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1、2023/3/2,1,第二章 城市轨道交通系统的构成,北京铁路局石家庄职工培训基地主讲：邢建章职务：工程师E-maiI:,2023/3/2,2,第二章 城市轨道交通系统的构成,第七节 信号系统,第五节 供电系统,第六节 通信系统,第四节 轨道,2023/3/2,3,第四节 轨 道,轨道结构是城市轨道交通系统的重要组成部分，一般由钢轨、轨枕、道床、道岔及其他附属设备组成，见图241。各部分均应有足够的强度和稳定性，才能保障列车按规定的最高涑度安全、平稳和不间断地运行。,图241 轨道结构,2023/3/2,4,一、钢轨,钢轨直接承受车轮的巨大压力并引导车轮运行方向。其类型通常用每米长度的重量表示
2、，现行标准钢轨类型有75、60、50kgm等。城市轨道交通线路一般采用50或60kgm钢轨，60kgm钢轨比50kgm钢轨寿命更长、更耐磨，见表241。钢轨的标准长度有25m和125m两种。标准轨距为1435mm。钢轨断面采用具有最佳抗弯性能的工字形断面，由轨头、轨腰、轨底三部分组成，见图242。轨道交通正线应采用焊接型长钢轨，见图243。,表241 60k/m钢轨的性能,2023/3/2,5,第四节 轨 道,图243 线路的铺装,图242 钢轨,2023/3/2,6,道床和轨枕是钢轨的基础。道床有整体道床和碎石道床两种，道床在隧道内采用混凝土整体道床，可减小隧道断面的开挖工作量。高架桥可采用
3、整体道床也可采用碎石道床，地面则一般采用碎石道床，而且要对路基进行强度处理。在有折返、停车线路车站还应敷设道岔，一般采用9号道岔。轨枕按材料不同可分为木枕和混凝土轨枕。城市轨道交通通常采用混凝土轨枕，通常有短枕式(图244、图245)和长枕式(图246、图247)两种形式。,图244 短枕式整体道床,2023/3/2,7,图245 短枕式道床结构,图246 长枕式整体道床,图247 长枕式碎石道床,短枕是在左右两股钢轨下分开铺设的轨枕，常用于混凝土整体道床。长轨枕相对普通轨枕长度要长，多用于道岔和安有第三轨支架的路段。列车的重量通过轨枕传递给道床，轨枕还起到保持钢轨轨距、方向的作用。北京地铁中
4、，地铁车站、地下线路及高架线路采用短枕式混凝土整体道床，地面线路采用混凝土轨枕碎石道床。,2023/3/2,8,三、道岔,道岔是使机车车辆从一股道转向或越过另一股道的连接设备，通常在车站、车辆段和停车场大量使用。由于道岔具有数量多、构造复杂、使用寿命短、限制列车速度、行车安全性低、养护维修投入大等特点，与曲线、接头并称为轨道的三大薄弱环节。最常见的道岔是普通单开道岔，由转辙器部分、连接部分和辙又及护轨三部分组成(见图248)。,图248 普通单开道岔的组成,图249 单轨道岔轨道梁,2023/3/2,9,1转辙器部分(1)转辙机械：用来控制轨道变线连接的设备，分为电动和手动两种。若按操纵方式分
5、类，则有集中式和非集中式两类。(2)尖轨：两条可以水平移动的钢轨，在平面上可分为直线型和曲线型。尖轨用来引导车轮进入导轨，依靠尖轨的扳动，将列车引入正线或侧线方向。尖轨与基本轨的贴靠方式主要有贴尖式与藏尖式两种。,2023/3/2,10,(3)轨距拉杆：一根位于两条尖轨间的连接拉杆。轨距拉杆是用来维持两条尖轨距离的，并加强尖轨间的联系，提高尖轨的稳定性。(4)转辙拉杆：是一根用来控制尖轨位置转换的拉杆，并与转辙机械相连，以实现尖轨的摆动。,(5)此外还有一些转辙机械上的零配件，如有滑床板、轨撑、顶铁、各种特殊形式的垫板等。,2023/3/2,11,2连接部分 引导车轮进入辙叉的一组或多组轨道，
6、分直线导轨和曲线导轨两种。3辙叉及护轨(1)辙叉：用来引导车轮准确地进入岔心的一组钢轨。由岔心、翼轨和联结零件组成。按平面形式分，有直线辙叉和曲线辙叉两类；按构造类型分，有固定辙又和活动辙叉两类。直线式同定辙叉又分两种，即整铸辙叉和钢轨组合式辙叉。可动辙叉有可动心轨式辙叉、可动翼轨式辙叉及其他消灭有害空间的辙叉。,三开道岔,交叉道岔,固定辙叉,可动心轨,2023/3/2,12,(2)护轨：是防止车轮在岔心处，因轮缘有可能走错辙叉槽而引起脱轨或进错路线而在固定辙叉两侧设置的钢轨。(3)翼轨：是在内侧轮轨紧邻岔心处设置的钢轨。翼轨与岔心间形成必要的轮缘槽，引导车轮行驶。(4)岔心：又称辙叉心，是用
