铁路运营信号基础

?第一章：铁路信号概述

?第二章：铁路线路

?第三章：区间闭塞-------区间列控

?第四章：列车运行控制---区间列控

?第六章：车站信号--------车站联锁

?第八章：驼峰信号

?第七章：行车调度指挥

?第五章：列车运行图和区间通过能力

@课后作业

1、什么是铁路运输系统？有什么优势？

铁路运输是以机车车辆等移动设备和铁路线路、桥梁、隧道、站场等固定设备为基本设备，以车站为运输生产基地的实现旅客和货物运输的庞大系统。

是陆地运输的主要方式，优点：

–运量大，

–成本低，

–速度快，

–安全可靠，

–能全天候运输等

2、铁路信号的作用是什么？

广义铁路信号：铁路上用的信号、联锁、闭塞等设备的总称。包括铁路信号设备和信号系统两个层次。

狭义铁路信号：铁路上用的“信号”设备。包括信号机、信号表示器、机车信号等。

1、铁路信号设备是铁路运输的重要基础设备

2、保证行车安全（首要）

3、提高运输效率

4、改善劳动条件

3、故障——安全的含义是什么？

铁路信号的安全性：功能安全+技术安全

功能安全：系统在无故障地正常工作中有保证行车安全的性能。

技术安全：系统发生故障后其后果仍能导向安全行车。

铁路信号安全性对信号显示的要求：

1、信号显示应能反映所防护线路的空闲状态

2、信号显示应能反映危及行车安全的因素是否发生

3、信号显示应能指示安全运行速度

信号设备（系统）内部发生故障时，该设备能够导向安全侧。即给出不危及行车安全的信号。

例如：

轨道电路——占用

区间——不能向区间发车

信号机——降级或转移显示

可靠性：在规定的时间内和规定的条件（环境）下完成规定功能的能力。

@课后作业

1、说明有砟轨道线路的组成部分及其作用。

^线路：机车车辆走行的通路。

铁路线路是机车车辆和列车运行的基础

铁路线路的组成：路基、桥隧建筑物、轨道

铁路线路分类：有砟轨道线路，无砟轨道线路

**有砟轨道线路组成：轨道、下部建筑

轨道组成：钢轨、轨枕、道床、道岔、连接零件、防爬设备等

下部建筑组成：路基、桥梁、隧道、涵洞等

!!钢轨作用：承受车轮传来的力，传给轨枕;引导列车运行方向。

轨缝的作用是什么？适应钢轨热胀冷缩的需求。

轨距：国际标准：标准轨轨距为1435毫米;宽轨轨距为1520毫米及以上; 窄轨轨距为1067毫米及以下。通过更换转向架可以实现列车在不同轨距的铁路上进行联运。

钢轨断面：采用“工”字形；由轨头、轨腰、轨底组成；

断面特点：轨底较宽，有利于保证钢轨的稳定性。

!!轨枕

作用：保持钢轨的位置、方向和轨距

分类：按制造材料分有木枕、钢筋混凝土枕两种。

轨枕的布置：每千米布置的轨枕数，由运量、行车速度等运营条件确定。

我国铁路规定：木枕轨道每公里轨枕数：1440——1920根

混凝土轨道每公里轨枕数：1440——1840根

!!道床

1、位置：道床介于轨枕和路基之间，铺设在路基上的道砟（碎石或沙子）层。

2、作用：把轨枕上的压力均匀传给路基；排除轨道中的雨水；阻止轨枕移动；缓和车轮对钢轨的冲击；使轨道具有足够的弹性。

!!道岔

列车运行过程中，当由一条线路转入另一条线路，或跨越其他线路时，需要设置线路的连接与交叉设备，即道岔。

!!连接零件

连接零件包括鱼尾板（又称接头夹板）、螺栓、螺帽和弹性垫圈等部分。

!!防爬设备

爬行：列车运行时，使钢轨做纵向移动。

为防止爬行，可安装防爬设备，如防爬器、防爬撑等。

措施：必须定期对道床清理，补充新砟。

2、什么是限制坡度？它的大小对运营条件和工程条件有什么影响？

线路坡道的坡度用千分率表示i(‰)=h/L=tanα

Wi/(P+G)g=BC/AB

坡道附加阻力Wi= (P+G)g *BC/AB

单位坡道附加阻力wi= BC/AB

当α足够小时，wi= BC/AC=i

限制坡度：在某一铁路区段，当牵引类型定下来以后，确定货物列车最大重量的坡度，称为限制坡度（包括坡道上的曲线附加阻力），简称限坡。

影响：减小限制坡度，可增加列车重量，提高运输能力，但也会大大提高工程造价，受工程

条件的限制。

3、铁路上为什么要规定限界？什么是建筑限界和机车车辆限界？

为了确保机车车辆在铁路线上安全运行，防止机车车辆撞击邻近的建筑物和设备，以及在沿线临时堆放的工程材料，机车车辆间也应有一定的间隙。因此，建筑物和设备以及机车车辆本身都要规定一个不得侵入或超出的轮廓尺寸，叫限界。

