Устройство тональных рельсовых цепей
Устройство тональных рельсовых цепей
9
РЕЛЬСОВЫЕ ЦЕПИ НА МЕТРОПОЛИТЕНЕ
ВведениеПо мере роста интенсивности движения поездов и пассажиропотока на линиях метрополитена совершенствуются и его технические средства, обеспечивающие безопасность движения, в состав которых входят рельсовые цепи. История развития рельсовых цепей тесно связана с непрерывным усовершенствованием и модернизацией, в первую очередь, путевой автоматической блокировки. При сооружении первой очереди метрополитена в 1934-1935 гг., когда отсутствовал опыт эксплуатации отечественного метрополитена, система автоблокировки была заимствована у зарубежных метрополитенов. Двузначная система с электромеханическими автостопами позволяла пропускать не более 35 пар поездов в час. Система была реализована на двухниточных рельсовых цепях переменного тока промышленной частоты с фазочувствительными двухэлементными секторными реле и путевыми дросселями ДОМБ-1000. Для повышения степени безопасности движения поездов в каждую рельсовую цепь были включены два путевых реле. Если нарушалось действие хотя бы одного из путевых реле, другое переключало сигнал на красный свет и исключало возможность ложного разрешающего показания. В 1951-1954 гг., в схему рельсовых цепей был введен емкостной резонансный ограничитель тока. Это повысило надежность работы устройств и снизило расход электроэнергии, необходимой для работы рельсовых цепей, более чем в 10 раз. Изолирующие стыки, отделяющие одну рельсовую цепь от другой, вначале скреплялись деревянными накладками, которые быстро изнашивались. Потом стали использовать металлические накладки, под которые ставились фибровые прокладки. С 1972 г. стали применяться клееболтовые изолирующие стыки. Для канализации обратного тягового тока были применены дроссель-трансформаторы типа ДТМ-0,17. В 1972 г. на линиях метрополитена впервые стала применяться новая система регулирования движения поездов - автоматическая локомотивная сигнализация с автоматическим регулированием скорости (АЛС-АРС). Дальнейшее совершенствование устройств позволило обеспечить централизованное размещение аппаратуры рельсовых цепей на станциях. Расчетная пропускная способность линий метрополитена была увеличена до 42-45 пар поездов в час. В 1975 г. на Харьковском метрополитене впервые были введены в эксплуатацию рельсовые цепи без изолирующих стыков (БРЦ). Применение БРЦ позволило сократить количество металлоемких дроссель-трансформаторов и малонадежных изолирующих стыков, а также снизить потери электроэнергии на вождение поездов. Бесстыковые рельсовые цепи находят все более широкое применение на линиях метрополитенов страны. Глава 1. общие понятия1.1 Назначение, принцип действия и режимы работы Рельсовой цепью называется электрическая цепь, проводниками в которой служат рельсовые нити железнодорожного пути. Основным назначением рельсовой цепи (РЦ) является автоматическая, непрерывная выдача информации о состояниях рельсовой линии в пределах контролируемого участка пути:свободность рельсовой линии участка пути и исправность рельсов;занятость рельсовой линии участка пути подвижным составом (поездом);нарушение ее электрической целостности. Эта информация, поступающая от ряда РЦ, дает возможность проконтролировать местонахождение поездов при их движении и оценить расстояние между поездом и препятствием. Рельсовые цепи, как средство обнаружения подвижного состава на пути, используются для выполнения логических зависимостей в устройствах автоматики по регулированию движения поездов и ограждения путей. С помощью информации, получаемой от рельсовых цепей, действуют системы лучевой автоматической блокировки на перегонах, электрической и диспетчерской централизации стрелок и сигналов на станциях с лучевым развитием, а также система автоматического регулирования скорости движения поездов (АЛС-АРС) и автоведения. Рельсовая цепь (рис.1.1) состоит из питающего конца, на котором подключена аппаратура питания РЦ, рельсовой линии, используемой для передачи электрического тока от источника питания к приемнику, и приемного конца, где подключена аппаратура, необходимая для работы путевого реле. Рис.1.1 Схема рельсовой цепи.