精品FS2500轨道电路应用说明书.docx
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精品FS2500轨道电路应用说明书
FS2500轨道电路应用说明书
FS2500轨道电路应用说明书
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本文件受版权保护，受保护的所有者版权包括但不限于文件内部的文字、图形和表格，
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除非取得我公司授权人的许可外，文件不得复印、引用或选用。
本文件仅用于北京地铁5号线信号系统工程项目。
1术语
下列术语仅用于本文件
名词
定义
JTC
无绝缘轨道电路
TCS
轨道电路系统
FSK
移频键控
ASK
幅度键控
5K
FS2500轨道电路范围，使用载频4080Hz----6000Hz
2K
FS2500轨道电路范围，使用载频1700Hz----2600Hz
ATP
列车自动防护系统
ATO
列车自动操作系统
TS
目标速度
MSS
最大安全速度
IRJ
轨道绝缘节
P&C
道岔和渡线区
SER
信号室
TX
发送器
RX
接收器
JTCPSU
电源（JTC电源）
TU
调谐单元
TCU
轨道连接单元
TFU
轨道馈电单元
DB
分线箱
RB
电阻箱
ATPLFU
ATP环路馈电单元
TTU
轨道终端单元
TB
轨道终端棒
TCMU
轨道码测试单元
BDCS
北京大成通号轨道交通设备有限公司
WRSL
英国西屋铁路系统有限公司
2概述
2.1介绍
本文件给出了FS2500轨道电路系统应用设计规则的详细描述，并且，给出了系统分项应用参数和典型应用图例。
注：
FS2500轨道电路为ATP子系统地面设备的一部分，ATP子系统功能在本文件中也有所涉及，但是没有进行详细论述。
2.1.1与本文件相关的技术文件
FS2500轨道电路技术规格书
FS2500轨道电路系统设计接口定义图册
2.1.2目的
响应北京地铁5号线总承包商技术联络，配合、并提供给信号系统设计单位的设计需求。
2.1.3范围
本文件内容限定－仅用于北京地铁5号线信号系统合同项目。
2.2FS2500的分类
有下列两种类型的FS2500轨道电路设备可用：
2.2.1‘5K’系统
发送器与接收器应用4080Hz至6000Hz八种载频之间的任一种频率。
发送器由外部调制，调制信号经由轨道传输给列车。
应用时与‘5K’系列的轨旁设备配合使用。
2.2.2‘2K’系统
发送器与接收器应用1700Hz与2600Hz四种载频之间的任一种频率。
发送器仅能内部调制；四种调制频率提供16种组合。
‘2K’发送器有两种类型—‘常规型’或‘高输出型’；相应的‘2K’接收器也有两种类型—‘常规型’或‘高输入’型。
两种‘常规型’设备使用相同的载频频率，但‘高输出型’发送器输出提供为高电压信号，‘高输入型’接收器接受高电流信号输入。
应用时，需要与‘2K’系列的轨旁设备配合使用。
2.3轨道电路的类型
两个系统的轨道电路都可以有下列不同的形式。
2.3.1轨道无绝缘节方式
运行轨条是无缝的，轨道电路之间的分割采用电气方式，系统被称为‘无绝缘’。
2.3.2轨道有绝缘节方式
由于物理条件限制，有些地方不可能使用电气分割，只能使用轨道绝缘节。
2.3.3混合型
轨道电路一端无轨道绝缘节，而另一端使用轨道绝缘节，例如，无绝缘轨道电路的边界区域。
2.4FS2500轨道电路设备的使用
至于使用哪个频率范围种类（‘2K’或‘5K’），哪一种分界方式（无绝缘或有绝缘）的轨道电路取决于具体的应用。
下面给出常规的应用原则：
当FS2500设备为列车自动防护系统的一部分提供ATP码时，遵循的原则是：