(1)机车车辆限界：规定机车车辆不同部位的宽度、高度的最大尺寸和其零部件至轨面、铁路中心线的距离。

注意：机车车辆的任何部位，除升起的受电弓外，都必须容纳在限界轮廓之内，严禁超出。

(2) 建筑限界：建筑限界就是每一条铁路线路必须保证有最小空间的横断面，以便机车车辆安全通过。

注意：曲线地段的建筑限界应该在直线建筑限界的基础上适当加宽。

@课后作业：

1、什么是区间及其分类？什么是分界点？区间与分界点之间的界限是什么？

1)区间的概念：为保证行车安全和铁路线路必要的通过能力，将铁路线路分成若干个长度

不等的段落，每一段线路叫做一个区间。

在同一个区间，同一时间只准许一列列车运行！

2)分界点的概念：相邻两个区间的分界称为分界点。分界点是车站、线路所及自动闭塞区

间的通过信号机的通称。

3)区间的分类：根据分界点的不同分为站间区间、所间区间、闭塞分区。

（1）站间区间：两端的分界点均为车站

（2）所间区间：两端的分界点均为线路所或者线路所与车站间的区间。

（3）闭塞分区：通过信号机是自动闭塞区段上的分界点，或者一个通过信号机一个进站信号机/站界标。

4）区间与分界点的界限

（1）区间与车站的界限

?单线：以进站信号机机柱中心线为界

?双线：进站信号机机柱或站界标的中心为界。

（2）区间与线路所或者通过信号机的界限

以该区间通过信号机机柱的中心线为界。

2、闭塞的定义及分类

闭塞的概念：用信号或者凭证，保证列车按照空间间隔法运行的技术方法。

实行区间闭塞的基本方法：时间间隔法、空间间隔法（！）

（一）站间闭塞

1、人工闭塞

定义：采用电气路签或路牌、路票作为列车占用凭证，由接车站值班员检查区间是否空闲。分类：电话闭塞、电报闭塞、路牌闭塞、路签闭塞

电话闭塞（备用方法）：两站通过电话联系，列车凭路票行车。

电报闭塞：两站通过电报联系，设有专门的电报闭塞机，列车凭路票行车。

路签（牌）闭塞：区间两端车站装设同一型闭塞机各一台（称为一组），彼此有电气锁闭关系。闭塞机可以计算存入的路签（牌）的数量，当一组（两台）闭塞机中存放路签（牌）总数为偶数时，经双方协同操作，发车站可取出一枚路签（牌），递交司机作为行车凭证。在列车到达前（即路签、路牌未放入闭塞机以前），这一组闭塞机中不能再取出第二枚路签（牌），以阻止下一班车进入该区间。

2、半自动闭塞：

半自动闭塞需人工办理闭塞手续，列车凭信号显示发车后，出站信号机自动关闭；当列车进入接车站，由值班人员确认列车完整到达后，解除闭塞。半自动闭塞区间无轨道占用检查设备。

64型继电半自动闭塞有三中类型：64D、64S、64Y，其中我国单线铁路中常用64D型半自动闭塞。

出发列车进入区间后，出站信号机自动关闭。

因为出站信号机的开放、闭塞机复原必须人为办理，而信号机关闭则是自动完成，既有人工又有自动，故称为半自动闭塞。

半自动闭塞的改进方法：

长轨道电路、计轴设备、改进事故复原电路

3、站间自动闭塞

特征：有区间占用检查设备（1、轨道电路：工作状态：调整状态---空闲分路状态---占用断轨状态---故障||||点亮红灯（分路状态或者断轨状态）////2、计轴设备：在区间

的两端口分别安装计轴设备，通过核对进入区间的轮轴数与离开区间的轮轴数来判断区间状态，若两端测的数相等，表示区间空闲，否则表示有车占用。），站间或所间区间只准走行一列列车，办理发车进路时自动办理闭塞手续，自动确认列车到达和自动恢复闭塞。