Рельсовая линия включает в себя рельсовые нити пути, составленные из рельсовых звеньев. Рельсовые звенья сваривают на стыках в плети, а при отсутствии сварки - соединяют стыковыми соединителями. Рельсовые линии смежных РЦ изолируют друг от друга изолирующими стыками (ИС). В случае бесстыкового пути линии смежных рельсовых цепей не изолируют. На питающем конце РЦ в качестве источника питания используется путевой питающий трансформатор ПТ, который подключен к рельсовым нитям через ограничитель тока (регулируемый резистор Rо) и согласующий элемент СЭ. На приемном конце в качестве приемника используется путевое реле, которое подключено к рельсовым нитям через другой согласующий элемент. Если путь в пределах рельсовой цепи не занят подвижным составом, то электрический ток от питающего трансформатора ПТ протекает по рельсовым нитям и обмотке путевого реле П. Ток, передаваемый в рельсовую линию для контроля ее состояния, называют сигнальным током РЦ. При прохождении сигнального тока по обмотке реле якорь притягивается к сердечнику электромагнита и замыкаются фронтовые контакты Ф реле, по состоянию которых осуществляется контроль свободности путевого участка. Возбужденное состояние путевого реле означает также исправность всех составляющих элементов РЦ, в том числе и рельсовых нитей. Когда на путь в пределах рельсовой цепи вступает поезд, образуется электрическая цепь, в которой ток от трансформатора ПТ протекает через колесные пары. Рельсовая цепь шунтируется, поскольку параллельно аппаратуре приемного конца подключается шунт - колесные пары поезда с очень малым электрическим сопротивлением. Сигнальный ток в основном протекает через колесные пары, и ток в путевом реле резко падает. В результате фронтовые контакты реле размыкаются, и РЦ считается занятой. Снижение тока (напряжения) в обмотке реле под действием колесных пар называется шунтовым эффектом, а колесные пары в данном случае называются поездным шунтом. Путевое реле отпускает якорь не только при занятии РЦ, но и в случае повреждения рельсовых нитей, когда нарушается электрическая целостность цели питания путевого реле. Свойство рельсовой цепи контролировать исправность рельсовых нитей называется чувствительностью к излому (повреждению) рельса. Условия работы РЦ в отличие от других электрических цепей сложны. Рельсовая линия слабо электрически изолирована от земли. Изоляторами рельсов являются шпалы, на которых они находятся в непосредственной близости от основания пути (балласта). Из-за плохой изоляции рельсов от балласта возникает ток утечки между рельсовыми нитями на всем протяжении рельсовой линии. Электрическое сопротивление, оказываемое току утечки из одной рельсовой нити в другую через балласт и шпалы, называется сопротивлением изоляции (балласта) рельсовой линии.На сопротивление изоляции влияют многие факторы: наличие влаги, изменение температуры окружающей среды, состав балласта и состояние шпал, а также качество эксплуатационного обслуживания пути. Стыковые соединители в виде металлических накладок, соединяющие рельсовые звенья, в процессе эксплуатации не создают устойчивый электрический контакт, и поэтому сопротивление рельсовой линии меняется в значительных пределах. При больших значениях сопротивления рельсовой линии работа РЦ может быть неустойчивой или нарушаться. Главной особенностью рельсовых цепей является то, что они обеспечивают информацию о состоянии рельсовой линии, работал в нескольких режимах:нормальном (регулировочном) - режиме работы при свободном путевом участке;шунтовом - при занятом путевом участке поездом;контрольном - режиме контроля электрической целостности рельсовой линии. Все режимы работы РЦ должны выполняться с учетом возможных неблагоприятных