‘5K’的‘无绝缘’或‘有绝缘’FS2500设备用于正线区段。
‘2K’‘有绝缘’FS2500设备用于道岔与渡线（P&C）区段。
‘5K’的‘ATP环路’FS2500设备在道岔与渡线区段应用。
图1-1道岔和渡线区的有绝缘‘2K’轨道电路的应用
2.5FS2500轨道电路应用参数
下面给出的系统参数是一些典型值，是基于1435厘米轨距,60公斤/米钢轨结构,按常规铺设安装在木制枕木或混凝土枕木上。
碎石道床最小道床电阻：
1Ω/km
整体道床最小道床电阻：
2Ω/km
最大道床电阻：
∞
最大分路电阻值：
0.3Ω
基于以上数据的轨道电路长度：
使用S型调谐单元:
40–100m
使用L型调谐单元（最大长度电缆时）:
100–400m
标称调谐区长度：
短调谐区:
大约4m（常规）；大约6m（特殊道床）
长调谐区:
大约6m（常规）；大约8m（特殊道床）
注释：
特殊道床特指内部含有金属网或金属管等物质的整体道床，其内部的金属物质的电磁感应造成轨条电感参数降低。
用0.3Ω电阻分路时，相邻轨道电路模糊区长度4.6米~8.6米
注释：
常规估算，从本区段终端棒向TU方向2m~4m处开始，至相邻区终端棒向TU方向2m~4m处止之间的距离，再加上两个终端棒之间绝对无码区的长度。
具体的应用参数随不同的道床结构有所变化。
最大轨道连接电阻:
1mΩ每个连接点
最小轨道接点电流容量:
40A
最小轨道电流（接收器端）:
0.4A
轨道继电器吸起延迟:
1.76S~2.2S
轨道继电器落下延迟:
1.22S~1.66S
电缆参数:
接收器/发送器与分线箱之间电缆：
2.5mm27/0.67mm铠装双绞屏蔽信号电缆。
终端棒电缆：
185mm2925/0.5mm单芯铜缆（最小），
ATP环路电缆：
4mm27/0.85mm单芯铜缆
分线箱与其它轨旁设备之间连接电缆：
2.5mm27/0.67mm无铠装双绞屏蔽信号电缆
调谐单元或轨道终端单元与轨道之间连接电缆：
35mm2276/0.4mm单芯铜缆
TCU,TFU与轨道之间电缆：
10mm280/0.4mm单芯铜缆
2.6方案设计
如果需要进一步了解有关设置和方案设计的技术通告和信息，请与北京大成通号轨道交通设备有限公司联系。
3频段分配
3.1介绍
3.1.1串扰
在某种情况下，一个轨道电路的轨道信号可能被另一个轨道电路检测到。
下面给出一些轨道电路信号如何到达另一个轨道电路的例子。
3.1.2互感
如图2-1所示，在轨道电路A发送端调谐区的电流I1可在轨道电路B的接收端调谐区中感应出I2
图2-1互感引起的串扰
3.1.3
传导串扰
如图2-2所示，轨道电路A的发送调谐区的电流沿钢轨产生一个电压降，经牵引均衡连接线回路形成一个串扰电流。
这个串扰信号在轨道X与Y之间并不是完全平衡的，因此，轨道电路P、Q和R将接收到这个由轨道电路A引起的串扰信号。
3.1.4减小串扰
为了防止一个轨道电路的信号被另一个轨道电路检测到，轨道电路通过电气或机械绝缘的方式相互隔离，贯通的轨条上，轨道信号与相邻轨道电路的信号决不能相同。
通过轨道信号频段的排列达到这个要求，并且轨道电路频段的分配要严格符合规则。
5K范围设备的分配规则由2.2节给出，2K范围设备的分配规则由2.3节给出。
3.1.5轨连线与接地
另外，任何牵引回流轨连线与接地线决不能影响轨道电路信号的隔离。
在第5章-轨连线的设计之中给出更详细的论述。
3.2‘5K’轨道电路
3.2.1载频
‘5K’发送器有7种外部调制的载频，第8种载频（L）用于环路。
表2-1中列出载频与标识。
注意：
关于列车自动防护（ATP）操作要求的细节本手册没有详细叙述，编录在ATP方案设计部分。
表21‘5K’载频与标识字母
载频频率（Hz）