7、来连接两边轨道的钢轨。,2023/3/2,13,单轨轨道梁将各种预埋件、结构件和供电、信号设施集成到预应力钢筋混凝土梁(PC梁)上，与通常钢轨线路在施工工艺和装备上完全不同，具有体量小、系统结构紧凑、工厂化生产、透光性好、景观性好等突出特点，但作为轨道车辆的三维空间受力的行走轨道，其生产加工精度高，安装技术要求高(需要达到2mm的精度要求)。因此，这种称为PC梁的单轨交通轨道梁，对设计、施工、产品生产的技术能力与管理水平要求极高。,2023/3/2,14,与一般地铁和铁路轨道系统不同，单轨道岔系统由可移动的整体钢制轨道梁和转辙电控系统及梁上供电、信号设施等集成，在产品精度、安全可靠性等各项指标
8、和安装调试上要求也很高。跨座式单轨交通的道岔分为两种：关节可挠型和关节型。关节可挠型道岔设备，是一种采用电力驱动的特殊结构道岔，其梁整体转辙与轨道梁或道岔梁对位而形成岔道。转辙时道岔梁两侧的导向面板和稳定面板，同时挠曲成规定的圆滑曲线，以使车辆安全平稳地转线。关节可挠型道岔由于价格较高，一般只在正线上使用。关节型道岔为转辙时其两侧的面不弯曲的道岔，其走行面为折线，车辆通过时对速度有较大的限制。此种道岔一般在车场内使用。,跨座式单轨交通关节可挠型道岔,2023/3/2,15,第五节 供电系统,城市轨道交通的供电系统负责提供车辆及设备运行的动力能源，一般包括高压供电源系统、牵引供电系统和动力照明供
9、电系统(图251)。,图251 城市轨道交通供电系统,F1、F2 城市电网发电厂；L1L9 传输线；B1B3 城市电网区域变电所；B4、B5 牵引变电所；B6 降压变电所,2023/3/2,16,第五节 供电系统,一、高压供电源系统,高压供电源系统即城市电网对轨道交通系统内部变电所的供电系统，是保证城市轨道交通列车正常运行及各种设备系统不间断工作的能源，一般取自城市电网，且大部分为一级负荷，要求比较高。(一)高压供电源系统的组成 高压供电源系统包括发电厂(站)，传输线路，区域变电所。(1)发电厂(站)：分为火力、水力、核动力等各种能源发电厂(站)。(2)传输线路：需升压为超高压电压(1lOkV
10、或220kV)，满足远程输送需要。,2023/3/2,17,第五节 供电系统,(3)区域变电所：将超高压电能降压为所需电压等级(如35kV或lOkV)，通过三相传输线输送到本供电区域内各个用电部门的变电所，再次降压为所需电压等级(如380V、1500V等)。城市轨道交通是一个重要的用电部门，其一次供电力系统定为一级负荷，按规定需由两路独立的电源供电，当其中任何一路电源发生故障时，另一路应能保证一级负荷的全部用电的需要。因此城市轨道交通牵引变电所的电源进线来自两个区域变电所或来自一个区域变电所的两路独立电源，当一路电源失压时，另一路电源即自动切入，使轨道交通系统能获得不间断的电源。,2023/3
11、/2,18,第五节 供电系统,(二)供电方式 1集中供电方式 在线路适中站位，根据总容量要求设1lOkV主变电站，经降压并在沿线结合牵引变电站、降压变电站进线形成35(33)kV或lOkV沿线中压环网，由环网供沿线设置的牵引变电站经降压整流为直流1500V(或750V)供沿线架设的接触网(或第三轨)，为运行中的列车供电。列车回流经车轮、钢轨流回牵引变电所，构成了完整的同路。上海、广州、香港地铁即为此种供电方式。,2023/3/2,19,第五节 供电系统,天津地铁1号线工程的供电系统采用35kVl0kV两级电压的集中供电方式，见图252。,跨座式单轨胶轮车无钢轨可用，必须架设另一条回流线。各专业
12、设备系统及车站照明用电则由设在车站的降压变电所供电。为保证供电可靠，各变电所均设两条进线，互为备用。,图252 电力监控系统,2023/3/2,20,第五节 供电系统,2分散供电方式 不设主变电站，由城市电网的35kV或10kV电源直接向沿线设置的牵引、降压变压所供电并形成环网。采用这种方式的环境必须是城市电网比较发达，在有关车站附近有符合可靠性要求的供电设施如110kV变电站等。3混合供电方式 一条轨道交通线路，其沿线供电条件不同，一部分采用集中供电，一部分采用分散供电，以集中式供电为主，个别地段引入城市电网电源作为集中式供电的补充，使供电系统更加完善和可靠，对于这条线路称为混合供电方式。北
