绪论
铁路信号设备是组织指挥列车运行，保证行车安全，提高运输效率，传递信息，改善行车人员劳动条件的关键设施。铁路信号设备是铁路主要技术装备之一。铁路信号的装备水平和技术水准是铁路现代化的重要标志。
铁路信号基础设备，包括信号继电器、信号机及信号表示器、轨道电路、道岔转换与锁闭设备，这些是构成铁路信号系统的基础，它们的质量、安全性和可靠性直接影响信号系统效能的发挥、安全的保证、可靠性的提高，在铁路信号现代化的进程中，信号基础设备在不断地更新和改造。
信号继电器是铁路信号中所用各类继电器的统称，信号继电器不仅是构成各种继电式控制系统的关键，而且是计算机式控制系统的接口部件，因此在铁路信号中得到广泛的应用。安全型继电器是信号继电器的主要定型产品，是直流24V系列的重弹力式直流电磁继电器。它的基本结构是无极继电器，利用电磁作用的原理，当线圈中通过规定数值的电流时，继电器励磁，衔铁被吸合，带动动接点运动，使前接点接通。当断电或电流小于规定数值时，继电器失磁，衔铁依靠重力及接点弹力复位，带动动接点运动，使后接点接通。用继电器接点的通断即能控制有关电路。在无极继电器的基础上，派生出加强接点继电器、缓放型继电器、整流式继电器、有极继电器、偏极继电器和单闭磁继电器，以满足电路的不同需要。安全型继电器多采用插入式结构，便于更换。时间继电器是一种缓吸继电器，它借助电子电路或单片微机获得所需的延时。电源屏用继电器包括直流继电器和交流继电器。交流继电器的特殊之处是交流磁系统，铁芯用硅钢片叠成，铁芯端面加短路铜环。灯丝转换继电器是交流继电器，用于监督信号灯泡灯丝完整，有弹力式和重弹力式的不同结构。交流二元继电器是交流感应式继电器，因具有可靠的频率选择性和相位选择性，在25Hz相敏轨道电路中作为轨道继电器。动态继电器具有动态特性，必须在序列脉冲作用下才能动作，是部分双机热备计算机联锁的接口部件。由继电器可构成各种形式的信号电路，对它们要采取一定的安全措施。
信号机和信号表示器构成信号显示，用来指示列车运行和调车作业的命令，是各种信号系统的重要组成部分。我国铁路主要采用透镜式色灯信号机，臂板信号机和探照式色灯信号机已被淘汰。色灯信号机的关键部件是光系统，要满足信号显示远，且方向性好的要求。可根据需要配置信号机的灯位和颜色，选用高柱或矮型。组合式色灯信号机是新型的信号机，它解决了曲线区段信号连续显示的问题。信号光源由铁路直丝信号灯泡和定焦盘式灯座组成。LED色灯信号机是最新型的信号机，它具有众多优点。各种用途的信号机及信号表示器在满足设置原则的基础上，根据需要进行设置，以完成各自的功能。信号显示是行车和调车的命令，必须严格按《铁路技术管理规程》的要求，显示正确，且满足显示距离的要求。信号显示制度是表达信号显示意义的基本体系，我国现行的信号显示制度基本上属于简易速差式，速度意义表示尚不完善，须进一步完善和改革。在列车提速的情况下，迫切需要机车信号作为行车凭证，其显示方式也必须逐步实现数字化。
轨道电路是重要的信号基础设施，用来监督列车对轨道的占用和传递行车信息。一般的轨道电路利用钢轨作为传输通道，配上发送设备和接收设备以及钢轨绝缘而组成。当有列车占用时，电流被分路，接收设备即可反映轨道电路被占用。工频交流连续式轨道电路（JZXC-480型）是以前最常用的站内轨道电路，钢轨中传输交流电，轨道继电器采用整流式，结构十分简单，但性能上存在较多问题，已逐步被相敏轨道电路等替代。25Hz相敏轨道电路，采用交流二元继电器作为轨道继电器，要求其局部电源电压的相位必须超前线路电源电压相位90°，轨道继电器才吸起，因此具有安全、可靠性高的优点。微电子相敏接收器更进一步提高了性能。道岔区段轨道电路因有分支，为保证分路良好，分支长度超过一定长度时，必须采用一送多受方式。为防止钢轨绝缘破损造成轨道电路错误动作，必须进行极性交叉。移频轨道电路是移频自动闭塞的基础，通过它发送行车信息。移频轨道电路分为有绝缘和无绝缘两种。无绝缘移频轨道电路主要采用谐振式。驼峰轨道电路是为满足驼峰溜放的特殊要求设计的，采用双区段轨道电路以及高灵敏轨道电路。轨道电路有调整状态、分路状态和断轨状态三种基本工作状态。其基本参数是道床电阻和钢轨阻抗。轨道电路调整，是根据每一个区段的具体情况，按照调整表，调整送电端轨道电路的电压值，要求做到一次调整。