频段标识
4080
V
4320
K
4560
W
4800
L*
5040
X
5280
M
5520
Y
6000
Z
*注：
频段L仅用于ATP环路，L频段没有接收器。
3.2.2调制频率
外部调制的发送器可以送入14种调制频率中的任何一种调制频率，范围从28Hz到80Hz，每4Hz一档。
每一种调制频率代表一种ATP速度码，被车载设备拾取，成为列车控制系统的一部分。
‘5K’接收器的载频是固定的，但调制频率不固定。
3.2.3
频段配置规则
连贯相同的或相邻的轨道电路决不能使用同频或相邻频率范围的频段。
表2-2给出了可用于连贯轨道电路的频段。
表22‘5k’无绝缘轨道电路频段组合
V
K
W
X
M
Y
Z
Z
NO
YES
YES
YES
YES
NO
NO
Y
NO
YES
YES
YES
NO
NO
M
YES
NO
YES
NO
NO
X
YES
YES
NO
NO
W
YES
NO
NO
K
NO
NO
V
NO
YES——可以用于贯通的轨道电路。
NO——不能用于贯通的轨道电路，有绝缘节故障检测方式除外。
3.2.4典型频段配置
典型的上下行轨道电路的频段配置规则如图2-3所示。
V、W和M频段用于一侧线路，K、X和Y频段用于另一侧线路。
这种组合对列车ATP信号十分有用，因为车载设备可以测定列车在那一侧线路上。
图2-3双轨频率分配
3.2.5侧移
对于有多条铁路线路的系统，如果使用相同频段的两线路之间仅相隔一条线路，应该将相同频段轨道电路的调谐区侧移至少20m，以防止串扰。
图2-4给出了这种侧移的图解说明。
图2-4轨道电路接收端和发送端的横向位移
3.2.6‘Z’频段轨道电路的应用
信号设计方案中，从运行间隔考虑，有时需要改变轨道电路的分界点，增加或减少轨道电路会造成难于保持适合的频段分割，在这种情况下，可以插入一个‘Z’频段轨道电路，其应用遵守下列原则：
1.如果两个‘Z’轨道电路用在同一条线路，它们之间必须相隔两个其它频率的轨道电路。
2.如果‘Z’轨道电路用在相邻线路，在相邻线路之间必须相隔一个轨道电路
3.2.7位移
警示：
Z频段与Y频段或Z频段与V频段不能合在一起使用。
使用备用频段轨道电路‘Z’的位移如图2-5所示。
图2-5使用‘Z’频段轨道电路
3.3‘2K’轨道电路
3.3.1‘2K’载频和调制频率
‘2K’发送器采用内部调制。
推荐的‘2K’发送器分为4种载频和Q调制频率，载频与调制频率列在表2-3中。
表23‘2k’载频和调制频率
载波
调制
频率（Hz）
标识
频率（Hz）
标识
1700
F1
15.6
Q
2000
F2
2300
F3
2600
F4
3.3.2频段标识
通过载频与调制频率二者的标识来识别频段，例如F2频段的标识2Q。
注意‘2K’接收器的调制频率和载频是固定的。
3.3.3频段分配规则
贯通或相邻轨道区段的轨道电路绝不能使用同频段。
表2-4给出了用于贯通轨道电路的频段分配。
表24’2K’轨道电路频段分配
1
2
3
4
4
NO
YES
NO
NO
3
YES
NO
NO
2
NO
NO
1
NO
YES-可用于贯通的轨道电路。
NO-不能用于贯通的轨道电路，采用有绝缘节方式除外。
3.3.4典型频段配置
上下行双线的‘2K’轨道电路典型频段配置如图2-6所示。
频率F1和F3用于一侧线路，频率F2和F4用于另一侧线路。
图2-6‘2K’双轨轨道的典型频率分配
3.3.5道岔和渡线区的‘2K’设备
在道岔与渡线区的馈送端，‘2K’高输出发送器与轨道馈送单元连接，在接收端，‘2K’高输入接收器与轨道连接单元连接。
由于带有绝缘节,尽管相邻轨道电路必须使用不同的频段，但不需要按照F1-F3与F2-F4的顺序排列。
4轨道电路配置
4.1介绍