13、京地铁1号线和环线即为此种供电方式。,2023/3/2,21,第五节 供电系统,三种供电方式中，目前采用较多的是集中供电，其主要原因是城市电网的条件。分散供电方式对轨道交通供电系统来说减去了主变电所，其建设费用和长期运营费用均可减少。对国家来讲利于资源的合理配置，应该是发展的方向。供电系统中一个较为特殊的环节是列车的取流方式。由于列车沿线高速运行需不停地补充电能，只能采用接触网(三轨)和列车上的受电弓(滑靴)在一定的相互压力下相对滑动摩擦取流方式。因此，对摩擦副均有比较高的技术要求。,2023/3/2,22,接触网是沿线按设计高度架设的供电线路，其下端接触线无障碍供受电弓接触滑行取流，其水平方
14、向呈“之”字形布置，以保证受电弓磨耗均匀，且“之字值应在受电弓水平工作范围之内并有一定的余量，以确保滑行取流的安全。接触网分为柔性和刚性两种，柔性接触一般用于露天和隧道内，刚性接触网只能用于隧道中。,2023/3/2,23,第五节 供电系统,二、牵引供电系统,1电力牵引的制式 电力牵引的制式指供电系统向电动车辆或电力机车供电所采用的电流和电压制式，如直流制或交流制、电压等级、交流制中的频率以及交流制中是单相或三相等。根据牵引列车的电动车辆或电力机车的基本要求，目前世界上城市轨道交通系统的牵引网均采用直流牵引，牵引电压等级较多，国际电工委员会(IEC)拟定的电压标准为600、750、1500V。
15、我国国标电压标准为750V和1500V两种。所以，目前国内各城市的地铁和轻轨采用的电压制均在750V和1500V之间进行选择。广州、上海采用了1500V电压制，北京地铁、天津地铁均采用了750V的电压制。,2023/3/2,24,2牵引供电系统组成 牵引供电系统包括：牵引变电所、馈电线、接触网、轨道电路、回流线。牵引变电所是对轨道交通某一供电区段提供牵引电能的变电所，应尽量设置在地面；馈电线是从牵引变电所向接触网输送牵引电能的导线；轨道电路利用走行钢轨作为牵引电流回路；回流线是供牵引电流从钢轨返回牵引变电所的导线。,图253 牵引供电系统,2023/3/2,25,2023/3/2,26,接触网
16、是对轨道交通列车供电的导线，接触网分为架空式接触网和接触轨式接触网。架空接触网(图254)安全性较好，但运行维护工作量大，运行费用高。适应于电压较高的制式。,图254 隧遭内的架空线,接触轨是沿牵引线路敷设的与走行轨道平行的附加轨，故又称第三轨。电动车组伸出的受流器(集电靴)与之接触而取得电能。接触轨使用寿命长，维修量小、简单，运行费低，能充分利用隧道空间，在地面或高架运行时对城市景观没有影响，但在隧道内保养、检修或在车库内检修作业时应注意安全。适应于净空受限的线路和电压较低的制式。,2023/3/2,27,第五节 供电系统,天津地铁l号线分别在勤俭道站、西南角站、下瓦房站、华山里站附近设35
17、kV变电所，从地区变电站引三路相互独立电源供电。馈线为10kV电缆构成环网为沿线各牵引变电所及降压变电所供电。全线设19座l0kV牵引变电所经整流后输出直流750V通过接触轨为地铁车辆供电。牵引电力网采用接触轨正极供电，走行轨负极回流的供电方式，见图255。,网255 第三轨结构(a)第三轨结构(一)；(b)第三轨结构(二),2023/3/2,28,第三轨距走行轨中心距离约为14m，距轨面高度044m(具体数据根据机车集电靴设置参数而定)，由接触导电轨、端部弯头、防爬器、隔离开关和防护罩等组成，并用绝缘子支撑。一般根据车辆集电靴与导电轨的接触受流方式的不同，车辆接触受流方式分为上接触式、侧接触
18、式和下接触式，对应的第三轨也就称为上接触式第三轨、侧接触式第三轨和下接触式第三轨。,2023/3/2,29,第五节 供电系统,(1)上接触式(图255)。上接触式第三轨直接放在支持绝缘子上，安装于走行轨的一侧，车辆的集电靴从接触轨上表面取流。接触导电轨的上方和一侧有防护罩保护，对人员接近和雨雪侵扰有一定的保护作用。上接触式第三轨的结构简单，造价低廉，其导电轨直接放置于支持瓷绝缘子上，导电轨重量对结构的稳定有利，日常检查也一目了然，维护工作量小，机械故障的可能性也小。,2023/3/2,30,(2)下接触式。下接触式第三轨向下安装在特殊的防护罩的内侧，防护罩集防护和支持功能为一体，安装在走行轨的
19、一侧。接触导电轨的上方和两侧都被防护罩屏蔽，车辆的集电靴从接触轨下表面取流。其优点是相对安全、美观、耐候性较好。在某些特殊情况下(如乘客掉下站台、车辆在区间发生停车故障需要紧急疏散乘客、车辆维修等)，由于暴露在外的导电面相对隐蔽，对可能产生的人身安全问题有一定的防护效果。下接触式第三轨的主要缺点是比上接触式第三轨的运营维护工作量大，相应费用较高。由于其向下安装在防护罩的内侧，接触导电轨重量对于整体结构起不到稳定作用，因此对防护罩的结构有特殊要求，否则其变形可能会引起接触导电轨的变形，进而影响到车辆的受流。在检查维护时，必须打开防护罩才能观察到接触轨机械连接和电气连接部件的状态。,2023/3/
