Электрическая централизация

Указанные особенности системы интервального регулирования с центральным расположением аппаратуры дают основания предполагать возможность значительного повышения производительности труда технического персонала, сокращения его численности и снижения эксплуатационных расходов на обслуживание устройств.

Наличие информации о местонахождении поездов на центральных пунктах позволяет значительно упростить решение целого ряда задач, связанных с организацией диспетчерского контроля, подачей извещения о приближении поезда к станции, организацией движения по неправильному пути или сменой направления на линиях с двухсторонним движением. Упрощаются также устройства электроснабжения. При наличии на промежуточных станциях источников электроснабжения на ряде участков, особенно при электротяге, можно будет вообще отказаться от высоковольтной линии автоблокировки, так как на перегонах не требуется никаких источников питания. Сосредоточение всей аппаратуры на станциях позволяет осуществлять управление кодовыми сигналами АЛС на перегонах с пульта дежурного по станции (ДСП). При временном расстройстве пути, ремонте, при внезапно возникших и обнаруженных препятствиях на пути или других неисправностях, угрожающих безопасности движения, ДСП может включить кодовые сигналы в любой рельсовой цепи перегона или сменить кодовый сигнал на более запрещающий. Наконец, передача кодовых сигналов в рельсовые цепи может осуществляться не только в зависимости от количества свободных блок-участков, но и с учетом категории поезда, для которого эти сигналы предназначаются. Использование современных средств телесигнализации и телеуправления не только для контроля неисправных узлов и их резервирования, но и для оперативного вмешательства в логику работы систем интервального регулирования позволит в перспективе наиболее полно решить ряд вопросов, связанных с созданием автоматизированной системы управления на железнодорожном транспорте (АСУЖТ). Это повысит эффективность действия системы регулирования и безопасность движения поездов. Централизованное размещение аппаратуры дает возможность наиболее просто установить функциональные связи между системой интервального регулирования и другими техническими средствами, используемыми для организации движения поездов. Это соответствует основному направлению развития железнодорожной автоматики по созданию комплексной автоматизированной системы управления железнодорожным транспортом. Станционная аппаратура АБТЦ размещается на станциях, ограничивающих перегон, устанавливается в постах ЭЦ или в транспортабельных модулях и соединяется с напольным оборудованием при помощи кабеля. Деление перегона (раздел кабеля) производится по сигнальной установке, находящейся в середине перегона. При этом рекомендуется светофор и питающий конец РЦ, расположенный непосредственно за этим светофором, подключать к станции отправления. Длина кабеля не должна превышать 9 км для управления светофором и 12 км для рельсовых цепей. Основные достоинства ТРЦ связаны с возможностью их работы без изолирующих стыков. При этом:

- исключается самый ненадежный элемент СЖАТ - изолирующие стыки (на долю изолирующих стыков приходится 27% всех отказов устройств СЖАТ);

- отпадает необходимость установки дорогостоящих дроссель-трансформаторов для пропуска тягового тока в обход изолирующих стыков. При этом уменьшается число отказов по причине обрыва и хищений перемычек и снижаются затраты на обслуживание;

- улучшаются условия протекания обратного тягового тока по рельсовым нитям;

- сохраняется прочность пути с длинномерными рельсовыми плетями.

В выбранном диапазоне несущих частот уровень гармонических составляющих тягового тока меньше, чем при более низких частотах, что позволило:

- повысить помехозащищенность РЦ;

- повысить чувствительность приемников и, как следствие, снизить мощность, потребляемую ТРЦ.

Кроме того, применение более высоких частот позволяет легче реализовать добротные фильтры меньших габаритов и повысить защищенность приемников от влияния соседних частот.

Возможность удаления аппаратуры от рельсовых линий на достаточно большое расстояние обеспечивает экономическую целесообразность применения ТРЦ в следующих случаях:

- для контроля свободности перегона и исправности рельсов в системе ПАБ, что повышает безопасность движения и дает возможность внедрения систем диспетчерской централизации;

- для организации защитных участков требуемой длины в кодовой и импульсно-проводной АБ. При этом установка дополнительных релейных шкафов и линейных высоковольтных трансформаторов в пределах блок-участка не требуется;

- в качестве РЦ наложения для получения требуемой длины участков приближения к переезду. Это позволяет сократить до минимума преждевременность закрытия переезда;

- на участках с пониженным сопротивлением балласта.

Кроме того, к достоинствам ТРЦ следует отнести отсутствие контактных реле, работающих в импульсном режиме, что существенно повышает надежность и долговечность аппаратуры. Известно, что среди приборов СЖАТ наибольшее число отказов приходится на дешифраторы кодовой автоблокировки, трансмиттерные реле и импульсные путевые реле. Недостатками ТРЦ являются малая предельная длина и наличие зоны дополнительного шунтирования.