本章详细说明FS2500轨道电路系统如何用于不同的布局。
4.2‘5K’轨道电路的配置
4.2.1无绝缘‘5K’轨道电路的布局
图3-1表示了两个无绝缘‘5K’轨道轨道电路布局的简化示意图。
轨道是无绝缘的，轨道电路的分界由调谐区限定，在每一个轨道电路的端点各有一个终端棒和一个调谐单元。
发送器和接收器通常安装在信号设备室。
图3-1简化的‘5K’无绝缘轨道电路
4.2.2
有绝缘‘5K’轨道电路的布局
图3-2给出了有绝缘‘5K’轨道电路的简化布局。
这个布局用于无调谐区的场合，例如很短的轨道电路。
信号通过轨道终端单元（TTU）与轨道连接。
图3-2简化的有绝缘‘5K’轨道电路
4.2.3混合型‘5K’轨道电路的布局
有一种轨道电路它的分界点一端由调谐区限定，另一端由轨道绝缘节（IRJ）限定。
应用在正线轨道电路终止端，或不同类型的轨道电路始端，或道岔和渡线区间。
4.2.4‘5K’型列车自动防护环路的配置
图3-3表示出在一个简单叉区，列车自动防护（ATP）环路的应用，列车从这个叉区的一侧以载频顺序V/W/M的线路，到另一侧以载频顺序K/X/Y的线路。
为了向列车连续地提供ATP码信号，需要紧贴轨道铺设电缆环路。
外调制型的发送器通过环路发射出用于列车接收的码信号。
值得注意的是：
当道岔于定位时，环路A和C被激励，环路B截止。
当道岔反位时，环路B被激励，环路A和C截止。
4.2.5环路馈电
发送器向环路输出信号，需由环路馈电单元（LFU）和电阻箱匹配。
电阻箱包括两个电阻，可被用于一个或两个环路之中。
图3-3在道岔区域ATP发送设备的简化布局
注意：
1、长的环路可能需要电缆交叉，以使感应到运行轨上的信号最小;
2、这里仅给出了一个ATP排布的简单描述。
4.3
‘2K’轨道电路的配置
4.3.1有绝缘‘2K’轨道电路的布局
图3-4展示了一个有绝缘‘2K’轨道电路终端的简化布局，轨道电路由IRJ限定，信号经由一个“中央或终端”TU与轨道匹配。
图3-4‘2K’轨道电路与不同的轨道电路的配置
4.3.2
道岔和渡线区的有绝缘‘2K’轨道电路
‘2K’轨道电路可以用于道岔和渡线区域，轨道电路分界由信号轨上的IRJ所界定，另一根轨是连续的用于牵引回流。
这种情况下，发送器由TFU与轨道匹配，接收器由TCU匹配，轨道电路的形式如图3-5所示。
图3-5道岔和渡线区域的有绝缘‘2K’轨道电路
4.4正线轨道电路
4.4.1‘5K’正线轨道电路
正线区段，‘5K’轨道电路的常规布置如图3-1中所示，惟一不同的是,如果存在特别短的轨道区段建立不了调谐区，可参考图3-2所示由绝缘节分隔轨道电路，使用轨道终端单元（TTU）匹配。
4.4.2在现有‘5K’轨道电路中插入额外的轨道电路
如果有必要在已有的‘5K’轨道电路中插入一个额外的轨道电路，可以使用频段‘Z’来实现。
4.5道岔和渡线区的轨道电路
4.5.1介绍
正线上轨道电路系统所应用的分界方式不一定适用于道岔和渡线区域，原因是此区域的钢轨网布置复杂，道岔与渡线区域布局与设备应用取决于实际布局需要。
4.5.2一般程序
1．如果交叉区域有钢轨接缝适合安装轨道绝缘节，则可以使用正常的轨连线与跳转线，如果轨道电路的边界与岔尖或交叉点距离在5米之内，则必须使用TTU。
否则可以使用正常的调谐区。
2．如果交叉点由大的铸件结构构成，隔离点必须被切开之后才能安装IRJ，就要尽可能的少使用IRJ，所以在这种区域最好是把岔路侧线与其它线路隔离，仅使用一对IRJ，在这种情况下，使用两个接收器，每个支线一个，一般原则是接收器1用于长的支线，接收器2用于短支线。
图3-6展示了一个这种情况的例子。
图3-6切开铸件结构的隔离点
4.5.3道岔和渡线区‘5K’轨道电路的例子