20、2,31,(3)侧接触式。侧接触式第三轨类似于上接触式第三轨，都是安装在瓷绝缘子的上部，主要区别是接触导电轨的外形不同，对着车辆受流器的侧立面较为平直。主要优缺点也与上部受流方式基本相同。与前两种方式比较，侧面受流有两个突出优点。一是接触导电轨的终端弯头向侧面外弯，在线间距较宽的道岔区，可以顺道岔导曲线轨延伸，缩短道岔区的断电区长度。二是它所受到的受流器侧向压力较为稳定，不会因为受流器脱轨而对接触导电轨和支架产生过大的侧向推力，运行更加安全可靠。,2023/3/2,32,常用的接触导电轨材料可分为低碳钢和不锈钢铝合金复合材料(简称钢铝复合接触轨或复合接触轨)两种类型。钢铝复合接触轨采用6mm厚
21、的高硬度不锈钢带与铝合金轨体压和，与低碳钢接触导电轨相比，优点有重量轻、截面小、易于施工安装；电阻值低、电压降及牵引网电能损耗均有所下降；接触面光滑、耐磨耗，可减少由于受流器与接触导电轨之间的不平顺产生的电弧。,第五节 供电系统,2023/3/2,33,三、动力照明供电系统,动力照明供电系统由降压变电所及动力照明组成。降压变电所将三相电源进线电压(10kV)降压为三相380V交流电，提供机电设备如风机、水泵等动力用电，也可称为动力变电所。配电所(室)起电能分配作用，将降压变电所引入的三相交流380V和单相220V交流电，分别供给动力、照明设备。车站配电所负责车站电能配置，区间配电所负责车站两侧
22、区间动力与照明用电配电。配电所(室)与用电设备之间通过配电线路连接。,图256 动力照明供电系统,2023/3/2,34,第五节 供电系统,在动力供电系统设计中，降压变电所一般按每站一个设置，也可以几个车站合设一个。也可将降压(动力)变电所附设在某个牵引变电所之中，形成一个牵引与动力混合变电所。车站动力照明采用380220V三相五线制系统配电。车站设备负荷分为以下三类：,(1)一类负荷：事故风机、消防泵、主排水站、售检票机(图257)、防灾报警、通信信号、事故照明；,图257 车站站厅负荷,2023/3/2,35,(2)二类负荷：自动扶梯、普通风机、排污泵、工作照明(图258、图259)：(3
23、)三类负荷：空调、冷冻机、广告照明(图2510)、维修电源。,图2510 广告照明,图258 车站照明,图259 自动扶梯,2023/3/2,36,四、北京地铁供电系统介绍,北京地铁供电系统由10kV电源系统、750V直流牵引供电系统、400V低压配电系统、应急照明系统构成。引入的城市电网电源采用集中与分散相结合的供电方式。供电系统的构成具有较高的可靠性、稳定性和安全性，以保障连续不间断的供电。,北京地铁牵引供电系统标准电压为750V，接触网采用接触轨供电方式。牵引供电系统运行方式为双边或单边供电，即两个相邻电站向同一供电区间供电或一个变电站独自向区间供电。地铁供电系统设置远程自动化监控系统，
24、由电力调度对供电系统进行集中调度指挥管理，并对各变电站实行远程控制、监视和监测，见图2511。,图2511 供电系统,2023/3/2,37,第六节 通信系统,城市轨道交通的通信系统必须适应与满足轨道交通的运营管理。通信系统是城市轨道交通正常运营的神经，它的主要任务是及时传递轨道交通运营各系统、各部门和指挥中心问及其相互间的信息，以便及时采取行动确保整个系统正常运营。通信系统由以下子系统构成。,2023/3/2,38,一、传输系统,有线通讯传输系统过去曾长期使用电缆模拟系统，技术发展至今，光纤数字传输技术已广泛被采用。该系统由光传输终端光端机、光缆线路、PCM复接机三部分组成。PCM将语音、数
25、据、图像等信息汇集后通过光端机将其由电信号转变为光信号经光缆传输到前方站，由前方站的光端机转变为电信号送PCM进行分路送至原信息各自前方站的设备。在地铁系统内，一般传输语音信息如电话、广播、闭路电视图像等；并为无线通信系统提供信道。此外还为供电远动系统(SCADA)、自动售检票(AFC)系统、环控(BAS)系统及防灾报警(FAS)等自动化系统等提供必要的信道，见。图261。,图261 火灾报警监控系统,2023/3/2,39,二、程控数字交换机,各车站、控制中心(调度所)、各系统设备的维修单位、各管理单位以及管理指挥机关内部及单位之间利用程控交换机通过PCM联成程控交换机网络，形成地铁内部的公