3. Теоретические исследования для разработки системы АБТЦ

3.1 Разработка схематического плана станции

Схематический (однониточный) план станций представляет собой немасштабное однолинейное изображения путей, стрелок, светофоров, ИС и других объектов станции, выполненное с соблюдением их взаимного расположения и пропорций в длинах путей, и является основным документом для проектирования ЭЦ.

Схематический план станции является основным документом для проектирования электрической централизации. Схематический план представляет собой немасштабное изображение путей, стрелок, светофоров, изолирующих стыков и других объектов станции с соблюдением их взаимного расположения и пропорции в длинах путей. При выполнении схематического плана можно рекомендовать принимать междупутье 5,3 м равным 1 см (другие междупутья - пропорционально), а угол стрелочного перевода - примерно равным 30°. Разбивку станции на изолированные участки целесообразно выполнять в следующей последовательности:

1) изолирующими стыками станция отделяется от перегона; выделяются рельсовые цепи главных и приемо-отправочных путей станции;

2) устанавливаются изолирующие стыки, выделяющие бесстрелочные участки пути за входными светофорами, а также участки пути, удобные для производства маневровой работы;

3) отделяется изолирующими стыками нецентрализованная зона (грузовые дворы, депо, тупиковые и подъездные пути); при этом следует отметить, что путевое развитие тяговых подстанций, путей отстоя пожарных и восстановительных поездов, а также классных вагонов являются объектами централизации;

4) на входе в зону централизации с подъездных путей выделяется короткая рельсовая цепь (25 м) для контроля подхода составов с подъездных путей;

5) стрелки, примыкающие к приемо-отправочным путям, выделяются в отдельную рельсовую цепь;

6) в отдельные рельсовые цепи выделяются каждая из стрелок стрелочной улицы;

7) устанавливаются изолирующие стыки, обеспечивающие одновременные параллельные передвижения (стыки между стрелками съездов, параллельно расположенными съездами и т.п.); 8) далее должен быть выполнен анализ полученных разветвленных рельсовых цепей: во-первых, все ли рельсовые цепи имеют центр секции и, во-вторых, не входит ли в одну рельсовую цепь более трех одиночных или двух перекрестных стрелок; при необходимости устанавливаются дополнительные изолирующие стыки, причем желательно, чтобы число изолирующих стыков по главным путям было минимальным. Далее должна быть выполнена расстановка светофоров. Станционные светофоры по назначению подразделяются на входные, выходные, маршрутные, маневровые, заградительные и повторительные. По конструкции светофоры бывают мачтовые и карликовые и устанавливаются справа от пути по направлению движения поездов. При невозможности обеспечения условий габарита приближения строений, допускается установка светофоров на мостиках или консолях над осью ограждаемого пути. Входные светофоры при автономной тяге устанавливаются для каждого из примыкающих к станции направлений на расстоянии не менее 50м от первого входного стрелочного перевода, считая от остряков противошерстной стрелки (движение навстречу острякам) или предельного столбика пошерстной стрелки. На электрифицированных участках входные светофоры устанавливаются на расстоянии 300м от входной стрелки перед воздушным промежутком, отделяющим контактные сети перегона и станции. При необходимости производства маневров с вытягиванием состава на главный путь (при отсутствии вытяжного тупика) входной светофор относится на расстояние до 400м от входной стрелки. На место установки входного светофора также влияет его видимость со стороны перегона, а также условия трогания тяжеловесного поезда с места. Входные светофоры обозначаются литерами Н или Ч соответственно для приема на станцию нечетных и четных поездов. При наличии нескольких подходов на станции к литеру светофора добавляется первая буква названия ближайшей участковой станции. На двухпутных линиях для приема поездов, движущихся по неправильному пути, в створе сосновными устанавливаются дополнительные входные сигналы. При невозможности обеспечения габарита они размещаются с левой стороны. При новом строительстве по конструкции такие сигналы должны быть мачтовыми (ранее применялись карликовые). Выходные светофоры устанавливаются с каждого пути с учетом специализации по направлениям движения. Допускается установка группового выходного светофора для нескольких путей, кроме главных. При числе отправляющихся поездов по групповому выходному сигналу более 10, светофор дополняется маршрутным указателем номера пути, с которого разрешается отправление.