условий. На условия работы РЦ в каждом из режимов влияют сопротивление рельсовой линии, сопротивление изоляции и напряжение питания. Наиболее тяжелые условия для каждого режима создаются при разных значениях этих параметров. Для обеспечения нормального режима работы наиболее неблагоприятными являются такие значения параметров, при которых ток в реле получается минимальным: максимальное сопротивление рельсовой линии, минимальное сопротивление изоляции и минимальное значение напряжения питания. Для шунтового режима неблагоприятны такие значения параметров рельсовой цепи, при которых ток в путевом реле получается максимальным и шунтирующее воздействие колесных пар поезда ослабевает: минимальное сопротивление рельсовой линии, максимальное сопротивление изоляции и максимальное напряжение источника питания. При повреждении рельса не происходит полного электрического размыкания рельсовой цепи вследствие утечки сигнального тока через балласт, в обход места размыкания. Значение сигнального тока, протекающего через путевое реле в контрольном режиме, зависит от значения сопротивления изоляции. Критическим сопротивлением изоляции называется сопротивление, при котором ток в путевом реле максимален. Оно зависит от места повреждения рельсовой линии и различно для каждой рельсовой цепи. Наихудшими условиями для выполнения контрольного режима, при которых ток в реле максимален, являются: минимальное сопротивление рельсовой линии, критическое сопротивление изоляции и максимальное напряжение источника питания. Работа рельсовых цепей метрополитена осложняется протеканием в рельсах обратного тягового тока, создающего помехи, которые могут нарушить нормальную работу РЦ. По междупутным кабельным соединениям для пропуска тягового тока образуются обходные путисигнальному току РЦ, что ухудшает условия их работы и прежде всего в контрольном режиме. 1.2 КлассификацияНа линиях метрополитена применяются различные схемы РЦ, отличающиеся условиями их работы, типом аппаратуры и другими признаками. По роду сигнального тока все рельсовые цепи метрополитена относятся к РЦ переменного тока, поскольку постоянный ток используется для тяги поездов и не может быть применен для работы РЦ. По частоте сигнального тока различают РЦ 50 Гц и РЦ тональной частоты (400-800 Гц). По принципу действия РЦ метрополитена являются нормально замкнутыми, т.е. при свободности рельсовой линии путевое реле постоянно обтекается сигнальным током. По способу изоляции смежных рельсовых цепей различают РЦ, ограниченные изолирующими стыками, и бесстыковые рельсовые цепи (БРЦ). По способу пропускания обратного тягового тока рельсовые цепи разделяются на однониточные и двухниточные. В однониточных РЦ (рис.1.2) тяговый ток Iт пропускается по одной рельсовой нити, так называемой, тяговой нити. Второй рельс пути называется сигнальной нитью. Однониточная РЦ обеспечивает контроль целостности только сигнальной нити и не контролирует целостность тяговой, поскольку тяговые нити соседних путей соединены междупутной перемычкой. Рис.1.2 Схема пропуска тягового тока в однониточной рельсовой цепи. В двухниточных РЦ тяговый ток пропускается по обеим рельсовым нитям. При ограничении такой РЦ изолирующими стыками (рис.1.3) для пропуска тягового тока в обход стыков используются путевые дроссели ДОМБ-1000 или путевые дроссель-трансформаторы типа ДТМ-0,17. Рис.1.3 Схема пропуска тягового тока в двухниточной рельсовой цепи. По месту размещения аппаратуры рельсовые цепи различаются на РЦ с централизованным размещением на станциях в релейных помещениях и РЦ с размещением аппаратуры в тоннеле, релейных шкафах (с децентрализованным размещением). 