26、务电话通信系统。该系统和市话网有中继接入功能并根据需要分配有关用户。还有一个专用电话网如调度电话(图262、图263)，包括行车调度、电力调度、环控调度、专用调度所和各车站、车辆运用单位等用户之间的直接通话。,图262 调度电话,图263 直通电话,2023/3/2,40,站间直通电话，由专用通道传递，拎起直通，主要办理行车闭塞(必要时)及建立行车业务。轨旁电话，为供有关专业人员及时报告运行线路发生的故障及其他紧急情况，轨道旁隔500m左右设置轨旁电话机，2、3台轨旁电话并联并通过专线连接附近程控交换机，由各有关程控交换机组成的交换网，提供各轨旁电话分机和调度及其他有关分机联系通话的功能。此外
27、，还有公安等系统的专用电话。专用电话程控交换机网和一般公务程控交换机网组成了既独立而又相互联系的典型的地铁内部程控交换网。,2023/3/2,41,天津地铁l号线控制中心中央控制室设有具有录音功能的调度电话总机，全线各车站站控室、车辆段行车值班室、车辆段运转派班室、车辆段信号值班室、车辆段维修调度室、停车场行车值班室、停车场运转派班室、停车场信号值班室、各主变电站均设有调度电话分机。调度电话用于进行正常的行车调度指挥工作。,2023/3/2,42,第六节 通信系统,三、无线通信系统,无线通信一般供在移动状态下工作人员如司机、检修人员及公安人员等在工作中和调度及指挥机关取得联系时通话使用，必要时
28、可以使用无线通讯发布调度口头命令，指挥行车。,天津地铁1号线控制中心中央控制室设有无线电话总机。全线各车站站控室、车辆段行车值班室、车辆段运转派班室、车辆段信号值班室、车辆段维修调度室、停车场行车值班室、停车场运转派班室、停车场信号值班室、电动客车组均设有无线电话。无线电话用于特殊情况下的行车调度指挥工作，用于与移动作业人员进行联系，见图264。,图264 手持台,2023/3/2,43,第六节 通信系统,四、车站广播系统,该系统的作用主要是向乘客及时通报运营信息，在故障等非常情况下通报行车票务安排，必须时亦可紧急召唤检修、抢修人员。其目的是组织、疏导、安抚乘客有序乘降列车，及时疏散车站人员，
29、加快事故处理进程。因此其功能有车站分别广播及调度部分或全部车站统一广播等。,2023/3/2,44,第六节 通信系统,车站播音台配有区域选择键盘，通信室有前置放大器及功放控制接口等单元设备，车站有关区域及隧道均装有两个带扩大器的扬声器。正常情况下车站广播可采用自动广播，必要时切为人工通报有关信息，在遇到某处故障情况下控制中心有权优先播放，并设有列车调度、电力调度和防灾调度播音台并互锁。,天津地铁1号线控制中心中央控制室及各车站站控室配备有对乘客广播系统。行车控制中心行车调度员可以进行选站、选区及全线统一广播，可以对正在的运行列车进行广播。各车站站控室可以对本站乘客进行广播，见图265。,图26
30、5 车站广播,2023/3/2,45,五、闭路电视系统,该系统的主要作用是供调度员及车站值班人员不间断、有选择地监控客流动态以确保乘客进出站及乘降列车的安全和有序。一般情况下站台列车停车位置头部装有显示器，见图266，显示器由两台摄像机摄出了乘客上下列车及车门开闭情况，供列车司机监控，站厅售检票区域及重要通道(如换乘)处装有摄像设备，将车站客流状况在车控室显示，这些画面均传到调度所，供调度员重点切格监控。遇有非常情况，车站、调度可进行局部或全线售检票、列车运行的调整，以适应客流变化的需要。,图266 站台上的电视监控系统,2023/3/2,46,天津地铁l号线控制中心中央控制室及各车站站控室配
31、备有电视监控系统，如图267所示，各车站站台和车站站厅均设有监视器，见图268。,图267 车站控制室内电视监控显示,图268 监视器,2023/3/2,47,第六节 通信系统,1电视监控系统(CCTV)系统构成 电视监控系统采用PAL彩色制式，由控制中心、车站电视监视设备及传输通道构成。(1)控制中心。控制中心设备主要由操作键盘、控制器、视频译码器、PAL编码器、字幕叠加模块、监视器、录像机等组成。,(2)车站。车站设备主要包括监视器、操作键盘(图269)、视频切换矩阵、视频编解码器、摄像机等设备。(3)传输通道。车站本地采用模拟视频传输方式。车站至控制中心采用数字视频传输方式。,图269