На станциях полупродольного и продольного типа перед стрелочной зоной, разделяющей последовательно располагающиеся парки или пути, устанавливаются маршрутные светофоры. Поездные светофоры (входные, маршрутные и выходные) могут применяться с маршрутными указателями, дополняющими разрешающее показание основного сигнала: - при наличии группового выходного или маршрутного светофора. Маршрутный указатель в этом случае имеет зеленые лампы и служит для индикации машинисту номера пути, с которого разрешается отправление. - при наличии двух и более направлений, примыкающих к станции и на которые возможно отправление поездов с одних и тех же путей, а также при двухсторонней автоблокировке на двухпутных линиях. Применяется индикация белым цветом номера главного пути или условной буквы направления следования поезда. - для указания машинисту прибывающего поезда номера пути или парка приема поезда. В этом случае маршрутный указатель устанавливается на входном светофоре, а используемая индикация - белый цвет. Маневровые светофоры устанавливаются в соответствии с маршрутизацией маневровых передвижений станции. Обычно применяются карликовые светофоры. Мачтовые сигналы устанавливаются на выходе из нецентрализованной зоны. В соответствии с заданием на курсовой проект должно быть известно направление движения четных и нечетных поездов. Это позволяет правильно присвоить литеры Ч и Н входным светофорам, а горловины станции называть «четной» или «нечетной». Рекомендуется расстановку светофоров вести в следующей последовательности:

1) на границе станции в створе с изолирующими стыками устанавливаются входные светофоры Ч и Н; при наличии нескольких подходов к станции к литеру входного светофора добавляется первая буква ближайшей участковой станции;

2) на двухпутных линиях для приема поездов с неправильного пути устанавливается дополнительные входные светофоры ЧД и НД; по условиям габарита они могут быть установлены с левой стороны;

3) с приемо-отправочных путей с учетом их специализации устанавливаются выходные светофоры;

4) при наличии на станции нескольких парков с приемо-отправочных путей устанавливаются маршрутные светофоры;

5) при нарушении условий видимости выходных и маршрутных светофоров устанавливаются повторительные светофоры;

6) со специализированных приемо-отправочных путей устанавливаются маневровые светофоры;

7) для въезда на станцию из нецентрализованных зон устанавливаются маневровые светофоры;

8) стрелки, примыкающие к приемо-отправочным путям, ограждаются маневровыми светофорами;

9) для производства маневровой работы со всех бесстрелочных участков пути в горловинах станции устанавливаются маневровые светофоры;

10) в горловине станции устанавливаются маневровые светофоры, исключающие перепробег при маневровой работе. Сигнальные показания всех светофоров должны строго соответствовать действующей инструкции по сигнализации на железных дорогах.

Рисунок 6

3.2 Разработка двухниточного плана станции

Двухниточный план составляется на основании схематического плана и является основным документом по оборудованию станции рельсовыми цепями и размещению путевого оборудования ЭЦ. После переноса со схематического плана изолирующих стыков на двухниточный план станции убеждаются, соблюдается ли чередование полярности питания рельсовых цепей. Проверка правильности расстановки изолирующих стыков производится по методу обеспечения четности количества стыков в каждом замкнутом контуре . При этом проверяется обтекание током стрелочных соединителей для контроля их целостности. Неконтролируемые соединители дублируются. Однако на одиночных стрелках неконтролируемые соединители не ставятся. В разветвленных рельсовых цепях питающие и релейные концы размещены так, чтобы обеспечить обтекание током наибольшего количества стрелочных соединителей и уменьшения длины параллельных ответвлений. Путевое реле на всех ответвлениях рельсовых цепей установлены в обязательном порядке, поскольку эти ответвления входят в маршруты приема и отправления поездов. Общее количество путевых реле в двухниточных рельсовых цепях не превышают трех.На двухниточном плане станции изображены: путевое развитие станции в двухниточном изображении; стрелочные электроприводы и сторонность их установки; светофоры, с указанием расцветки всех сигнальных огней; пассажирское здание (пост ЭЦ); релейные и батарейные шкафы, трансформаторные ящики, кабельные стойки, разветвительные муфты с указанием типа оборудования, а для работы релейного шкафа - количество устанавливаемых аккумуляторов; изолирующие стыки с выделением негабаритных, стрелочные соединители; трассы магистральных кабелей; линии электроснабжения устройств ЭЦ с указанием мест установки и типа питающих трансформаторов.

