《國規(guī)城市軌道交通通信與信號》842-7（齊偉）教案 第3課 軌道電路和轉(zhuǎn)轍機（一）

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課題軌道電路和轉(zhuǎn)轍機（一）——認(rèn)識軌道電路課時2課時（90min）教學(xué)目標(biāo)知識技能目標(biāo)：（1）熟悉軌道電路的組成、工作原理、作用、常見故障及軌道絕緣設(shè)置（2）掌握軌道電路的劃分和命名（3）能識別軌道電路各部件，并知道各部件作用及原理（4）會維護常用軌道電路素質(zhì)目標(biāo)：（1）積極參加軌道電路故障應(yīng)急處理演練，總結(jié)軌道電路故障處理經(jīng)驗，提升故障應(yīng)急處理能力（2）在學(xué)習(xí)和工作中提升團隊協(xié)作意識，培養(yǎng)細(xì)心、專注的工作習(xí)慣，與團隊成員積極配合，共同保障地鐵的運營安全教學(xué)重難點教學(xué)重點：熟悉軌道電路的組成、工作原理、作用、常見故障及軌道絕緣設(shè)置，掌握軌道電路的劃分和命名教學(xué)難點：正確識別軌道電路各部件，并知道各部件作用及原理，正確維護常用軌道電路教學(xué)方法任務(wù)引入法、問答法、討論法、實踐操作法教學(xué)用具電腦、投影儀、多媒體課件、教材教學(xué)設(shè)計第1節(jié)課：（23min）

課堂討論（15min）第2節(jié)課：傳授新知（20min）（15min）（5min）（3min）作業(yè)布置（2min）教學(xué)過程主要教學(xué)內(nèi)容及步驟設(shè)計意圖第一節(jié)課課前任務(wù)【教師】布置課前任務(wù)，和學(xué)生負(fù)責(zé)人取得聯(lián)系，組織學(xué)生下載“構(gòu)建工頻軌道電路”任務(wù)工單，同時提醒同學(xué)通過文旌課堂APP或其他學(xué)習(xí)軟件，收集軌道電路的相關(guān)資料，并進行了解【學(xué)生】提前上網(wǎng)觀看相關(guān)資料，熟悉教材通過課前的預(yù)熱，讓學(xué)生了解所學(xué)課程的大概內(nèi)容，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)欲望考勤

（2min）【教師】使用文旌課堂APP進行簽到【學(xué)生】按照老師要求簽到培養(yǎng)學(xué)生的組織紀(jì)律性，掌握學(xué)生的出勤情況問題導(dǎo)入

（5min）【教師】提出問題：（1）什么是軌道電路？（2）軌道電路的工作原理是什么？【學(xué)生】聆聽、思考、舉手發(fā)言通過問題導(dǎo)入，引導(dǎo)學(xué)生思考，調(diào)動學(xué)生的主觀能動性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣傳授新知

（23min）【教師】通過大家的發(fā)言，引入新的知識點，講解軌道電路的相關(guān)知識一、軌道電路的組成、工作原理及作用1．軌道電路的組成軌道電路是以鐵路線路的兩根鋼軌作為導(dǎo)體，兩端加以機械絕緣（或電氣絕緣），接上送電和受電設(shè)備構(gòu)成的電路，如下圖所示。1）導(dǎo)體兩條鋼軌是軌道電路的導(dǎo)體。為了減小鋼軌接頭的接觸電阻，可增設(shè)軌端接續(xù)線。鋼軌接續(xù)線有塞釘式和焊接式兩種，如下圖所示。2）鋼軌絕緣鋼軌絕緣安裝在相鄰兩個軌道電路的銜接處，以保證相鄰軌道電路在電氣上的可靠隔離。城市軌道交通的正線多采用無縫線路，需要使用電氣絕緣來分隔相鄰軌道電路。