图2-2 矮型透镜式色灯信号机 梯子基础机柱 机构（二）透镜式色灯信号机的机构组成透镜式色灯信号机的机构如图2-3所示，每个灯位由灯泡、灯座、透镜组、遮檐、背板等组成。

灯泡是色灯信号机的光源，目前均采用直丝双丝灯泡，灯泡内有两个灯丝，一个主灯丝，一个副灯丝。

正常情况下点亮主灯丝，当主灯丝断丝时，自动改点副灯丝，并发出报警，提醒值班人员更换灯泡。

灯座是用来安装灯泡的，现采用定焦盘式灯座，为保证获得最大的显示距离，灯泡应安装在透镜的焦点上，在调整好透镜组焦点后灯座固定不动，更换灯泡时无需调整灯座。

透镜组装在镜架框上，由两块带棱的凸透镜组成，外面是无色带棱内凸透镜，里面是有色的带棱外凸透镜（有红、黄、绿、蓝、月白、无色六种颜色）。

根据透镜成像原理，如果光源灯泡置于透镜组的焦点处，经透镜折射后，就会成为平行光，使灯泡发出的光呈平行射出，将光源发出的光线集中射向所需要的方向。

遮檐用来防止阳光等光线直射时产生错误的幻影显示。

背板可衬托信号灯光亮度，改善瞭望条件。

只有高柱信号机才有背板。

一般信号机采用圆形背板。

各种复示信号机、遮断信号机及其预告信号机、容许信号则采用方形背板，以示区别。

（三）透镜式信号机构分类透镜式色灯信号机构按结构分为单显示、二显示、三显示三种。

单显示机构用于的复示信号机构、引导信号机构、容许信号机构、遮断信号及其预告信号机构。

二显示机构有两个灯室，三显示机构有三个灯室。

每个灯室内有一组透镜、一副灯座、一个灯泡和遮檐。

灯座间用隔板分开，以防止相互串光，保证信号显示的正确。

每一机构设有一块背板，同机构各灯室共用。

各种信号机可根据信号显示的需要选用合适的机构，再按灯光显示和配列要求选择规格和颜色相符的有色内透镜，安装在机构内。

此外，还有灯列式进站复示信号机构等。

二、组合式色灯信号机图2-3 透镜式色灯信号机机构透镜式色灯信号机构的光系统射出的平行光线，两侧分别只有的20散角，覆盖面很窄，在曲线线段上只能在局部范围内能看到，即使加了偏光镜也很难在整个曲线范围内得到连续显示。

为保证曲线区段信号显示的连续，20世纪80年代从德国引进V136型信号机构，并据此研制了适合我国铁路需要的新型组合式信号机构，作为透镜式信号机构的换代产品。

组合式色灯信号机用于瞭望困难的线路，适用于曲线半径300～2000m 的各种曲线和直线上信号显示的要求。

在距信号机5～1000m 距离内能够得到连续的信号显示。

该信号机光系统设计合理，光能利用率高，显示距离远，主光源显示距离可达到1000m ，如不加偏光镜可达1500m 。

曲线折射性能强，偏散角度大，可见光分布均匀，能见度高，有利于司机瞭望。

组合式信号机构由光系统、机构壳体、遮檐等组成。

如图2-4所示。

组合式信号机构的光系统由反光镜、灯泡、色片、非球面镜、偏散镜及前表面玻璃组成。

灯泡发出的光通过色片、非球面镜汇聚成带有指定颜色的平行光，在经过偏散镜将一部分光偏散到所需方向，使曲线上能连续地准确地看到信号显示。

色片有红、黄、绿、蓝、月白五种颜色。

偏散镜将光系统产生的平行光较均匀地聚焦到所需要的可视范围内。

可根据曲线特点选用相应种类的偏散镜，以保证连续显示。

组合式信号机每个机构只有一个灯室，使用时根据信号显示要求分别组装成二显示、三显示及单显示，故称为组合式。

灯室间无串光的可能。

由于采用铝合金或玻璃钢材料，每个机构仅7Kg ，便于安装、维护和调整。

三、LED 色灯信号机LED 信号机的机构大小同透镜式色灯信号机，机构由铝合金材料构成，重量大大减少，便于进行施工安装，密封条件好，信号点灯单元由LED 发光二极管构成，使用寿命长，可以做到免维护。

LED 铁路色灯信号机显示距离超过1.5 km 且清晰可辨，使用寿命可达105h ，安全可靠。

通过监测控制系统的电流，可监督信号显示系统的工作状态，预警异常情况有助于准确判断故障点，便于及时处理。

用LED 取代传统的双丝信号灯泡和透镜组，从而彻底消除灯泡断丝这一多发性的信号故障，可以做到免维护，结束了普通信号机定期更换信号灯泡的维修方式，非球面镜 色片 图2-4 组合式色灯信号机机构减少维修工作量，节省维修费用。

第二节轨道电路轨道电路是重要的信号基础设施，用来监督列车对轨道的占用、线路是否完整和传递列车控制信息，将列车运行与信号显示联系起来。

一般的轨道电路利用钢轨作为传输通道，配上送电（发送）设备和受电（接收）设备以及钢轨绝缘等组成。

当有列车占用时，电流被分路，接收设备即可反映轨道电路被占用。

一、轨道电路的作用（一）监督列车的占用，反映线路的空闲状况。

利用轨道电路监督列车或调车车列在线路上的占用情况，是目前常用的方法。

由轨道电路反映该段线路是否空闲，为开放信号、建立进路或构成闭塞提供依据。

（二）传递各种列车控制信息。

轨道电路中可传送频率或码型变换的控制信息，用来控制地面信号显示和列车运行。

如移频自动闭塞利用轨道电路传递不同的频率信息来反映前行列车的位置，一方面可控制地面信号机的显示不同的信号灯光，另一方面由列车运行自动控制系统接收，不间断地监督前行列车的位置、运行前方信号机的状态和线路条件等，从而确定列车运行的目标速度，控制列车在当前运行速度下是否停车或减速。