1.3 Электрические характеристики и параметрыЭлектрические характеристики и параметры РЦ используют при анализе схем, расчетах режимов работы и составлении регулировочных таблиц. Электрические характеристики РЦ отражают изменение напряжения и тока на входе ее выходного элемента, выполняющего ответственную функцию по обеспечению безопасности движения поездов, в основных режимах работы (нормальном, шунтовом и др.) в зависимости от изменения электрических параметров элементов РЦ. С учетом функционального назначения отдельного элемента принимают за основу параметры, влияющие на выполнение режимов РЦ. К параметрам приемника, которые характеризуют его работу с точки зрения высокой надежности и защиты от помех тягового тока и электромагнитных полей, относят входное сопротивление, пороговые параметры срабатывания и отпускания, коэффициент возврата и др. Входное сопротивление Rвх приемника РЦ является его входным параметром. От него зависят параметры сигнала на входе приемника (напряжение Uвх, ток Iвх). Выходным параметром приемника является логическая функция fп = 1 или fп = 0. Значение входного сигнала (Uвх, Iвх), при достижении которого fп изменяется скачком от 0 до 1, называется порогом срабатывания (Uср, Iср). Значение входного сигнала, при достижении которого в процессе последующего уменьшения U и I происходит скачкообразное изменение fп от 1 до 0, т.е. "возврат" приемника, называется порогом отпускания (Uотп, Iотп). Если приемник выключен (реле обесточено), то для его перехода в рабочее состояние необходимо увеличить входной сигнал до напряжения срабатывания Uср (рис.1.4). Рис.1.4 Характеристика приемника рельсовой цепи. Приемник возвращается из рабочего состояния в выключенное при напряжении отпускания Uотп, которое всегда меньше Uср. Отношение Uотп/Uср называется коэффициентом возврата приемника Кв. Этот параметр зависит от типа приемника. У приемников в виде электромагнитных реле Кв = 0,3-0,6, а у бесконтактных приемников Кв = 0,8-0,96. На параметры порога срабатывания и отпускания влияют различные внешние воздействия, например колебания напряжения питания, изменение температуры и влажности окружающей среды. Для надежной работы необходимо обеспечить напряжение сигнала на входе приемника несколько выше, чем Uср для обеспечения запаса на его срабатывание. Напряжение на входе приемника с учетом запаса на срабатывание называется рабочим напряжением (Uр), или напряжением надежного срабатывания (Uр = Кзср Uср). Коэффициент запаса на срабатывание приемника Кзср > 1. Для приемников в виде электромагнитных реле Кзср = 1,1-1,5, а для бесконтактных приемников Кзср = 1,05-1,2. Выходная логическая функция приемника fп = 0 надежно обеспечивается при напряжении на его входе ниже напряжения отпускания с учетом запаса. Это напряжение (напряжение надежного возврата) Uвн = Кзо Uотп, где Кзо - коэффициент запаса на отключение приемника, который всегда меньше 1. Для приемников в виде электромагнитных реле принято Кзо = 0,6, для индуктивных секторных реле Кзо = 0,85, а для бесконтактных приемников Кзо = 0,8. Устойчивая работа РЦ определяется главным образом стабильностью первичных параметров рельсовой линии - электрического сопротивления рельсов и сопротивления изоляции. При расчетах используют удельные значения этих параметров. Удельное электрическое сопротивление рельсов Z (Ом/км) переменному току представляет собой электрическое сопротивление обеих рельсовых нитей (рельсовой петли) с учетом сопротивления стыковых соединителей, отнесенное к 1 км рельсовой линии. Оно является комплексной величиной из-за наличия активной и индуктивной составляющих и выражается модулем и аргументом (фазовым углом). Расчетные значения удельного сопротивления рельсов переменному току различной частоты: Частота, Гц 50 75 125 175 225 275 325 375 425 475 725Модуль сопротивления,Ом/км 0,8 1,07 1,54 2,0 2,6 3,1 3,7 4,3 4,9 5,4 6,6Аргумент, град 65 68 71 73 74 76 76 77 78 79 80Полное сопротивление Z (Ом) при длине рельсовой линии l определяется через удельное сопротивление по формуле Z = l Z. Удельным электрическим сопротивлением изоляции рельсовой линии rи (Ом км) называется сопротивление изоляции, отнесенное на 1 км рельсовой линии. Это сопротивление определяется конструкцией и состоянием