32、操作键盘,2023/3/2,48,2系统功能(1)控制中心行车调度员既可按设定的程序自动循环切换监视各车站传来的图像，也可选择某个车站的某个摄像机所摄取的图像固定监视，并根据需要可进行录像。(2)车站可对本站范围内的摄像机摄取的图像进行监视，功能与控制中心相同。(3)列车停靠站台后，司机可通过安装在站台上的监控观察乘客上，下车的情况，以便于安全、准时地发车。另外，全线与行车工作有关的值班室和设备房间及车站乘客服务区内均能显示本线路中央时钟系统提供的标准时间。,2023/3/2,49,第七节 信号系统,信号系统是轨道交通线路上唯一的指挥和控制列车运行的系统，尽管其投资额在整个工程中所占的比例甚低
33、(通常在30以下)，但对于提高通过能力、保证行车安全却有着至关重要的作用。例如：香港的地下铁道，设计要求载客能力为6万人(小时方向)，每列车的定员定为2000人列车，则必须每2min发出一列车，即列车间隔为2min。如果信号设备相对落后，如采用移频自动闭塞，那么最小列车间隔为4min，这就意味着在同一条线路上，使用同样的车辆，但载客能力只能达到3万人(小时方向)。显然，在城市轨道交通中采用先进信号设备(如列车速度自动控制系统ATC系统)是一项事半功倍的措施。,2023/3/2,50,一、城市轨道交通信号特点,(1)由于城市轨道交通往往承担巨大的客流量，因此对最小行车间隔的要求远高于城市间铁路。
34、这就对列车速度监控提出了极高的要求，要求其能提供更高的安全保证。(2)由于城市轨道交通的列车运行速度远低于铁路干线上的列车运行速度，因此在信号系统中可以采用较低速率的数据传输系统。(3)由于城市轨道交通的大多数车站仅有上、下旅客的功能，在大多数车站上并不设置道岔甚至也不设置地面信号机(依靠机车信号及速度监控设备驾驶列车)，仅在少数联锁站及车辆段才设置道岔及地面信号机，见图271，如上海地铁1号线仅在4个联锁站及一个车辆段上设置道岔及地面信号机，因而，联锁设备的监控对象远远少于一般大铁路的客货站，通常一个电气集中控制中心即可实现全线的联锁功能，见图272。,2023/3/2,51,图271 城市
35、轨道交通固定信号机,图272 控制中心,(4)由于城市轨道交通的车辆段具有与城市间铁路车辆段不同的功能，类似于城市间铁路区段站的功能，其行车组织工作主要包括编解、接发及调车，因而，城市轨道交通车辆段的信号设备远多于其他车站，通常独立采用一套电气集中装置，但在采用微机联锁时，往往也仅作为一套微机联锁中的一部分。除了车辆段外，其他车站的行车组织作业既单纯又简单。(5)由于城市轨道交通的线路长度、站间距离都较短，列车种类单一，行车时刻表的规律性很强，日复一日地按照同一运行计划周而复始地运行，因此，在城市轨道交通的信号系统内，通常都包含有进路自动排列功能，即按事先预定的程序自动排列进路，只有运行图变更
36、时才有人工介入。,2023/3/2,52,二、列车自动控制系统(ATC),目前在一些发达国家的城市轨道交通中，依赖信号技术的进步，最小行车间隔已缩短至100s以下。采用先进的信号技术，还将大大提高行车的安全性，使得因人为的疏忽(如司机忽视信号显示)、设备的故障而产生的事故率降至最低。此外，采用先进的信号技术可以避免不必要的突然减速和加速，这不仅可提高行车的稳定度，还对节能具有重要的作用。据文献报道，采用先进的ATC技术，使列车始终处于最佳速度状态，可导致节省电能15以上。目前采用的ATC系统包括了三个子系统：ATP列车自动防护系统(Automatic Train Protection)；ATO
37、列车自动操纵系统(Automatic Train Opration)；ATS一列车自动监督系统(Automatic Train Supervision)。ATC系统结构见图273。,2023/3/2,53,第七节 信号系统,图273 ATC系统框图,2023/3/2,54,1列车自动防护ATP 其工作原理是：将信息(包括来自联锁设备和操作层面上的信息、地形信息、前方目标点信息和容许速度信息等)不断从地面传至车上，从而得到列车当前容许的安全速度，依此来对列车实现速度监督及管理。ATP子系统是确保列车运行安全的关键设备，由轨旁和车载设备组成，见图274。,图274 ATP 发送器与ATP车载设备联