二、轨道电路的组成和工作原理（一）轨道电路的组成轨道电路一般由基本钢轨、钢轨绝缘、钢轨接续线、引接线、送电设备、受电设备等组成，如图2-5所示。

图2-5 轨道电路的组成1.钢轨绝缘钢轨绝缘安装在轨道电路的分界处，利用它可以保证相邻轨道电路间互不影响。

当列车车列在轨道电路上运行时，由于存在钢轨爬行等情况，所以要求钢轨绝缘应有较高的绝缘性能和机械强度。

钢轨绝缘一般由钢纸、玻璃钢、尼龙等材料制成。

钢轨绝缘由轨端绝缘、槽型绝缘、绝缘管、绝缘垫圈等组成。

为了保证轨道电路的可靠工作，除了在钢轨接缝处安装有钢轨绝缘外，凡是跨接在两平行钢轨之间的角钢和各种连接杆均加有绝缘。

任何导电的器具都不能跨压两根钢轨或将轨缝的绝缘短接。

3.钢轨接续线在不设钢轨绝缘的接缝处，虽然有鱼尾板连接两钢轨，但其导电性能不能不能保证轨道电路可靠工作。

为了有效实现电气连接，在两相邻的钢轨接缝处安装钢轨接续线，用来实现两相邻钢轨接缝处的电气连接，从而保证轨道电路的正常工作。

3.引接线引接线是连接轨道电路两端送电设备和受电设备的导线，一般用涂有防腐油的多股钢丝绳制成。

它一端连接钢轨，另一端接在装有送电设备和受电设备的电缆盒或变压器箱上。

4.送电设备利用送电设备能够向钢轨上发送信号电流。

不同制式的轨道电路，送电设备的组成也不同。

5.受电设备受电设备用来接收送电设备经钢轨传送的电信号，并控制有关信号设备执行命令，它是轨道电路的执行元件，大多采用轨道继电器。

（二）轨道电路的基本工作原理当列车或调车车列未占用轨道电路，即线路空闲时，送电端将电信号经钢轨送至受电端，受电端接收到钢轨传来的电信号后使执行元件动作（大多是轨道继电器吸起）。

此时的状态称为轨道电路的调整状态。

轨道电路在调整状态时，控制台上的对应区段在未排列进路时光带不点亮，经该区段排列进路后点亮白光带。

当列车或调车车列进入轨道电路，即线路被占用时，通过车列的轮对的分流，使流过受电端轨道继电器的电流大大减小，从而使轨道继电器落下。

此时的状态称为轨道电路的分路状态。

轨道电路在分路状态时，控制台上的对应区段光带点亮红色光带。

由此，通过轨道电路可以监督列车或车列的运行位置。

当列车或调车车列出清轨道电路时，轨道电路又恢复到调整状态，即轨道继电器吸起。

当轨道电路发生钢轨折断等故障时，由于受电端接收不到电信号，而使轨道继电器落下。

此时的状态称为轨道电路的断轨状态。

这时，控制台上的对应区段光带也是点亮红色光带。

电气化牵引区段的车站，为了防止牵引电流对信号轨道电路的正常工作造成干扰，采用25Hz相敏轨道电路。

在轨道电路送电端和受电端需要连通牵引电流的钢轨绝缘两侧分别设置扼流变压器，如图2-6所示。

绝缘两侧的两扼流变压器牵引线圈中间点相连，保证牵引电流（I1+I2）能顺利地处越过绝缘节，而信号电流I3利用钢轨作为传输回路，两根钢轨中的电流方向相反，不会越过绝缘节。

由于I1和I2在扼流变压器的信号线圈的感应电流方向相反，互相抵消，从而扼制了牵引电流对信号电流的干扰。

图2-6 扼流变压器三、轨道电路的分类（一）按供电电源分类轨道电路可分为直流轨道电路和交流轨道电路。

采用直流电源的轨道电路，称为直流轨道电路。

由于直流电源设备安装较困难，检修不方便等原因，直流轨道电路现已很少采用。

采用交流供电的轨道电路，称为交流轨道电路，它常用的轨道电路。

交流轨道电路的种类很多，站内使用的有工频（50Hz）交流连续式480型轨道电路、25Hz相敏轨道电路；自动闭塞区间使用的有ZPW2000、UM2000、UM71等移频轨道电路；驼峰调车场使用的有JWXC-2.3型轨道电路。

各种交流轨道电路最主要的区别是轨道电源的信号频率范围不同。

铁路现场所说的交流轨道电路，一般特指工频交流连续式480型轨道电路。

（二）按工作方式分类轨道电路可分为开路式轨道电路和闭路式轨道电路。

开路式轨道电路平时呈开路状态，由于轨道继电器经常落下，不能监督轨道电路的完整，遇有断轨或引接线、接续线折断等故障，不能立即发现，即不能实现故障---安全，因此很少采用。

闭路式轨道电路平时构成闭合回路，如图2-6所示，其送电设备（电源）和受电设备（轨道继电器）分别装设在轨道电路的两端。

轨道电路上无车占用时，轨道继电器吸起。

有车占用时，因车辆分路，轨道继电器落下。