балласта. Для РЦ метрополитена расчетное минимальное удельное сопротивление изоляции рельсовой линии принято 2 Ом км. Полное сопротивление изоляции рельсовой линии длиной l определяется по формуле R = rи l. Основной характеристикой работы РЦ в нормальном режиме является коэффициент перегрузки Кпер, представляющий собой отношение фактического значения сигнала на входе приемника (Uвх) к рабочему значению: Кпер = Uвх/Uр. Требуемое напряжение на входе приемника в РЦ обеспечивается изменением выходного напряжения источника питания. Для получения рабочего напряжения на входе приемника при наихудших для нормального режима условиях необходимо, чтобы напряжение питания РЦ было равно Umin. Следовательно, для выполнения нормального режима РЦ требуется, чтобы фактическое напряжение питания было больше или равно Umin. В РЦ с фазочувствительными приемниками (реле ДСР или ДСШ) выходная логическая функция fп зависит не только от напряжения на входе приемника, но и от угла сдвига фаз между напряжением на путевом и местном элементах. Для оценки работы РЦ в этом случае в качестве параметра приемника используется напряжение срабатывания при идеальном фазовом соотношении. При определении коэффициента перегрузки в РЦ с фазочувствительным приемником учитывается зависимость между напряжением на путевом элементе при фактическом и идеальном фазовых соотношениях: , где Uвх - фактическое входное напряжение на путевом элементе, В; Uэ - эквивалентное напряжение на путевом элементе, которое обеспечивает такой же вращающий момент сектора при идеальном фазовом соотношении, как и Uвх при фактическом фазовом соотношении, В. Коэффициент показывает, во сколько раз необходимо повысить напряжение на путевом элементе для создания одного и того же вращающего момента сектора при отклонении фазового соотношения от идеального на угол . Для реле ДСШ-2: = 1/cos(). С учетом реальных фазовых соотношений коэффициент перегрузки в РЦ - с фазочувствительным приемником: Кпер = Uэ/Uр, - для реле ДСР-2: Кпер = Uэ/Uр = Uвх/Uр cos(). Надежность работы РЦ в шунтовом режиме характеризуется абсолютной шунтовой чувствительностью и коэффициентом чувствительности к нормативному поездному шунту. Абсолютная шунтовая чувствительность Rш представляет собой сопротивление поездного шунта, при котором напряжение на входе приемника уменьшается до напряжения надежного возврата при наихудших условиях шунтового режима. Рельсовые цепи должны иметь абсолютную шунтовую чувствительность не менее 0,06 Ом, называемую нормативной. Коэффициент чувствительности к нормативному поездному шунту Кшн - это отношение напряжения надежного возврата Uвн приемника к фактическому напряжению на его входе Uш при наложенном на РЦ шунте сопротивлением 0,06 Ом в наихудших условиях для шунтового режима, т.е. Кш = Uвн/Uш. Шунтовой режим выполняется, если Rш >/= Rшн = 0,06 Ом или Кшн >/= 1. Для получения напряжения надежного возврата Uвн на входе приемника при наихудших для шунтового режима условиях необходимо, чтобы напряжение питания РЦ было равно определенному (максимально допустимому) напряжению Uдш. Следовательно, для выполнения шунтового режима требуется, чтобы фактическое напряжение питания Uф было меньше или равно Uдш, т.е. Uф </= Uдш. Коэффициент чувствительности к оборванной (поврежденной) нити Ккп характеризует работу РЦ в контрольном режиме. Он представляет собой отношение напряжения надежного возврата приемника Uвн к фактическому напряжению приемника Uк в контрольном режиме при критическом сопротивлении изоляции и критическом месте обрыва: Ккп = Uвн/Uк.Контрольный режим РЦ выполняется, если Ккп >/= 1. Для получения напряжения надежного возврата на входе приемника при наихудших для контрольного режима условиях необходимо, чтобы напряжение питания РЦ было равно определенному (максимально допустимому) напряжению Uдкп. Для обеспечения контрольного режима требуется, чтобы фактическое напряжение питания Uф было меньше или равно Uдкп,Страницы: 1, 2