3）送電設(shè)備軌道電路的送電設(shè)備可以是電源，用于向軌道電路供電；也可以是能夠發(fā)送一定信息的電子設(shè)備，通過軌道電路向列車傳遞行車信息。4）受電設(shè)備軌道電路的受電設(shè)備可以是軌道繼電器，用于反映軌道電路范圍內(nèi)有無列車、車輛占用和鋼軌是否完整；或者當(dāng)軌道電路中包含有控制信息時，軌道電路的受電設(shè)備也可以是能夠接收并鑒別電流特性的電子設(shè)備，根據(jù)接收到的不同特性電流，令有關(guān)繼電器動作?！咎崾尽克碗姾褪茈娫O(shè)備一般放在軌旁的變壓器箱或電纜盒內(nèi)，軌道繼電器設(shè)在室內(nèi)。送、受電設(shè)備由引接線直接接向鋼軌或通過電纜過軌后由引接線接向鋼軌。5）限流電阻限流電阻的作用是保護電源不致因過負(fù)荷而損壞，同時保證列車占用軌道電路時，軌道繼電器可靠落下。2．軌道電路的工作原理軌道電路有調(diào)整、分路、斷軌三種狀態(tài)，其工作原理分別如下。1）調(diào)整狀態(tài)當(dāng)軌道區(qū)段內(nèi)鋼軌完整，且未被列車或車輛占用時，即空閑時，軌道電路的電流從電源正極經(jīng)鋼軌、軌道繼電器線圈回到負(fù)極而構(gòu)成回路，繼電器處于吸起狀態(tài)，接通綠燈，表示軌道區(qū)段內(nèi)無車占用，此狀態(tài)稱為軌道電路的調(diào)整狀態(tài)，如下圖所示。2）分路狀態(tài)當(dāng)軌道區(qū)段有列車或車輛時，即占用時，由于列車的車輪輪對橫跨在鋼軌上，輪對的電阻比軌道繼電器線圈的電阻小得多，送電端送出的軌道電流絕大部分被輪對分路，致使軌道繼電器因得不到足夠的電流而失磁落下，接通紅燈，表示這個軌道區(qū)段已被車占用，此狀態(tài)稱為軌道電路的分路狀態(tài)，如下圖所示。3）斷軌狀態(tài)當(dāng)軌道區(qū)段內(nèi)發(fā)生斷軌或斷線等故障時，流經(jīng)繼電器線圈的電流中斷，使繼電器失磁落下，此狀態(tài)稱為軌道電路的斷軌狀態(tài)。3．軌道電路的作用1）監(jiān)督列車占用情況利用軌道電路可監(jiān)督列車在區(qū)間或列車和調(diào)車車列在站內(nèi)的占用情況。當(dāng)軌道電路反映該線段空閑時，可為開放信號、建立進路或構(gòu)成閉塞提供依據(jù)；當(dāng)軌道電路被占用時，可控制相應(yīng)信號機自動關(guān)閉，實現(xiàn)信號系統(tǒng)自動控制。2）傳遞行車信息在城市軌道交通的ATP子系統(tǒng)中，軌道電路傳遞的行車信息，可為列車運行自動控制系統(tǒng)提供控制列車運行所需要的前行列車位置、運行前方信號機狀態(tài)和線路條件等信息，以確定列車運行的目標(biāo)速度，控制列車在當(dāng)前運行速度下是否減速或停車?！咎崾尽繉τ贏TC系統(tǒng)來說，帶有編碼信息的軌道電路是車和地之間信息傳輸?shù)耐ǖ乐弧６?、軌道電路的種類1．軌道電路的分類1）按傳輸電流特性分類按傳輸電流特性不同，軌道電路可分為工頻交流軌道電路和音頻軌道電路。工頻交流軌道電路：采用工頻50Hz交流電源，它又可分為工頻連續(xù)式軌道電路和相敏軌道電路。目前城市軌道交通中廣泛應(yīng)用的是相敏軌道電路。音頻軌道電路：又分為模擬式和數(shù)字編碼式音頻軌道電路。模擬式音頻軌道電路采用調(diào)幅或調(diào)頻方式，可傳輸較多信息，不僅能監(jiān)督軌道占用狀態(tài)，還能反映列車運行前方三個或四個閉塞分區(qū)的占用情況。數(shù)字編碼式音頻軌道電路采用數(shù)字調(diào)頻方式，可傳輸更多信息，編碼中包含了速度碼、閉塞分區(qū)長度碼、線路坡度碼、糾錯碼等。