与半自动闭塞的区别：在半自动闭塞的基础上增加了区间占用检查设备（长轨道电路或计轴设备）。

（二）自动闭塞

定义：根据列车运行及闭塞分区状态，自动的变换通过信号机的显示，将闭塞分区占用情况自动通知追踪列车。

和半自动闭塞相比，自动闭塞的优点：

1、站间区间允许列车追踪运行，显著提高了区间通过能力

2、不需要办理闭塞手续，既提高了通过能力又减轻了车站值班员的劳动强度

3、通过信号机的显示能直接反映运行前方列车所在位置以及线路的状态，可以确保列车在区间运行的安全

4、自动闭塞能为列车运行超速防护提供连续的速度信息，构成更高层次的列车运行控制系统，保证列车高速运行的安全。

与站间自动闭塞的相同点：都有区间占用检查设备，都能自动办理闭塞手续，自动确认列车到达并自动恢复闭塞。

与站间自动闭塞的区别：站间自动闭塞的站间或所间区间只能有一列列车，而自动闭塞将站间区间划分成若干闭塞分区，站间区间可以有多列列车实现追踪运行，极大地提高了区间通过能力。

！！分类：传统的自动闭塞、装备列车运行自动控制系统的自动闭塞

传统的自动闭塞一般设地面通过信号机，装备机车信号，适用于最高运行速度在160km/h及以下的列车，向司机提供空间间隔（距离）信息，可分为三显示、四显示、多信息自动闭塞。

装备列车运行控制系统的自动闭塞向司机提供速度信息，可分为固定闭塞、准移动闭塞、移动闭塞。

3、说明固定闭塞、准移动闭塞、移动闭塞的区别。

装备列车运行控制系统的自动闭塞分类：

固定闭塞：分级速度控制模式

准移动闭塞（虚拟闭塞）：目标距离控制模式

移动闭塞：目标距离控制模式

固定闭塞式的列车自动控制系统，采用传统的轨道电路，按固定的方式，根据线路情况、列车特性和固定的速度等级确定闭塞长度，列车以闭塞分区为最小行车间隔。

此种制式的列控系统采用分级速度控制模式，列车运行间隔为若干个闭塞分区，闭塞分区以轨道电路或计轴装置来划分，固定闭塞的追踪目标点为前行列车所占用闭塞分区的始端，后行列车从高速开始制动的计算点为要求开始减速的闭塞分区的始端，二点之间的间隔长度固定，故称为固定闭塞。

特点：1、追踪目标点固定

2、制动点固定

3、空间间隔长度固定

准移动闭塞方式的列控系统采取目标距离控制模式，又称连续式一次速度控制。目标距离控制模式是根据目标距离、目标速度及列车本身的性能确定列车制动曲线，不设定每个闭塞分区的速度等级，采用一次制动方式。

准移动闭塞的追踪目标点为前行列车所占用闭塞分区的始端，当然会留一定的安全距离，后

行列车从高速开始制动的计算点为根据目标距离、目标速度及列车本身的性能计算决定的。

特点：1、追踪目标点固定

2、制动点不固定

3、空间间隔长度不固定

虚拟闭塞是准移动闭塞的一种特殊方式。

它不设轨道占用检查设备和轨旁信号机，采取无线定位方式实现列车定位和占用轨道的检查功能。

闭塞分区和轨旁信号机是以计算机技术虚拟设定的，仅在系统逻辑上存在有闭塞分区和信号机的概念。

除了虚拟闭塞将闭塞分区和轨旁信号机均定义为虚拟的以外，其余等效于准移动闭塞。虚拟闭塞方式有条件将闭塞分区划分的很短，当短到一定程度，其效率就接近于移动闭塞。

移动闭塞不需要将区间划分为固定的若干闭塞分区，而是在两列车间自动地调整运行间隔，使之经常保持一定的距离。所以称列车运行自动调整，它大大地提高了区间的通过能力。移动闭塞方式的控制系统也采取目标距离控制模式，目标距离控制模式是根据目标距离、目标速度及列车本身的性能确定列车制动曲线，采用一次制动方式。

移动闭塞是相对于固定闭塞而言的。固定闭塞有固定的闭塞分区，移动闭塞则没有固定的闭塞分区，列车之间的间隔是移动的、变化的。

在干线铁路上尚无应用实例，在城市轨道交通中，运用较多。

移动闭塞的追踪目标点是前行列车的尾部，与前行列车的走行速度有关，当然会留一定的安全距离，后行列车从高速开始制动的计算点为根据目标距离、目标速度及列车本身的性能计算决定的。