3.3 Разработка маршрутизации передвижений на станции

Станция оборудуется релейной централизацией, поэтому учитываются все передвижения по станции. Эти передвижения могут быть маршрутизированные и немаршрутизированные. Маршрутизированным передвижением считается такое, которое совершается по установленным и замкнутым стрелкам и разрешающему показанию светофора. Немаршрутизированное передвижение производят по стрелкам, не замкнутым в маршруте, как по ручным или звуковым сигналам. Маршрут представляет собой путь следования поезда по станции при определенном положении установленных и запертых стрелок по открытому светофору, разрешающему движение. В электрическую централизацию включают поездные и маневровые маршруты. В поездные входят: маршруты приема, по которым осуществляют прием поездов с перегонов на станцию, по разрешающему показанию входного светофора; отправления, по которым осуществляется отправление поездов с путей станции на перегон по разрешающему показанию выходного светофора. По маневровым маршрутам осуществляют передвижения внутри станции в целях подачи вагонов на грузовые дворы, в тупики, перестановки вагонов с одного пути на другой и т.п. Разрешением движения служит открытое положение маневрового светофора. Маневровые передвижения могут производится маршрутизированным и немаршрутизированным порядком. При немаршрутизированных передвижениях стрелки передаются на местное управление из маневровой колонки или из путевых коробок, расположенных у стрелок, специальным ключом. В графе "Наименование маршрута" записаны все поездные маршруты, разделенные по направлениям, с выделением маршрутов сквозного прохода по главным путям (1П,2П) и безостановочного пропуска по боковым путям . Маршрут сквозного пропуска, например по пути 1П записан как составной из маршрутов приема и отправления под определенным номером. В этом маршруте указано положение стрелок и открытие светофоров составных маршрутов. Маршрут безостановочного пропуска, например, на ст. А по пути 4П записан как составной под номером. Для обеспечения безопасности движения поездов определена враждебность маршрутов. Все маршруты, в состав которых входят одни и те же стрелки, но в разных положениях, считаются враждебными или несовместимыми. Такие маршруты исключаются положением стрелок и не требуют специальных маршрутных исключений. Враждебными маршрутами являются и такие, которые не исключаются положением стрелок, а именно: маршруты приема на один и тот же путь с разных концов станции (лобовые маршруты); встречные маршруты приема и маневров на один и тот же путь; поездные маршруты (приема, отправления и передачи) и маневровые маршруты как попутные, так и встречные в любых сочетаниях, если в их состав входят одни и те стрелки в одинаковых положениях; встречные маневровые маршруты на один и то же участок пути в горловине станции независимо от длины этого участка; поездные и маневровые маршруты с передачей стрелок на местное управление, совместимые по положению стрелок; маршруты приема на пути с местным управлением стрелками в противоположной горловине станции, допускающие выход на путь приема. Невраждебными маршрутами считают попутные маршруты приема и отправления как с одного и того же пути, так и по разным путям; встречные маршруты приема на разные пути при благоприятных подходах к станции; маршруты отправления с одного и того же пути станции в разных направлениях; маневровые маршруты вслед отправляющему поезду; маневровые маршруты на один и тот же путь с разных концов станции; встречные маневровые маршруты в горловине станции в направлении маневровых светофоров, установленных в створе. Враждебность маршрутов в таблице зависимости отражена в графе "Маршруты", черными кружками показаны устанавливаемые маршруты, а крестами - враждебные маршруты. Учитывается косвенная враждебность. Косвенно враждебными являются маршруты всех назначений, не имеющие общих стрелок, но враждебные из-за неблагоприятных условий подхода к станции, например встречные маршруты приема на разные пути станции при наличии затяжного спуска со стороны одного подхода к станции и возможности проследования поездом выходного закрытого светофора. Разработка маршрутизации заканчивается составлением таблиц основных и маневровых маршрутов.

Рисунок 7

3.4 Расчет кабельных сетей малой станции

Основой для составления и расчета кабельных сетей служат двухниточный план станции и путевой план перегона. Кабельные сети станции разделены на три группы: кабельная сеть стрелок, кабельная сеть светофоров и кабельная сеть рельсовых цепей. Провода к стрелкам, светофорам, питающим, и релейным концам рельсовых цепей прокладывают в разных кабелях. Однотипные объекты сгруппированы с помощью разветвительных муфт типа УПМ-24. Концевая разделка кабелей при подводе к объектам произведена в универсальных муфтах типа УКМ-12. Муфты имеют наименования: С - сигнальная, СТ - стрелочная, П - питающая, Р - релейная. Использован сигнально-блокировочный кабель с полиэтиленовой изоляцией в алюминиевой оболочке СБПБ. От поста ЭЦ до групповых разветвительных муфт проложены магистральные (групповые) кабели, а от разветвительных муфт до объектов - индивидуальные. Длина магистральных кабелей определена по формуле:

, (3.1)

где L - расстояние от поста ЭЦ до групповой муфты по ординатам; n - количество пересекаемых путей; Lв - расстояние от поста ЭЦ до трассы кабеля с расходом кабеля 25 м на ввод в релейную; Lр - длина кабеля, необходимая для подъема его со дна траншеи до муфты (1,5м); L3- расход кабеля на разделку и запас у муфты, шкафа светофора (1м).

Коэффициент 1,03 в формуле учитывается трехпроцентный расход кабеля на изгибы и повороты при прокладке.

Длина индивидуальных кабелей определена по формуле:

, (3.2)

результаты расчетов округляются до числа, кратного 5.

Жильность кабелей определяется в зависимости от числа проводов электрической схемы включения рассматриваемого объекта, при этом учитывается количество дублирующих жил и жил требуемого резерва. Необходимость в дублировании жил возникает в тех случаях, когда сечения одной жилы недостаточно для передачи требуемой мощности при установленной норме допустимых потерь напряжения в проводах. Число дублируемых жил определяется на основании расчетов. Количество запасных жил принимается из расчета: одна запасная жила на 10 действующих, но не более трех жил. После расчета требуемого числа жил выбирается кабель ближайшей стандартной емкости.