2）按絕緣性質(zhì)分類按絕緣性質(zhì)不同，軌道電路可分為有絕緣軌道電路和無絕緣軌道電路。有絕緣軌道電路：利用鋼軌絕緣實現(xiàn)本軌道電路與相鄰軌道電路的電氣隔離。它常用作城市軌道交通車輛段內(nèi)的軌道電路。無絕緣軌道電路：分界處不設(shè)置鋼軌絕緣，它采用不同頻率信號電流，利用不同諧振回路對不同頻率所呈現(xiàn)的不同阻抗，來實現(xiàn)對相鄰軌道電路的電氣隔離。無絕緣軌道電路滿足城市軌道交通電化牽引和采用無縫線路的要求，常用于正線線路。2．50Hz相敏軌道電路50Hz相敏軌道電路是城市軌道交通常用的工頻軌道電路，它只能監(jiān)督列車占用狀態(tài)，不能傳輸其他信息，一般只用于車輛段。1）組成50Hz相敏軌道電路由送電端、受電端、鋼軌絕緣、軌端接續(xù)線、鋼軌引接線、回流線、鋼軌等組成，其結(jié)構(gòu)如下圖所示。（1）送電端。送電端一般安裝在室外變壓器箱內(nèi)，包括BG5-D型軌道變壓器、R—2.2/220型變阻器、熔斷器，軌道電源從室內(nèi)通過電纜送至送電端。（2）受電端。受電端包括安裝在室外變壓器箱內(nèi)的BZ-D型中繼變壓器、R—2.2/220型變阻器（見下圖）、熔斷器，安裝在室內(nèi)組合架上的電容器、防雷元件、交流二元繼電器等。（3）鋼軌絕緣。鋼軌絕緣設(shè)置于軌道電路分界處，用于隔離相鄰的軌道電路。（4）接續(xù)線和引接線。接續(xù)線用于連接相鄰鋼軌，引接線用于將變壓器箱或電纜盒接向鋼軌。（5）回流線?；亓骶€連接相鄰的不同側(cè)鋼軌，為牽引回流提供越過鋼軌絕緣節(jié)的通路。2）工作原理室內(nèi)送電端送出的220V交流電源，經(jīng)BG5-D型軌道變壓器變壓之后，通過限流電阻送上軌面，經(jīng)鋼軌傳到受電端，再經(jīng)受電端BZ-D型中繼變壓器升壓后，通過電纜送到室內(nèi)軌道繼電器的軌道線圈端子。當(dāng)軌道線圈和局部線圈電源滿足規(guī)定的相位和頻率要求時，軌道交流二元繼電器RGJ吸起，軌道電路處于調(diào)整狀態(tài)，表示軌道空閑；當(dāng)列車占用時，軌道電源被分路，繼電器RGJ落下；當(dāng)軌道線圈和局部線圈頻率、相位不符合要求時，繼電器RGJ也落下?！咎崾尽坑捎?0Hz相敏軌道電路具有相位鑒別能力，所以它的抗干擾能力較強。3．音頻無絕緣數(shù)字軌道電路音頻無絕緣數(shù)字軌道電路現(xiàn)廣泛應(yīng)用于城市軌道交通工程中。與絕緣軌道電路相比，音頻無絕緣數(shù)字軌道電路具有以下優(yōu)點。①無絕緣接頭大大提高了軌道電路的可靠性。②無絕緣音頻軌道電路具有向車載設(shè)備傳輸報文信息的功能，從而使軌道電路既具有檢查軌道占用、空閑功能，同時還具有信息傳輸功能。1）組成（1）軌旁設(shè)備。軌旁設(shè)備包括軌道耦合單元、“S”形棒線（簡稱S棒）和耦合環(huán)線3部分，它們安裝在軌道之間或者沿軌旁安裝，采用互耦方式，如下圖所示。軌道耦合單元：將軌道信號連接到室內(nèi)控制機箱的接收電路和發(fā)送電路，并調(diào)諧軌道電路的載頻頻率。每個耦合電路由變壓器和可調(diào)電容組成槽路。棒線：置于兩鋼軌之間，端點焊接在鋼軌上，形成“S”形棒線。耦合環(huán)線：由一匝導(dǎo)線構(gòu)成，它與“S”形棒線耦合，并與室內(nèi)控制柜的輔助板相連。【提示】發(fā)送的軌道信號電流通過棒線感應(yīng)到鋼軌，由列車車載設(shè)備接收。（2）室內(nèi)設(shè)備。室內(nèi)設(shè)備主要是安裝在室內(nèi)控制柜內(nèi)的控制機箱，如下圖所示，每個機箱內(nèi)包括多個印刷電路板，每個軌道電路包括控制板、輔助板、電源板?？