鐵路信號基礎知識

基本概念及故障-安全原則

1. 鐵路信號定義及作用

狹義：用特定的物體（包括燈）顏色、形狀、位置或用儀表和音響設備等向行車人員傳達信息。控制的是司機。最常用的是視覺信號--紅綠燈，包括地面上的和機車上的。（顏色和外型 形狀花紋等）車站聯鎖、區間閉塞系統都屬于狹義的信號系統。

地面信號：

行車信號機、出站信號機（兩列 共5個燈 放在水泥墩子上）、調車信號機（一列 兩個燈）

機車信號

（火車機車上，曲線運行時由于夾角或遇到惡劣天氣等司機可能看不清路上的信號機。司機看到紅燈才會停，所以需要設定對應的同步，避免上述情況。）輔助地面信號保證運行安全。

普速（200km/h以下）

列車地面信號機為主，機車信號為輔助。出現不一致以地面為準。

高速（200km/h以上）

機車信號升級為主體信號，地面信號降級成為備用，有的區段甚至取消了地面信號機。因人眼的觀察距離不能滿足列車安全的運行需要。
廣義：鐵路運輸系統中，保證行車安全、提高區間和車站通過能力以及編解能力的手動控制、自動控制及遠程控制能力的總稱。? 增加了自動控制和遠程控制技術的應用。中國CTCS借鑒歐洲ETCS。CTCS系統包括聯鎖系統、車站列控中心TCC、臨時限速服務器TSRS、無線閉塞中心RBC、列車自動防護系統ATP?？刂茖ο笥扇俗兂闪塑?，超速時可以直接控車。所以可以直接稱為列車運行控制系統。
作用：保安全（防止迎面、側面沖突、追尾【XX年7月9日，一列慢車在軌道上，讓旅客列車走正線，違規操作道岔接反了，直接走了側線。】和超速【臺灣，司機關掉了ATP故過進站彎道超速，列車脫軌；中國XX年4月29日，交際鐵路彎道超速脫軌】等事故）；提高效率，最小運行間隔可以到3min（提升效率的關鍵，貨運不重速度重密度），最高速度可以達到350km/h（能耗、成本、列車磨損等多方權衡，客運列車更重視速度）。兩類需求之間的矛盾要求二者分開。

2. 信號的基本概念

列車定位設備

國內1和3用的多，國外2用的多。與各國對線路安全點關注的差異有關。軌道電路依靠鋼軌傳遞，鋼軌斷了之后回路阻斷變成紅燈，因此采用軌道電路有助于定位斷軌故障。國內軌道長（鐵道部管轄的和自建的）、里程長，小概率事件次數多。歐洲里程少，人力成本高，電纜貴軌道電路燒錢，計軸點成本更低一些，可靠性高于軌道電路（結構復雜、維護成本高），維護成本也低。我國更多從安全角度理解

軌道電路

（原理：鋼軌通電，電能否運送到控制燈的鐵片上控制燈的顏色。鋼軌是一段一段的，10-20m）藍色：空閑；紅色：有車；白色：辦理好了一條進路即將進站，已經被鎖閉。【普速鐵路的主要定位設備】

計軸

車輪傳感器及評估板（安裝在鋼軌的側面，靠磁性）車輪經過磁場產生電流，脈沖信號，切割方向感知到車。一個傳感器位置稱為一個計軸點，將信息傳遞給評估板進行分析?！久總€輪對是一個軸，一個車廂四對輪軸】通過對輪對的監測判斷列車是否在某個區間里從而控制信號燈（計軸傳感器的技術，有幾個輪對過去了？計數差）

應答器

鋼軌中間，黃色長方形盒子，大號公交卡（射頻感應技術傳輸信息）。里邊存儲著坐標信息（里程標）、線路的最高限速、坡度信息（上下坡）、前方線路的曲線半徑，列車經過應答器時BTM（天線）激活應答器里邊的電路，發送信息。也會通過GSMR網絡傳遞給RBC ?調度人員。

不光可以實現定位還可以實現信息傳輸，可分為無源（不會接收外部信息的更新）和有源應答器（有電纜接到主控室，可以更新信息）

道岔及轉轍機

道岔

一條線路分為兩條線路（鐵路路口）。單開道岔，尖角鋼軌位置的變化（由轉轍機實現）道岔有自己的編號

轍叉號

岔心夾角的余切值，號越大角越小轉換越平緩，曲線半徑越大，速度可以更高一些。分界點是18號。大于18，允許速度可以提高到80km/h以上。9號，最高不能超過45km/h。因此采用大號碼道岔對提升效率有利，但分開越來越慢，故長度越長，造價越高。且實際設置是受到地理條件限制的。