Кабельная сеть стрелок включает цепи управления и контроля положения стрелок, автоматической очистки их от снега и электрообогрева контактов автопереключателей приводов. Требуемое число дублируемых жил в проводе рассчитывается по допустимой потере напряжения на контактах аппаратуры и в соединительных проводах. Эта величина определяется по формуле:

, (3.3)

где U - напряжение источника питания, равно 220 В; Un - номинальное напряжение двигателя МСП-0,15, равно 160 В; Rc - переходное сопротивление контактов реле и соединительных проводов, 1,6 Ом; Icp - расчетный ток двигателя привода, принимаемый на 25% больше рабочего тока, 3 А;

Тогда, поставив численные значения, получим:

Максимальная допустимая длина кабеля при заданном числе жил рассчитывается по формуле:

(3.4)

где R - сопротивление 1 м жилы кабеля диаметром 1 мм (составляет 0,0235 Ом); Nn - число жил в прямом проводе; No - число жил в обратном проводе.

При расчете жильности кабелей спаренных стрелок имеем в виду, что кабель с поста ЭЦ подводится к ближайшей стрелке с использованием двух проводов, а между первой и дальней стрелками прокладывается отдельный кабель, в котором предусмотрены два контрольных и три рабочих провода. Длина кабеля принимается по расстоянию от поста ЭЦ до дальней из стрелок. Однако полученное число жил предусматривается лишь в кабеле до первой из спаренных стрелок. Что касается кабеля между стрелками, то в нем контрольные провода не дублируются, а рабочие дублируются в зависимости от числа дублируемых жил до первой стрелки. Если до первой стрелки дублируются провода одинаковым числом жил, то этим же числом жил дублируется и каждый из трех рабочих проводов между стрелками. Если до первой стрелки провода дублируются неодинаковым числом жил (число жил обратного провода на единицу больше числа жил прямого провода), то каждый из двух прямых проводов между стрелками дублируется тем же числом жил, что и прямой провод до первой стрелки, а обратный - тем же числом жил, что и обратный до первой стрелки. Для автоматической очистки стрелок от снега с помощью сжатого воздуха у каждой из стрелок устанавливается электропневматический клапан (ЭПК), управление которым осуществляется с поста ЭЦ прокладываем два провода прямой и обратный, при этом обратные провода в проходных муфтах объединяются в один общий. Предельная длина кабеля от поста ЭЦ до ЭПК без дублирования жил составляет 670 м, свыше этого расстояния провода дублируются, при этом до 950 м дублируются двумя жилами лишь обратный провод, при расстоянии до 1350 м дублируются двумя жилами оба провода. Для обогрева стрелочных электроприводов используются по два проволочных резистора мощностью 220 В, которое затем понижается трансформаторами ПОБС-5А, размещаемыми в путевых ящиках вблизи групповых муфт. Один трансформатор рассчитывается для обогрева пяти электроприводов. Предельная длина кабеля между постом ЭЦ и трансформаторами без дублирования жил составляет 1350 м, а между трансформаторами и электрообогреваемыми элементами - 390 м. Поэтому в целях обогрева дублировать жилы не требуется. Кабельная сеть светофоров включает цепи выходных и маневровых светофоров, а также релейных шкафов входных светофоров. Напряжение переменного тока 220 В подается с поста ЭЦ к лампам светофоров через понижающие сигнальные трансформаторы, которые устанавливаются в трансформаторных ящиках светофоров. Вследствие небольших токов, протекающих в цепи сигнальных трансформаторов, дублирования жил светофорных кабелей не требуется при их длине 4 км. В соответствии с электрическими схемами включения входных и маневровых светофоров в каждой из лампочек подводится по одному прямому проводу. Обратные провода объединяются: у маневровых светофоров - обоих (белого и синего) огней, у входных светофоров - отдельно для разрешающих (зеленого и желтого) и запрещающих поездных (красного и белого) показаний. Допускается последовательная обвязка для трех объектов.Между релейным шкафом и входным светофором дублирование жил не требуется, поскольку релейный шкаф размещается вблизи от входного светофора и потери напряжения в кабеле очень малы. Для надежности работы электрической централизации на станции, как правило, между релейным шкафом входного светофора и постом ЭЦ прокладывается отдельный кабель. В этом кабеле, кроме проводов для цепей управления и контроля входными светофорами, предусматриваются также по две жилы для включения путевых и релейных трансформаторов рельсовых цепей перегонных участков, а также станционных рельсовых цепей, примыкающих к перегонным. В рельсовых цепях переменного тока 25 Гц преобразователь частоты ПЧ 50/25 и путевые реле размещаются на посту ЭЦ, а питающие и релейные трансформаторы - в путевых ящиках непосредственно у рельсов.Для их связи с постом ЭЦ строится отдельно кабельная сеть для питающих и релейных трансформаторов, этим исключается возможность воздействия на путевые реле токов посторонних цепей. При построении кабельных сетей релейных трансформаторов следует иметь в виду, что для каждого релейного трансформатора предусматривается по 2 отдельных провода, которые обычно не дублируются (предельная длина кабеля между путевыми реле и релейными трансформаторами составляет три км).