38、系示意图,列车通过轨旁设备接收运行区段目标速度并以该速度运行，全线列车均按此原则运行从而保证了运行图的实现。轨旁设备安装距离视运行需要而定，一般为100400m；它们通过轨道电路相连，双向扫描自动监控确定线路上运行列车的位置以及前进方向并给出速度码，列车若由ATO控制运行则列车运行速度不会超过指令速度。,2023/3/2,55,第七节 信号系统,列车自动防护ATP,2023/3/2,56,第七节 信号系统,若由人工驾驶，司机疏忽超过了该速度指令则列车自动停车装置启动迫使列车自动停车，以避免追尾相撞事故的发生。因此，从安全角度衡量，ATP应该是保证列车运行安全的最重要的设备。另外，有了这套系统，
39、可以设定运行中的列车距前方列车的最小追踪距离，这一距离是由列车编组运行重量和速度决定的紧急制动距离控制的，如A型车6节编组运行速度在20kh时，制动距离一般为100m左右。有了最小追踪运行距离，再考虑一定的安全技术因素，就可以实现高密度的列车运行，大大提高线路输送能力。如上海、广州地铁1号线列车追踪运行的时间间隔均设定为120s。,2023/3/2,57,2列车自动操纵ATO ATO主要用于实现“地对车控制”，即用地面信息实现对列车驱动、制动的控制。ATO子系统由地面和车载设备组成，相互传递列车位置及前进方向和速度指令。当和列车上的控制系统相连后，车载设备在接收到指令后自动完成列车的启动、加速
40、、制动、进站、定点停车的运行过程，见图275。,图275 车载装置,2023/3/2,58,由于列车上的门控装置和列车启动装置相联锁，当列车停稳后，经系统内部确认车门自动开启，乘客上下车，司机确认该过程完成后，手动关闭车门并确认，然后据发车表示按启动列车按钮，列车自动出发。因为乘客上下车安全第一，所以人工介入。由于使用ATO，列车可以经常处于最佳运行状态，避免了不必要的、过于剧烈的加速和减速，因此可显著提高旅客舒适度，提高列车准点率及减少轮轨磨损。通过与列车再生制动配合，还可以节约列车能耗。,2023/3/2,59,第七节 信号系统,3列车自动监督ATS ATS主要是实现对列车运行的监督，辅助
41、行车调度人员对全线列车运行进行管理。它可以显示全线列车运行状态，监督和记录运行图的执行情况，为行车调度人员的调度指挥和运行调整提供依据，如对列车偏离运行图时及时做出反应。通过ATO接口，ATS还可以向旅客提供运行信息通报，包括列车到达、出发时间，列车运行方向，中途停靠点信息等。ATS子系统由设在调度所和车站、车载的设备组成，能够实现行车指挥自动化。运行前将全天的列车运行图输入，该系统就可以组织列车按运行图行车，包括列车运行、列车进路排定、列车折返等，并自动画出列车当日的实际运行图。同时在中央显示屏上实时地显示列车运行情况，供调度员监控，见图276。,2023/3/2,60,第七节 信号系统,图
42、276 ATS系统示意图,2023/3/2,61,在折返站以及一些有必要设置道岔的车站，一般均采用微机联锁将道岔的控制接入ATC系统，在折返、出入库及有停车线等使用时，预先自动扳动道岔，检查排列好接车进路，列车即可自动完成折返等指定作业，从而大大减少了时间。因为列车折返时间也是控制行车间隔能否达到设计标准的关键之一，所以折返作业的自动化也是提高输送能力的重要措施。城市轨道交通线路的车辆段(或停车场)，由出入线和正线相连，以供列车进出，场内一般均设有供列车出入、停放、检修、试验的线路。场内线路一般均设有独立管理的站场信号系统。目前均采用微机联锁集中控制设备，当列车出入正线时，需和正线ATC系统办
43、理必要的登记编号等手续。,2023/3/2,62,三、ATC系统控制模式,ATC系统控制模式包括：控制中心自动控制模式、控制中心自动控制时的人工介入控制或利用CTC系统的人工控制模式、车站自动控制模式、车站人工控制模式。以上控制等级应遵循的原则是：车站人工控制优先于控制中心人工控制，控制中心人工控制优先于控制中心的自动控制或车站自动控制。,2023/3/2,63,1控制中心自动控制模式(CA)在控制中心自动控制模式下，列车进路命令由ATS进路自动设定系统发出，其信息来源是时刻表及列车运行自动调整系统。控制中心行车调度员可以对列车运行自动调整系统进行人工干预，使列车运行按行调意图进行。2.控制中
44、心自动控制时的人工介入控制或利用CTC系统的人工控制模式(CM)在控制中心自动控制时，控制中心行车调度员可关闭某个联锁区或某个联锁区内部分信号机或某一指定列车的自动进路设定，直接在控制中心的工作站上对列车进路进行控制。在关闭联锁区自动进路设定时，控制中心行车调度员可利用联锁设备自动进路控制功能，随着前行列车的运行，自动排列一条后续列车的固定进路。在自动进路功能出现故障的情况下，行车调度员可以人工设置进路。在CM模式中，车站的人工控制转到ATS系统，则由ATS系统启动控制，车站控制计算机继续接收表示，更新显示和采集数据。,2023/3/2,64,3车站自动控制模式 在控制中心设备故障或通信线路故