特点：1、追踪目标点不固定

2、制动点不固定

3、空间间隔长度不固定

4、什么叫追踪间隔时间

追踪间隔时间：在同一方向的两列列车，彼此以闭塞分区相间隔追踪运行，前一列车的尾部与后一列车的头部之间所保持的最小间隔时间。

（二）、三显示制式的追踪间隔时间计算

1、列车间隔三个闭塞分区，在绿灯下运行：

其中：L追为追踪间隔时间，min；L列为列车长度，m；L闭为一个闭塞分区长度，m；V平均为绿灯追踪下的列车平均速度，km/h

注意：L闭应按照最长的区段计算

2、列车间隔两个闭塞分区，在黄灯下运行：

其中：t确为司机确认信号变换显示的时间，一般为0.25min；

V平均为黄灯追踪下的列车平均速度，km/h

3、列车接近车站时的追踪间隔时间：

其中：t准为车站为第二列列车准备进路的时间，电气集中为0.25min；

L岔为进站信号机至警冲标的距离，m

4、自动闭塞区段车站同方向发车的间隔时间：

其中：t准为车站值班员显示发车指示信号、车长指示发车信号、后行列车司机确认信号显示状态、开动列车的时间（按1min计算）

所以相同条件下，四显示比三显示追踪间隔时间短。

通过信号机的作用：指示列车能否进入该信号机所防护的闭塞分区或所间区间

预告信号机：

1）作用：将主体信号机的显示状态提前告诉司机

2）设置：距离主体信号机不少于800米的地方

3）显示及含义：

绿：主体信号机点亮允许灯光

黄：主体信号机点亮红灯

区间通过信号机应在车站进站、出站信号机位置确定后开始布置。

@课后作业：

1、什么是机车信号？如何分类？

机车信号是一种能够自动复式列车运行前方地面信号机显示的机车车载系统。

? 1.反映列车的运行条件，通过对接收到的地面信号进行处理，得到列车运行前方信号机的显示信息，并将该信息通过相应的显示机构显示出来。

? 2.为其他的列车运行监控设备提供所需的一些信息。

机车信号在保障行车安全、提高铁路运输效率以及改善机车乘务员的劳动强度等方面具有重要意义。

！一个白色灯光：不复示地面上的信号显示，机车乘务人员应按地面信号机的显示运行。无显示时，表示机车信号机在停止工作状态

机车信号根据其信号显示的作用不同分为两种：

●机车信号仅用来复示地面固定信号，为辅助信号

●机车信号作为主体信号使用

机车信号根据其设备的信息传递方式：点式、接近连续式、连续式

?1.点式机车信号是在线路上某些固定地点设置相应的地面设备，当机车通过时，向机车传递信息。如进站信号机外方1200米和400米处设置地面设备向机车传递信息。

用于非自动闭塞区段，仅在个别区段有显示，不能有效保证安全，已淘汰。

? 2.接近连续式多用于非自动闭塞区段。在进站信号机或线路所的通过信号机外方制动距离附近的固定地点（前方1200m）设置发送设备，并从固定地点到信号机之间加装一段轨道电路。从列车第一轮对（最前面的车轮）轧在轨道电路上时起，发送装置就连续不断地向机车上传送地面信号的信息，使机车信号机连续复示信号机的显示。

? 3.连续式机车信号用于自动闭塞区段。铁路上的各个闭塞分区都设置相应的轨道电路及信号发送设备，只要列车在轨道上行驶，被机车第一轮对短路的轨道信号电流就会在钢轨周围产生磁场。装在机车上的感应器接收到信号，经过解码使机车信号机不断地显示与前方地面信号机相同的信号，司机可以随时获得前方信号机的显示信息。

2、列控系统的速度控制模式有哪几种？

1、分级速度控制

◆以一个闭塞分区为单位，根据列车运行的速度等级，对列车运行进行速度控制。

◆列车追踪间隔主要与闭塞分区的划分、列车性能和速度有关。

◆分级速度控制又分为阶梯式和曲线式

1）阶梯式

阶梯式分级速度控制又分为超前式和滞后式。

一个闭塞分区的进入速度称为入口速度，驶离速度称为出口速度。

超前速度控制方式又称为出口速度控制方式，也称为入口速度检查方式。给出列车的出口速度值，控制列车不超过出口速度。

日本新干线ATC采取超前式速度控制方式，采用设备控制优先的方法。阶梯式实线为超前式速度控制线，粗虚线为列车实际减速运行线。因为列车驶出每一个闭塞分区前必须把速度降至超前式速度控制线以下，不然设备自动引发紧急制动，所以超前式对出口速度进行了控制，不会冒出闭塞分区。

滞后速度控制方式又称为入口速度控制方式，也称为出口速度检查方式。给出列车的入口速度值，监控列车在本闭塞分区不超过给定的入口速度值，采取人控优先的方法，控制列车不超过下一闭塞分区入口速度值。