刂瓢澹寒a(chǎn)生具有ATP功能的數(shù)字編碼信息。輔助板：將控制板產(chǎn)生的信息放大發(fā)送至室外，并接收來自軌道的信息。電源板：產(chǎn)生控制板和輔助板工作所需的電源。2）工作原理（1）檢測列車占用。音頻系統(tǒng)不間斷地向軌道發(fā)送數(shù)字編碼信息，并監(jiān)視其接收器感應(yīng)到的信號，作為對列車占用的檢測。利用音頻信息的標(biāo)題位（前8位）作為列車檢測的信號，固定為01111110。發(fā)送端通過耦合單元發(fā)送至鋼軌，接收端由軌道接收器檢測該信號，并設(shè)置門限值。當(dāng)軌道電路空閑時，被檢測到的信號幅度在門限值以上；當(dāng)列車進入軌道電路，所接收到的信號被分路，其幅度降至門限值以下，表示軌道電路被占用；當(dāng)由于其他原因造成軌道電路短路、斷路時，如路基潮濕，也會接收到低于預(yù)定閾值的信號，或者生成錯誤的軌道ID號。按照“故障—安全”原則，當(dāng)被檢測到的信號幅度在門限值以上時，控制板向聯(lián)鎖單元傳遞“區(qū)段空閑”信息，否則向聯(lián)鎖單元傳遞“占用”信息，從而完成列車占用區(qū)段的檢測功能。（2）發(fā)送ATP信息。音頻系統(tǒng)與聯(lián)鎖系統(tǒng)之間通過RS-485接口進行通信，接收來自聯(lián)鎖系統(tǒng)的目標(biāo)速度、目標(biāo)距離等信息，再加上本軌道區(qū)段信息，如軌道電路ID號、線路速度等，構(gòu)成復(fù)合信息。輔助板將復(fù)合信息形成的報文幀，結(jié)合機籠后面的方向繼電器以FSK（移頻鍵控）調(diào)制方式將報文送至耦合電路，經(jīng)耦合環(huán)線與“S”形棒線耦合，由車載ATP設(shè)備接收、解碼、校驗，執(zhí)行ATP功能，從而完成數(shù)字車載信號的傳輸功能。【學(xué)生】聆聽、思考、理解、記憶通過講解、圖片展示、課堂互動等教學(xué)方法，讓學(xué)生了解軌道電路的相關(guān)知識課堂討論（15min）【教師】組織學(xué)生以小組為單位討論以下問題：軌道電路是如何工作的？【學(xué)生】聆聽、思考、小組討論，由小組代表發(fā)表討論結(jié)果【教師】與學(xué)生一起評價各組的發(fā)言通過課堂討論培養(yǎng)學(xué)生對軌道電路相關(guān)知識的綜合運用能力第二節(jié)課傳授新知（20min）【教師】引入新的知識點，講解軌道電路的相關(guān)知識三、軌道電路的劃分和命名1．軌道電路的劃分1）正線軌道電路劃分正線一般采用無絕緣軌道電路，每隔一定距離劃分一個閉塞分區(qū)。2）車輛段軌道電路劃分車輛段一般采用有絕緣軌道電路，軌道電路之間采用鋼軌絕緣將兩個軌道電路劃分為互不干擾的獨立電路單元，即軌道電路區(qū)段。具體劃分原則如下。（1）有信號機的地方必須設(shè)置絕緣節(jié)。（2）平行運行進路，其間應(yīng)設(shè)鋼軌絕緣。例如，渡線道岔上裝設(shè)鋼軌絕緣。（3）一個軌道電路區(qū)段的道岔不能超過3組。（4）為了提高車輛段咽喉區(qū)使用效率，該軌道電路區(qū)段應(yīng)盡量劃短。（5）在車輛段內(nèi)，停車線一般劃為兩個軌道電路區(qū)段，允許同時停放兩輛列車。2．軌道電路的命名道岔區(qū)段和無岔區(qū)段軌道電路的命名方法不同，具體如下。1）道岔區(qū)段在道岔區(qū)段，軌道電路根據(jù)道岔編號來命名。包含一組道岔：用該組道岔名稱命名。例如，下圖中包含3號道岔的軌道區(qū)段為3DG。包含兩組道岔：用該兩組道岔名稱，以及中間加連字符命名。