Рисунок 8

3.5 Функции, область применения и классификация рельсовых цепей

Рельсовые цепи используются как основной путевой датчик и телемеханический канал непрерывного типа в автоматической блокировке (АБ), автоматическом локомотивной сигнализации непрерывного типа (АЛСН), электрической централизации (ЭЦ), диспетчерской централизации (ДЦ).Как путевой датчик РЦ используется в пределах перегонов и станций для получения первичной дискретной информации о состоянии путевых участков и целостности рельсовых нитей, на основе которой автоматизируется процесс управления движением поездов и повышается его безопасность. Как путевой телемеханический канал РЦ широко используется для установления беспроводной логической связи между смежными исполнительно-распорядительными пунктами (сигнальными точками) в кодовой АБ и передачи оперативной информации с пути на локомотив в системах АЛСН, которыми оборудованы вес основные магистрали железных дорог. РЦ широко используются в системах: автоматических ограждающих устройств (АОУ), значительно повышающих эффективность использования автотранспорта и безопасность движения по железнодорожным переездам; автоматического контроля за движением поездов (ДК), повышающего эффективность работы диспетчеров отделений железных дорог; горочной автоматической централизации (ГАЦ) и автоматического регулирования скорости (АРС), автоматизирующих процесс роспуска составов на сортировочных горках и повышающих эффективность их работы; автоматического контроля перегона в системах путевой полуавтоматической блокировки (ПАБ), повышающих пропускную способность участков и безопасность движения поездов и др. Большое количество типов РЦ и их модификаций, рассмотренных в настоящем справочнике, определяется различным сочетанием основных факторов, оказывающих влияние на выбор схемы РЦ и аппаратуры для нее. К таким факторам относятся:

- область применения - перегон (с АБ или ПАБ), станция (путевые или стрелочные участки), сортировочная горка - стрелочные или межстрелочные участки, подгорочный парк, АОУ (в зоне перегонов, в зоне станций);

- вид тяги - автономная тяга (автономная с последующим переходом на электротягу постоянного или переменного тока, без последующего перехода на электротягу), электротяга постоянного тока, электротяга переменного тока, электротяга постоянного и переменного тока (в зоне станций стыкования двух видов электротяги);

- род сигнального тока - постоянный ток, переменный ток различной частоты, постоянный и переменный ток (в РЦ с двукратным использованием тракта передачи);

- схема канализации тягового тока - двухниточная с двумя дроссель-трансформаторами, двухниточная с одним дроссель-трансформатором и однониточная; режим питания РЦ - непрерывный, импульсный или кодовый; тип путевого приемника - постоянного тока: нейтральный, поляризованный или комбинированный; переменного тока: одноэлементный и двухэлементный или фазочувствительный (ФЧП);

- способ наложения кодовых сигналов АЛСН - непрерывный (в кодовой АБ), после вступления поезда на РЦ, предварительный (при задании маршрута).

Рисунок 9

4. Практическое использование проведенных исследований

4.1 Разработка путевого плана перегона

Устройства системы АБТЦ содержат рельсовые цепи без изолирующих стыков (БРЦ), передающие устройства числовой и частотной систем АЛС, путевые согласующие трансформаторы, кабельную линию для связи аппаратуры с рельсовой линией, сему увязки между смежными станциями, в том числе схему смены направления, устройства электропитания .

Система ЦАБ построена на основе электрических рельсовых цепей без изолирующих стыков, называемых также неограниченными рельсовыми цепями. Их достоинствами являются отсутствие в их электрической цепи малонадежных элементов изолирующих стыков, проводных шлейфов и др.

На участках с электротягой обеспечивается надежная непрерывность цепи возврата тягового тока. Поэтому практически снимаются ограничения по значению тягового тока, протекающего по рельсовым нитям, что особенно важно для участков, где обращаются поезда повышенной массы. В связи с этим в несколько раз сокращается число применяемых металлоемких дроссель-трансформаторов. На линиях с электрической тягой постоянного тока дроссель-трансформаторы устанавливают для выравнивания тягового тока в местах установки междупутных перемычек на двухпутных линиях, в местах подсоединения отсасывающих фидеров тяговых подстанции, подсоединения заземлении, а также у входных светофоров станции. Устранение изолирующих стыков способствует снижению потерь электроэнергии на тягу поездов.