当需要向列车提供ATP信号时，在道岔与渡线区不能使用‘5K’单元，图3-7中的排布展示了‘5K’轨道电路如何被应用于非ATP区段和包括道岔区段的，它包括了下面的例子。
1.正线上轨道电路AC是无绝缘的，在双端各有一个调谐区；
2.轨道电路CA在发送端有一个调谐区，在接收端由IRJ终止，在发送器和接收器之间有一些点和跳转线被用来连接到转换轨；
3.轨道电路AB有一个发送器和两个接收器，发送端和接收1端被调谐区分界，接收2端由IRJ分界，所以可以做为一个混合轨道电路的例子。
注释1：
出于安全原因，跳转线使用双线（也是为了钢轨隔离区段的列车连续检测），图中所示的跳转线的位置仅是一个例子，实际应用中，必须考虑每个现场条件。
注释2：
保持两个隔开的接收器之间电流的平衡很重要，例如，接收端的TTU连接也随其配置而定。
注释3：
在常规的排布下，失效的IRJ会引起邻近的轨道电路落下，有些情况时，考虑到轨道电路配置复杂性与运行特性之间的取舍，不能得到保全时。
必须要确保轨道电路的分路检测，例如，明显的IRJ失效可能不会引起AB与BD中的任一个轨道电路落下。
图3-7道岔区典型的‘5K’轨道电路
4.5.4
道岔和渡线区‘2K’轨道电路的例子
图3-8展示了在一个简单岔口处轨道电路的排布，如果在这种类型的连接区域需要ATP信号，则轨道电路信号由‘2K’单元提供，ATP信号由‘5K’单元提供。
图3-8在道岔和渡线区域‘2K’轨道电路系统的简化布局
4.5.4.1ATP信号
与之相类似的安排见图3.3，它用来向列车提供ATP信号。
4.5.4.2轨道电路
发送器信号经由TFU加到信号轨区段上，所有的信号轨被串接成一个连贯的轨道电路，轨道信号的回流路径通过连续轨经由TCU到达接收器，用于‘2K’轨道电路上IRJ的TFU和TCU是专门设计的，TFU在发送器和钢轨之间起匹配作用，TCU在接收器和钢轨之间起匹配作用。
注意这里使用了‘2K’高输入的接收器和高输出的发送器。
5调谐区设计
5.1介绍
FS2500系统通过在各轨道电路的终端建立调谐区的方式，把焊接好的连续钢轨分隔，正线‘5K’轨道电路使用调谐区。
5.2介绍
无绝缘‘5K’轨道电路的边界是由在各终端跨接在运行轨上的终端棒所决定的。
建立合适的调谐区，进而到轨道电路能够正常工作，这都取决于终端棒和调谐单元（TU）的位置，它们界定了轨道电路的终端，并要求按界定的位置电气连接到钢轨上。
5.3调谐区的调整
如何精确的调整这个调谐区，在所用的频道范围内保持正确的频率响应，对轨道电路的工作有很大的影响。
对一个特定的TU而言，其频道的频率和电容值都是一个固定值，因此调整调谐区的方法就是改变TU和终端棒连接之间的钢轨长度，如果这段距离增加，其相应的电感也成比例的增加，这将会降低电路谐振的频率。
注意在全部连接好后，还可以通过改变终端棒的电缆和TU电缆的位置方式对轨道电路进行微调。
5.4终端棒安装
使用成熟的方法将终端棒连接到运行轨上，以保证足够的强度和好的电气连接，终端棒的连接至少要离开最近的钢轨固定点150mm，且终端棒要用夹子或其它固定装置固定在枕木上，其电缆线不能松弛。
5.5影响轨道调谐的因素
为了选择一个正确的调谐区使轨道电路达到最长，有几个影响到调谐区特性的因素必须考虑，这些因素如下所示：
钢轨截面积；
正线上有无检查轨；
隧道轨或露天轨；
隧道结构（例如混凝土或铸铁）；
道床结构（例如钢筋混凝土）；
设备布置。
5.6调谐区长度计算
上面的前五个因素都对轨道电感有影响，因此最佳调谐区长度取决于测量轨道电感（第六个因素--设备布置，在以后章节讨论）。
为了确定调谐区的最佳长度，需要测定轨道电感可参见下图。
图4-1是长区间类型的TU的调谐区长度曲线，图4-2是短区间类型TU的调谐区长度曲线，从图上可读出需要的调谐区长度。