例如，下圖中包含15號和17號道岔的軌道區(qū)段為15-17DG。包含三組道岔：用該三組道岔最大和最小道岔號名稱，以及中間加連字符命名。例如，下圖中包含11，23，27號道岔的軌道區(qū)段命名為11-27DG。【課堂互動】隨機邀請學(xué)生回答以下問題請按照軌道電路的一般命名方法為上圖中的各個軌道電路命名，并說說軌道電路的組成及作用，分析軌道電路的工作原理?！緦W(xué)生】聆聽、思考、回答問題【教師】總結(jié)學(xué)生的回答2）無岔區(qū)段無岔區(qū)段軌道電路的命名方法分以下幾種情況。股道軌道電路：以股道號命名，如下圖中的ⅠG，ⅡG等。進站內(nèi)方軌道電路：根據(jù)所銜接的股道編號加A或B，如下圖中的ⅠAG。檢車線、牽出線等處調(diào)車信號機外方的接近區(qū)段：在調(diào)車信號機名稱后加G。如下圖所示，牽出線調(diào)車信號機前方的軌道電路名稱為D21G。調(diào)車信號機之間的無岔區(qū)段：以兩端道岔編號寫成分?jǐn)?shù)形式再加G表示。例如，下圖中D5和D15之間的無岔區(qū)段1/19G。四、軌道絕緣的設(shè)置1．軌道電路的極性交叉軌道電路的極性交叉是交流連續(xù)式軌道電路采用的絕緣破損防護措施。如下圖所示，若分界絕緣兩邊的鋼軌極性相同，當(dāng)絕緣破損時，1G內(nèi)雖然有車占用，但1GJ很可能由3G軌道電源供電而錯誤地保持吸起，這是十分危險的。解決的方法是改變?nèi)魏我粋€軌道電路的電源極性。例如，改變1G的電源極性，如下圖所示，使分界絕緣兩側(cè)的鋼軌電源極性相反，這就是極性交叉。當(dāng)絕緣破損時，1G電源和3G電源疊加在1GJ上，其作用互相抵消，不會使1GJ錯誤地保持吸起。正常情況下，當(dāng)1G內(nèi)無車占用時，如果絕緣電阻大大下降，由于兩組電源互相抵消，1GJ也可能落下，可及時反映出絕緣破損故障?！咎崾尽繕O性交叉原則對交流軌道電路來說是相位交叉，對各種頻率式電碼軌道電路來說是頻率交叉。2．極性絕緣道岔區(qū)段軌道電路應(yīng)解決兩個問題：第一，轍叉不應(yīng)將軌道電源短路（見下圖）。第二，當(dāng)正線或岔線上有車時，軌道繼電器應(yīng)均能可靠釋放。因此，在道岔的轍叉部分增加一組絕緣，這稱為極性絕緣；在正線和岔線的同極性鋼軌之間增加一根連接線，這稱為道岔跳線，如下圖所示。極性絕緣可以裝設(shè)在直股（稱為直股切割），也可以裝設(shè)在彎股（稱為彎股切割）。3．侵限絕緣道岔區(qū)段軌道電路的分界絕緣應(yīng)安裝在道岔警沖標(biāo)（警告停車列車不準(zhǔn)越過的標(biāo)志）內(nèi)方，距離警沖標(biāo)不小于3.5m的地方。因為當(dāng)列車或車輛的車輪停在警沖標(biāo)內(nèi)方的軌道電路區(qū)段內(nèi)時，若分界絕緣與警沖標(biāo)的距離小于3.5m，則其車鉤及車身邊緣可能侵入鄰線的建筑接近限界，危及鄰線上通過列車的安全，這是不能容許的。若實在不能滿足此要求，則該絕緣節(jié)稱為侵限絕緣。當(dāng)相鄰兩組道岔警沖標(biāo)之間的距離不足7m時，其中間安裝的分界絕緣也稱為侵限絕緣。如下圖所示，侵限絕緣在信號設(shè)備平面圖上以圓圈表示。無論電務(wù)作業(yè)或工務(wù)作業(yè)，在確認(rèn)作業(yè)影響范圍時，必須考慮有無侵界絕緣，并采取相應(yīng)的防護措施。五、軌道電路常見故障1．分路不良故障分路不良故障是指有車占用軌道電路時，軌道繼電器不能可靠落下，控制臺或顯示器相應(yīng)的區(qū)段不顯示紅色光帶。造成這類故障的原因，多數(shù)為軌道電路生銹、潮濕等。這類故障極其危險，有可能造成列