Для работы БРЦ на железнодорожных линиях используются амплитудно-модулированные сигналы с несущими частотами 420, 480 и 580 Гц и частотами модуляции 8 и 12 Гц, а на линиях метрополитенов - сигналы с несущими частотами 720, 780 и 580Гц с теми же частотами модуляции. Это разделение сигналов по области применения сигнальных частот весьма условно. При необходимости сигналы со всеми пятью несущими частотами можно применять как на железных дорогах, так и на линиях метрополитенов.

Максимальная длина БРЦ на железнодорожных линиях составляет 1000 м. В этом случае обеспечиваются все режимы работы БРЦ при сопротивлении изоляции балласта до 0,7 Ом·км. С уменьшением сопротивления балласта предельная длина БРЦ снижается. Например, на участках с пониженным сопротивлением балласта применяются БРЦ длиной 250 м, работоспособность которых обеспечивается при снижении сопротивления балласта до 0,1 Ом·км, то есть в 10 раз ниже нормативного значения.

Аппаратуру БРЦ размещают на станциях. Расстояние между пунктами размещения аппаратуры на участках с электротягой достигает 20 км, а на линиях с автономной тягой - 30км. На линиях метрополитенов расстояние между пунктами размещения аппаратуры может достигать 8км, то есть удаление аппаратуры от рельсовой линии возможно до 4 км.

С рельсовыми линиями аппаратура соединятся симметричным кабелем с парной скруткой жил. По нему же осуществляется взаимная увязка работы устройств, расположенных на соседних станциях.

Электроснабжение путевых устройств ЦАБ осуществляется от установок, аналогичных установкам для электропитания устройств электрической централизации. Основным источником электроснабжения, как правило, является ЛЭП, а резервным в зависимости от вида тяги и наличия местных сетей - ЛЭП на опорах контактной сети, в том числе и система ДПР два провода - рельс при электрической тяге переменного тока, дизель-генераторные автоматизированные агрегаты (ДГА), аккумуляторные батареи в комплексе с преобразовательными устройствами.

Потребляемая мощность определятся в основном нагрузками передающих устройств БРЦ и АЛС. Максимальная мощность, потребляемая передающими устройствами числовой АЛСН на несущей частоте 25, 50 или 75 Гц в расчете на одну БРЦ, не превышает 50 В·А, частотной АЛС - 40 В·А, а при одновременной передаче двух сигнальных частот - 80 В·А. Мощность, потребляемая передающими устройствами БРЦ в расчете на одну РЦ, не превышает 10 В·А. Средние мощности, потребляемые этими устройствами, ниже этих значении.

В бесстыковых рельсовых цепях для сокращения аппаратуры, кабеля, используемых сигнальных частот питание двух смежных БРЦ осуществляется от одного источника сигнального тока: БРЦ 1 и 2 получают питание от генератора 1/2 Г1 с несущей сигнальной частотой, например 425Гц и частотой модуляции 8Гц; БРЦ 3 и 4 - генератора 3/4 Г2 с несущей частотой, например 475Гц и частотой модуляции 12 Гц. Таким образом, сигналы от генераторов 1/2 Г1 и 3/4 Г2 различаются как несущими так частотами, так и частотами модуляции, что обеспечивает надёжную защиту приемных устройств от влияния сигнальных токов смежных БРЦ.

Использование амплитудно-модулированных сигналов обеспечивает надежную защиту приемных устройств от воздействия гармонических и импульсных помех тягового тока, а также от помех, создаваемых токами централизованного электроснабжения вагонов пассажирских поездов.

В принятой структуре построения для БРЦ одного пути достаточно применять сигналы двух несущих частот, например 420 и 480 Гц. Состояние БРЦ 1 и 2 контролирует приемники 1П1 и 2П1, принимающие сигналы на несущей частоте 420 Гц и частоте модуляции 8 Гц от генератора 1/2 Г1. Первая цифра в условном наименовании приемника обозначает номер БРЦ, а вторая - тип приемника; П1 воспринимает сигналы с несущей частотой 420 Гц, а П2 - 480 Гц. Состоянием БРЦ 3 и 4 контролирует приемники 3П2 и 4П2, воспринимающие сигналы от генератора 3/4 Г2. В принятой структуре на приемник 2П1 БРЦ 2 мог бы оказать влияние сигнальный ток БРЦ 5, работающий от генератора того же типа Г. Однако приемник 2П1 защищен от опасного влияния генератора 5/6 Г1 из за естественного затухания при прохождении сигнала от генератора 5/6 Г1 к приемнику 2П1 через БРЦ 5, 4 и 3. Аналогично взаимно защищены и другие приемники от генератора, работающих на одинаковых несущих частотах. При всех вариантах приемник данной БРЦ и влияющий генератор, работающий на той несущей частоте, разделены тремя БРЦ. Расчеты показывают, что затухание сигнала при прохождении его через 3 БРЦ составляет примерно 20 дБ. Затухание сигнала от влияющего источника при прохождении его 3 БРЦ составляет примерно 60 дБ. По этому помеха от источника расположенного за три БРЦ от данного приемника, примерно в 100 раз ниже полезного сигнала, поступающий на вход приемника от генератора собственной БРЦ. При не благоприятном соотношении длин БРЦ (длины БРЦ, через которые проходят от влияющего источника, существенно ниже предельных значений) взаимное влияние сигналов от БРЦ, работающих на одинаковых частотах возрастает. В этом случае для исключения взаимного влияния может быть использованы третья несущая частота, например 580 Гц, в дополнении к указанным частотам 420 и 480 Гц.