法国TVM-300列控系统采用人控优先的方法，进行滞后速度控制。若列车失控，在本闭塞分区的出口即下一闭塞分区的入口处的速度超过了给定的入口速度，碰到了滞后式速度控制线，即所谓撞墙，此时设备会自动引发紧急制动，列车便会进入下一个闭塞分区，因此必须要增加一个闭塞分区作为安全防护区段，俗称双红灯防护。粗虚线为列车实际减速运行线，细虚线为撞墙后的紧急制动曲线。

2）曲线式

曲线式分级速度控制，根据列车运行的速度分级，每一个闭塞分区给出一段速度控制曲线，对列车运行进行速度控制。

分为分段曲线式和连续曲线式分级速度控制。

法国TVM430系统采取曲线式分级速度控制方式。粗实线为曲线式分级速度控制线，列车实际减速运行线只要在控制线以下就可以了，万一超速碰撞了速度控制线，设备自动引发紧急制动，不需增加一个闭塞分区作为安全防护区段。

分段曲线式分级速度控制

分段式制动速度控制曲线是根据每一个闭塞分区的线路参数和列车自身的性能计算而定。因为制动速度控制曲线是分段给出的，所以一般是不连贯和不光滑的。

连续曲线式分级速度控制：

不连贯、不光滑的曲线，可以利用计算机技术做成连贯和光滑的曲线。但粗实线所示的制动速度控制曲线，实际上是各闭塞分区入口速度控制值的连接线，不随列车性能和线路参数的变化而变化，具有唯一性，与目标距离控制模式曲线不同，本质上扔属于分级速度控制模式。

2、目标距离-速度控制

◆采取的制动模式为连续式一次制动速度控制的方式，根据目标距离、目标速度及列

车本身的性能确定列车制动曲线，不设定每个闭塞分区速度等级。不需增加一个闭塞分区作为安全防护区段。

◆连续式一次速度控制模式若以前方列车占用的闭塞分区入口为追踪目标点，则为准

移动闭塞；若以前方列车的尾部为追踪目标点，则为移动塞闭。

◆移动闭塞在城市轨道交通中有应用，铁路中无实例。

准移动闭塞：欧洲ETCS1～2级、日本I—ATC和中国CTCS1～3级列控系统。

列车制动的起点是随着线路参数和列车本身性能不同而变化的，空间间隔长度不固定，适用于不同速度、性能的列车混合运行，追踪间隔比分级速度控制小，旅客舒适性也更高。

3、CTCS分为几级，分别进行说明。

CTCS根据功能要求和设备配置划分应用等级，分为CTCS-0、CTCS-1、CTCS-2、CTCS-3、CTCS-4级共5个等级。

1、CTCS-0（简称L0）

通用机车信号+列车运行监控装置，为既有系统，120km/h及以下；在既有地面信号设备的基础上，采取大存储的方式把线路数据全部存储在车载设备中，靠逻辑推断地址调取所需的线路数据，结合列车性能计算给出目标距离式制动曲线。

2、CTCS-1（简称L1）

主体机车信号+安全型运行监控装置，160km/h及以下区段

轨道电路完成列车占用检测及完整性检查，连续向列车传送控制信息

增加点式设备，传输定位信息

把线路数据全部存储在车载设备中，在L0级基础上提高了系统的安全性。

3、CTCS-2（L2）

基于轨道电路的列控系统（TBTC）

目标距离控制，准移动闭塞

面向提速干线和高速新线，适用于200-250km/h,适用于各种限速区段，地面可不设通过信号机。

点连式列控系统（轨道电路+应答器），

轨道电路完成列车占用检测及完整性检查，连续向列车传送控制信息；

点式设备传输定位信息、线路参数、限速等信息。

4、CTCS-3（简称L3）

基于通信的列控系统（CBTC），适用于300-350km/h,可叠加在既有干线信号系统上

增加了无线闭塞中心（RBC）和GSM-R，临时限速服务器

无线传输+轨道电路+点式设备

是基于GSM-R无线通信实现车地信息双向传输，无线闭塞中心（RBC）生成行车许可，轨道电路实现列车占用检查，应答器实现列车定位，同时具备CTCS-2级功能的列车运行控制系统。

5、CTCS-4（L4）

完全基于通信的列控系统，可取消轨道电路

由地面无线闭塞中心（RBC）和车载设备完成列车占用检测及完整性检查，

点式设备提供列车用于测距修正的定位基准信息

无线通信系统实现车地间连续、双向的信息传输。

采用移动闭塞或虚拟闭塞