图4-1长轨道类型TU调谐区的长度
图4-2短轨道电路类型TU调谐区的长度
图4-3典型的调谐区布置
（1）
图4-4典型的调谐区布置
（2）
5.7
坑槽区道床的调谐区长度
首先，按图4-6将设备与钢轨临时连接，使用一个已知其电容值的TU工装来测试确定调谐区电流最大地点的频率，改变调谐区长度直到该频率符合根据已知TU电容所计算出的频率值，此条件下测得的调谐区长度就是其实际使用长度。
5.8典型轨道电路布置的调谐区长度测量
当已知调谐区的最佳长度后，还必须确定实际安装时测量长度的方法，调谐区的终端除了取决于设备布置外，还取决于现场条件，下面的几个图给出了针对四个典型布置调谐区的测量方法：
1．在图4-3中，终端棒被紧固在枕木上，其电气连接缆距离钢轨（指实际焊接点与终端棒之间）150mm，注意调谐区长度测量是从终端棒本身开始，而不是从与钢轨的电气焊接点处开始，与此类似，在TU端调谐区长度测量从连接电缆处开始，而不是从钢轨的焊接点计算。
2．图4-4的布置与图4-3相类似，出于现场需要TU的轨连线被反向连接时，调谐区长度的测量要从连接电缆处后移55mm。
注：
55mm长度取自于150mm的36%。
3．在图4-5的布置中，终端棒被反向（指弯曲方向），在这种情况下，调谐区长度的测量从终端棒处后移55mm。
注：
55mm长度取自于150mm的36%。
4．图4-6展示了调谐区在坑道上的情况，注意，对于与坑道有关的轨道电路，总是使用这种长型TU，而不管轨道电路的长度。
图4-5典型的调谐区布置（3）
图4-6典型的调谐区布置（4）
5.9‘5K’轨旁设备的定位
在各种不同形式的轨道电路中，总有一些地方其轨旁单元不能安置在使调谐区长度达到最佳所必须安装的位置上，下面列出的几个因素就可能会带来这一问题。
1．枕木间距的不同
2．轨条扣件的影响，有些局部可能扣件比较大，使得轨道连接点与这些扣件侧边间的空间小于150mm。
3．道床结构，例如枕木间的混凝土会防碍标准TU基座的安装。
4．钢轨接头正好占用所需的连接点。
5．牵引回流线必须连接在相邻两个轨道电路的终端棒之间，除正常的轨道电路连接，及必要的检查轨与运行轨之间的连接外，调谐区内不允许有其它的连接存在。
5.10钢轨接头外的轨连线
调谐区内部的轨道接缝处，必须使用两条35mm2的电缆连接两轨条。
5.11与检查轨的连接
各侧检查轨与运行轨之间必须留有20m的适当间隔并用轨连线连接，如果检查轨处于调谐区内，那么轨道电路必须连接到运行轨上。
6轨道连接线设计
6.1介绍
6.1.1轨道连接线综述
轨道连接线为运行轨信号引入了附加路径，这些路径的分布会对轨道电路的安全和可靠工作存有的危险，本节给出了一般指导，以对那些想对轨道连线有特定需求的场合给予界定，例如牵引回流，员工安全等。
6.1.2道岔和渡线区的轨连线
在道岔和渡线区，轨道电路的工作一般也需要轨连线，象其它类型的轨连线一样，本小节中的一般指导方针是，对需要轨连线的特定应用给出必要条件。
6.1.3牵引系统
轨连线的需求要考虑下列系统形式。
1．非电气化轨道
2．电气化轨道----4股道系统
3．电气化轨道----3股道系统
4．电气化轨道----高架桥系统
6.2故障的影响
6.2.1运行回路、钢轨破裂和接地故障
必须确保任何轨连线的设计，在钢轨断裂状态下，钢轨区段不与列车检查分离。
6.2.2钢轨破裂
图5-1展示了一个轨道区段是如何由于钢轨破裂被隔绝的，由于地线连接为轨道信号提供了一个通路，在破裂区间内列不能检测到列车分路。
必须强调的是由轨连线提供的通路不是显而易见的信号电缆，它可能是下面这些任一情况的结果：
1．存在两个或多个的接地故障；
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