45、障时，控制中心将无法对联锁车站的远程控制终端进行控制，此时将自动进入列车自动监控后备模式，由列车上的车次号发送系统发出的带列车去向的车次信息，通过远程控制终端自动产生进路命令，由联锁设备的自动功能来自动设定进路，即随着列车运行，自动排列一条固定进路。,2023/3/2,65,4车站人工控制模式 当ATS因故障不能设置进路(不论人工方式还是自动进路方式)，或由于某种运营上的需要而不能由中心控制时，可改为现地操纵模式，在现地操纵台上人工排列进路。在此种模式下，将车站的人工控制(如进路控制)转到车站控制室的车站控制计算机。车站自动控制和车站人工控制也可合称车站控制(LC)。当车站工作于LC模式时，不
46、能由ATS系统启动控制，但ATS系统将继续收到表示，更新显示和采集数据。对车站控制计算机而言，这是唯一可用的控制模式。,2023/3/2,66,四、列车驾驶模式,城市轨道交通列车的主要驾驶模式包括：列车自动运行驾驶模式、列车自动防护驾驶模式、限制人工驾驶模式、非限制人工驾驶模式、自动折返驾驶模式。1列车自动运行驾驶模式(ATO模式)ATO模式即ATO自动运行模式。在这种模式下，列车的运行是自动的，不需要司机驾驶，司机只负责监视ATO显示，监督车站发车和关闭车门以及列车运行所要通过的轨道、道岔和信号的状态，并在必要时人工介入。此模式是正线上列车运行的正常模式。,2023/3/2,67,在ATO模
47、式下，ATO根据ATP编码和列车位置生成运行列车的行驶曲线，完全自动地驾驶列车；ATO还能根据到停车点的距离计算出列车的到站停车曲线；ATO速度曲线可以由ATS的调整命令修改；ATP系统控制列车的紧急制动。,2023/3/2,68,2列车自动防护驾驶模式(SM模式)SM模式即ATP监督人工驾驶模式。在这种模式下，司机根据驾驶室中的指示手动驾驶列车，并监督ATP显示以及列车运行所要通过的轨道、道岔和信号的状态，可以在任何时候操作紧急制动。ATP连续监督人工驾驶的列车运行，向司机提示安全速度和距离信息。在列车实际行驶速度到达最大安全速度之前，ATP可实施常用制动，防止列车超速；在紧急情况下，ATP
48、可控制列车紧急制动。,2023/3/2,69,3限制人工驾驶模式(RM模式)RM模式即ATP限制允许速度的人工驾驶模式，其限制速度为25kmh。在这种模式下，列车由司机根据轨旁信号驾驶，ATP仅监督允许的最大限速值，超速则进行紧急制动。该模式主要用于：列车在车辆段范围(非ATC控制区域)内运行；列车在正线运行时，联锁设备、轨道电路、ATP轨旁设备、ATP列车天线发生故障；以及列车紧急制动后的运行。,2023/3/2,70,第七节 信号系统,4非限制人工驾驶模式(URM模式)该模式即不受限制的人工驾驶(无ATP监督)模式，用于车载ATP设备故障以及车载设备测试完全关断时的列车驾驶，使用时必须登记
49、。列车是由司机根据轨旁信号和行车调度员的口头命令驾驶，没有速度监督，但司机必须保证列车运行不超过限制速度25kmh。,2023/3/2,71,5自动折返驾驶模式(AR模式)该模式是列车在站端(没有折返轨的终端)调转行车方向或使用折返线进行折返操作的驾驶模式。折返命令是由ATS中心根据需要生成并传输至列车，或由设计固定的ATP区域(如终端站)的轨旁单元发出。ATP车载设备通过接收轨旁报文而自动启动AR模式，并通过驾驶室显示设备指示给司机，ATP列车车载设备的AR模式自动启动，司机必须按压“AR，按钮确认折返作业。是否折返、是否使用折返线折返、由无人驾驶执行还是由司机执行完全由司机决定。,2023
50、/3/2,72,五、车站的信号设备,1发车表示器 发车表示器设置在列车在车站站台停车后司机侧前方的站台侧及出入车辆段(停车场)转换轨出口位置，为列车提供发车时问信息。发车表示器由发车指示灯、发车计时器、站间闭塞发车指示灯三部分组成。发车指示灯显示白灯时，表示前方线路空闲，列车可以发车。发车计时器分别显示红、绿两色时间数码。列车进站停稳后发车计时器显示区的红色站停时间开始以秒为单位倒计数。当计数值减到零时，显示区上的数值由红色显示变为绿色正向计数显示，同时开放发车指示灯。当列车启动后发车计时器为灭灯状态。,发车指示器,2023/3/2,73,图277 站间闭塞发车 指示灯绿(红)灯显示,在正常运