轉轍機

鐵路運行方向控制設備（ZD6電動轉轍機 普速鐵路直流電220V；S700K型電動轉轍機 高速鐵路交流電380V）轉轍機由聯鎖系統控制。按照驅動方式分為電動、液壓（操作慢，重的道岔）、空壓（靠空氣突然釋放，一般用在駝峰場，速度快但需要的力不大）。一組道岔可以由1臺也可以多臺（3、5、9）

信號顯示設備

色燈信號機

進站信號機

共5個燈，2燈為一組，劃分為221。顏色的排列順序是固定的，黃綠紅黃白。
一個綠燈：直接通過不停車
一個黃燈：越過該信號機后司機需要開始制動，下一站信號機是紅燈

出站信號機

3個燈一組（黃燈在最下面）
高柱信號機：正線的進出站，行車速度高，看得遠，保證司機盡快采取措施不出現冒進的情況。一個黃燈允許列車由車站出發，表示前方有一個閉塞分區空閑。
矮柱信號機：看得近

調車信號機

區間信號機

信號顯示制式：

三顯示

區間信號機，紅色停車、黃色注意運行下一個是紅燈、綠色可以按照規定速度運行至少還可以看到兩個不是紅燈的燈。目前運行在線路120km/h以下的。

四顯示

紅、黃80km/h、綠黃前方有2個閉塞分區空閑速度不能超過120km/h、綠至少有3個閉塞分區空閑速度不能超過160km/h。適用于120km/h-160km/h的線路?！颈仨毩粝伦銐虻木嚯x用于減速，平穩制動 保證舒適度】

速度控制曲線

高于160時必須采用自動控制，顯示在DMI上（人機顯示界面，右上角）這些都存在車載設備電腦里。

閉塞

用信號或憑證（確認任務是否完成，信號系統停用時用路票來控制行車）來保證列車按照空間間隔制（空間上保持間隔，保證兩個主體之間不發生接觸）運行的技術。任何情況下都保證兩列列車之間保持一定的間隔距離。強調的是技術方法，不包括人工

閉塞分區

長度要滿足制動距離（從110km/h至0的制動距離，是常規制動，不是緊急制動）的要求，一般為1000m - 1500m。每兩架通過信號機之間為一個閉塞分區。Or通過與進站or通過與出站。

閉塞方式分類

站間閉塞

兩站之間一列列車。按照技術手段分類：半自動閉塞、自動站間閉塞。有些地方不需要注重效率，因此具體方式的選擇需要根據需求來判斷。

自動閉塞（se）

根據列車運行及有關閉塞分區狀態自動變化信號顯示。

三顯示自動閉塞

【低速鐵路，以人為主】

四顯示自動閉塞

【低速鐵路，以人為主】

固定閉塞

停車點為前行列車所占用的閉塞分區的起點，后行列車從最高速開始制動的計算點為要求開始減速的閉塞分區的起點。這兩個點是固定的，空間間隔的長度也是固定的，因此稱為固定閉塞。C2即為固定閉塞。

準移動閉塞

停車點為前行列車所占用的閉塞分區的起點，后行車從最高速開始制動的計算點是根據目標距離、目標速度及列車本身的制動性能計算決定的。終點固定，起點不確定，距離不固定。C3即為準移動閉塞。（因為只有一個點是不固定的）

移動閉塞

停車點為前行列車的尾部，后行列車從最高速開始制動的計算點是根據目標距離、目標速度及列車本身的制動性能計算決定的。制動的起點和終點都是不斷變化的，間隔長度不確定，因此稱為移動閉塞。目前我國還沒有開發出此類系統。思路與目前汽車行駛類似。

聯鎖

狹義

通過技術方法，使信號、道岔和進路（給列車劃定的一段運行空間，是空間概念）必須按照一定程序病滿足一定條件，才能動作或建立起來的相互關系。該概念產生于繼電聯鎖時代。步驟包括辦理進路—經過道岔—道岔到達指定位置時控制信號機—現場設備出現問題時要及時向控制室和維修人員反映。目前依靠計算機聯鎖系統來實現。