道岔转换与锁闭设备包括转辙机、外锁闭装置、密贴检查器等，用于道岔的转换和锁闭，是关系行车安全的最关键设备。ZD6系列电动转辙机是使用数量最多的转辙机，它采用直流电动机作为动力源，用行星传动式减速器减速，是内锁闭方式。按不同的需要，又有A、D、E、F、G、J、H、K等派生型号，以及用于驼峰分路道岔的快动型ZD7型转辙机。由于列车的提速，ZD6型电动转辙机不能满足需要，必须改联动内锁闭方式为分动外锁闭方式，即由转辙机外的外锁闭装置来实现道岔的锁闭。外锁闭装置由转辙机带动动作。目前多采用钩式外锁闭装置。钩式外锁闭装置为垂直锁闭方式，锁闭可靠，安装调整方便。HRS锁闭装置是专用于无砟道岔的锁闭装置。用于提速的转辙机有S700K、ZD（J）9、ZYJ7型。S700K型电动转辙机采用三相交流电动机，用滚珠丝杠作为驱动装置，结构先进、工艺精良、故障率低。ZD（J）9型电动转辙机结构借鉴S700K型，有交流、直流不同供电方式。ZYJ7型电动液压转辙机采用交流电动机，液压传动，机械转换和锁闭。密贴检查器用于多点牵引道岔的密贴检查。辙叉下拉装置使用液压下拉夹具来防止可动心轨和弹性支撑翼轨之间的相对移动，使得高速列车通过心轨尖端时不会产生惯性力。部分高速铁路需安装电加热道岔融雪设备，当发生降雪或温度变化时可自动或人工启动电加热融雪电路。ZK系列电空转辙机主要用于驼峰调车场，用压缩空气作为动力，锁闭可靠，动作时间短。
铁路信号控制设备易遭雷击，造成设备的损坏或误动，严重影响运输生产，对信号设备必须采取必要的防雷措施。雷电主要从交流电源线、轨道电路、电缆等处侵入信号设备，与外线连接的信号设备必须设防雷装置。目前使用的防雷元件主要有金属陶瓷放电管、氧化锌压敏电阻、瞬变电压抑制器和防雷变压器。将各种防雷元件组合起来，构成防雷保安器和防雷组合单元，做到取长补短，可获得最佳的防雷效果。各种信号设备要根据具体情况选用不同的防雷组合单元。为保证安全，信号设备应根据需要设防雷地线、安全地线和屏蔽地线。电气化区段等应设贯通地线。地线应接地良好，接地电阻符合规定。各种地线一般不能共用或互相取代。接地装置由接地体和接地体引接线组成，应构成地网。接地体应导电良好，埋设符合要求。接地体引接线要短，导电良好。接地电阻达不到标准时，可采用埋设多根接地体、添加化学降阻剂等措施，以降低接地电阻。
信号系统是铁路的主要技术装备，在保证行车安全、提高运输效率等方面起着不可替代的作用。信号设备大体上可分为车站联锁系统、区间闭塞系统、机车信号和列车运行控制系统、列车调度指挥系统和调度集中系统、驼峰信号系统和道口信号系统，以及信号集中监测系统。联锁是信号、道岔、进路之间互相制约的关系。车站联锁系统完成联锁功能。现在我国铁路多采用集中联锁，分为继电集中联锁和计算机联锁。继电集中联锁由继电逻辑电路完成全部联锁关系，所用继电器数量众多，功能亦受到限制，难以与现代化系统联网，因此发展了计算机联锁。计算机联锁用软件完成联锁关系，技术性能和可靠性优于继电集中联锁，是车站联锁设备的发展方向。闭塞是区间的行车组织方法。区间闭塞系统主要有半自动闭塞和自动闭塞。半自动闭塞主要用于单线区间，需人工办理闭塞和到达复原，由继电电路完成闭塞作用。由于区间没有空闲检查设备，安全性存在一定问题，需配套区间空闲检查设备，构成自动站间闭塞。自动闭塞主要用于双线区间，自动完成闭塞作用。目前大量采用和发展的移频自动闭塞，是ZPW-2000系列无绝缘自动闭塞，发展的方向是四显示、双方向、无绝缘以及数字化。机车信号不仅用于改善司机的瞭望条件，而且要作为行车凭证使用。目前推广的是一体化机车信号，它不仅能满足多种制式的需要，更重要的是可靠性高。在列车速度不断提高和密度加大的情况下，为保证行车安全，必须发展列车运行超速防护系统，它始终监督列车运行速度不超过允许值，在最大限度上杜绝了列车冒进和超速的可能性。列车调度指挥系统（TDCS）是遥信设备，它监督列车的运行位置和信号设备的状态，进行列车运行调整，以充分发挥铁路运输设备的能力，提高行车调度指挥的水平和质量。调度集中（CTC）是遥控设备，除了实现TDCS的功能外，还能集中控制本调度区段的信号机和道岔，目前推广的是新一代的分散自律调度集中。驼峰信号系统用来提高编组站（部分区段站）解编能力，主要包括驼峰推峰机车速度控制、溜放车辆进路控制和溜放车辆速度控制设备。大中型驼峰已不同程度地实现自动化，小型驼峰也正在进行技术改造，路网性编组站则发展综合自动化。道口信号系统是防护道口安全的重要设备，目前主要是道口自动通知及道口自动信号。
铁路运输向高速、高密、重载发展需要现代化的信号设备，计算机技术、网络技术、现代通信技术等现代化技术的发展为铁路信号构筑了实现现代化的平台。铁路信号现代化越来越成为铁路现代化的重要标志和主要内容。铁路信号现代化的方向是数字化、网络化、智能化和综合化。
在实现信号设备现代化的进程中，要进一步提高信号基础设备的技术性能和可靠性，积极发展分动外锁闭道岔转换技术。在高速及提速区段采用高可靠、高安全、少维修的大功率三相交流转辙机。积极开发信号智能电源屏，应具备自动检测和联网功能。采用新技术、新工艺、新材料、新器件，从结构上、工艺上全面提高轨道电路、信号机、计轴设备和信号电缆等设备的可靠性。要根据信号新技术发展的需要，积极开展信号设备电磁兼容、系统防雷、抗电化干扰的研究。积极采用冗余热备技术，以提高信号设备的可靠性。