廣義

不光包含上述組成部分，還需要包含列車。

CTCS及其運行等級

China Train Control System：主要有車載子系統（主機、應答器天線、與無線閉塞中心的通信依靠GSMR天線，屬于2G）和地面子系統

等級：

1. C0：通用機車信號+列車運行監控裝置（LKJ）
2. C1：CTCS-1
   適用范圍：適用于160km/h及以下速度等級的線路。
   主要技術特點：
   基于軌道電路傳輸信息，采用地面信號機作為行車憑證。
   主要依賴于傳統的自動閉塞系統，通過軌道電路檢測列車位置，并由地面信號機向司機顯示信號。
   系統較為簡單，適合較低速度的普通鐵路線。
3. C2：
   適用范圍：適用于200km/h及以下速度等級的線路。
   主要技術特點：
   使用軌道電路和應答器（Balise）進行信息傳輸。
   列車裝備有車載ATP（Automatic Train Protection，自動列車防護）設備，可以接收來自地面設備的信息并實時監控列車的速度和位置。
   車載設備能夠根據接收到的信息計算出允許的最大速度，并在必要時自動施加制動以防止超速或碰撞。
   不依賴于連續的無線通信，而是通過固定的應答器提供定位和限速信息。
4. C3：
   適用范圍：適用于300km/h及以上速度等級的高速鐵路。
   主要技術特點：
   結合了CTCS-2的所有功能，并增加了基于GSM-R（Global System for Mobile Communications - Railway）的無線通信系統。
   GSM-R用于實現地面與車載設備之間的雙向通信，支持列車與控制中心之間的實時數據交換。
   支持移動閉塞（Moving Block），即列車之間的間隔不是固定的，而是動態調整的，從而提高了線路的利用率和列車的運行效率。
   提供更高的自動化程度和更強的安全保障，適用于高速鐵路環境。
5. C4：
   適用范圍：未來發展方向，目前尚處于研究和發展階段。
   主要技術特點：
   完全基于無線通信技術，取消了傳統意義上的軌道電路和應答器。
   實現了更加靈活的列車控制方式，如虛擬閉塞（Virtual Block）或移動閉塞。
   目標是進一步提高系統的靈活性、可靠性和安全性，同時降低建設和維護成本。
   需要先進的通信技術和更復雜的算法來確保列車的安全運行。

3. 信號系統的組成

地面：

計算機聯鎖系統（CBI）

利用計算機實現聯鎖功能，以前是使用繼電器來實現該功能。6502電路是從蘇聯引進的，直到現在很多要求都是基于這套電路來制定和執行的。

車站列控中心（TCC）

根據其管轄范圍內各列車的位置（軌道占用情況）、聯鎖進路以及線路限速狀態（出現特殊狀況時可能需要修改限速）等信息，對軌道電路發送編碼信息，對車站有源應答器發送進路參數信息，向列車提供其所需的運行許可。（發給機車右上角的那個燈的信號）

臨時限速服務器（TSRS）

向正線CTC管轄范圍內的RBC、各車站/中繼站TCC傳遞臨時限速信息（發送限速范圍、具體數值等信息）。一段線路設置一到多個，依據具體線路長度決定。

無線閉塞中心RBC（C3才會有）

控制一個范圍內的所有列車。根據ATP、CBI、TCC、TSRS以及信息與列車進行通信（通過GSMR網絡）

車載：

車載ATP

C3速度防護。根據信息按照規定的速度控制模式（例如：目標距離連續速度控制模式）生成曲線進行監控。提供顯示和操作界面DMI，為司機提供駕駛過程的參考信息。以前用雙司機保證。

ATO

京張鐵路已經實現

4. 故障-安全原則

TB/T 2615-94 行業標準《鐵路信號故障-安全原則》

故障

在規定的時間內和規定的條件下，信號設備規定的功能（部分或全部）受到限制或喪失。
（檢修周期：小修、中修和大修不能用了需要全部更換）聯鎖繼電器大修是15年，計算機聯鎖是10年。
出現故障時，需要做出應對。保證安全，人身和財產不受危害。
安全性：在規定的時間內和規定的條件下，有關設備不發生危險狀態的概率。是一個理想狀態的計算結果，10e-9/h這種極小的概率是無法驗證的。為了確保在有限時間故障不發生。
EN50128 安全規定，SIL等級
故障以后導向安全！FS（Fail Safe）
故障安全原則（具體情況具體分析）

1. 從技術上能夠實現的，不需要人工執行任何操作和處理。（微波爐、電梯）機械結構和電氣結構的設計。
2. 在下列情況下信號設備不應導致危機行車安全狀態：
   一個故障；
   一次故障及其二次故障的疊加；
   一次故障及其二次故障和過負荷故障；
   一個故障加誤操作；
   當故障不能立即發現時，應考慮積累另一個故障。
   例如軌道電路：固有安全，負載端和電源端放在剛軌的兩端。