Занятие и освобождение БРЦ фиксируется не в момент вступления и проследования поездом точек подключения аппаратуры, а на некотором расстоянии от концов БРЦ, характеризующих зоны дополнительного шунтирования l_ш по приближении и удалении поезда. Наличие этих зон обусловлено отсутствием изолирующих. Например, при приближении поезда к БРЦ 2 за счет поездного шунта напряжение на питающем конце, а значит, и на входе приемника 2П1 снижается. На некотором расстоянии благодаря шунтированию через рельсовую петлю поездным шунтом напряжение на входе приемника снижается до значения, соответствующего отпусканию якоря путевого реле. Так же и срабатывание путевого приемника и возбуждения путевого реле, например 4П2, происходят после удаления поезда на расстояние l_ш от БРЦ 4. Таким образом тактическая длина БРЦ оказывается больше ее физической длины, определяемой точками подключения аппаратуры, то есть

l_факт = l + 2l_ш.

Для нормальных действия локомотивных устройств АЛС следует обеспечивать нормативный ток локомотивной сигнализации на расстоянии l_АЛС равном суммарной длине рельсовой цепи l и зоны дополнительного шунтирования l_ш, то есть должно выполнятся условия l_АЛС = l + l_ш.

Длина зоны шунтирования зависит от частоты сигнального тока, рабочее напряжение сигнала на входе приемника, сопротивление балласта рельсовой линий, коэффициента возврата путевого приемника, реального сопротивления поездного шунта длины БРЦ. Для железных дорог при частоте сигнального тока 4258 Гц значение зоны шунтирования в условиях эксплуатаций находится в пределах от 40 до 120 м. При повышении частоты сигнального тока, напряжение на входе приемника, сопротивления балласта и сопротивления рельсов длина зоны шунтирования уменьшается, а при уменьшении указанных параметров значение l_ш возрастает.В практических условиях эксплуатации на железных дорогах изменение зоны l_ш в основном обусловлено изменением сопротивлениям балласта, а на линиях метрополитенов - колебанием напряжения источника питания.

Если по каким - либо причинам необходимо получить наименьшую зону l_ш , то это может быть достигнуто повышением напряжения сигнала на входе приемника до максимально допустимого значения, при котором обеспечиваются все режимы работы БРЦ.

Для исключения ложного срабатывания путевых приемников при случайном объединении рельсовых нитей соседних путей на двухпутных участках железных дорог используют сигналы с четырьмя отличительными признаками. Эти признаки создаются в результате модуляции двух несущих частот 425 и 475 Гц частотами 8 и 12 Гц. Сигналы 425/8 и 475/12 применяют в БРЦ одного пути, а сигналы 425/12 и 475/8 - для БРЦ другого пути двухпутного участка. В числителе указана несущая частота, а в знаменателе - частота модуляции.

В структурной схеме устройств ЦАБ для примерного перегона содержащего 12 БРЦ, демонстрационный лист 2, на каждой станции размещается аппаратура, относящаяся к половине перегона, примыкающей к данной станции. Питание БРЦ осуществляется от генераторов Г1и Г2 сигналов 425/8 и 475/12 соответственно. Каждый генератор питает две смежные БРЦ, расположенные по обе стороны от точки его подключения к рельсовой линии. Генераторы для БРЦ 1-4 расположены на станции Доссор, а для БРЦ 5-10 - на станции Макат. Состояние БРЦ контролируют путевые приёмники П1 и П2, первый из которых воспринимает сигналы 420/8, а второй - 480/12. основную аппаратуру размещают на станциях. Непосредственно у пути размещают лишь пассивные согласующие путевые трансформаторы ПТ, а на линиях с электротягой в необходимых случаях - и дроссель-трансформаторы.

Аппаратура соединяется с путевыми трансформаторами симметричным сигнальным кабелем с парной скруткой жил. Питание двух смежных БРЦ производится по одной паре жил сигнального кабеля. Два приёмника смежных БРЦ также подключают одной парой жил. По ним же передаются кодовые сигналы АЛС от передающих устройств, расположенных на станциях. Приведённая структура построения БРЦ позволяет наиболее рационально использовать передающую аппаратуру БРЦ и сигнальный кабель. При таком же числе рельсовых цепей с изолирующими стыками потребовалось бы в 2 раза больше генераторов и сигнального кабеля.

Контроль перегона, смена направления движения и увязка между станциями обеспечивают по отдельным цепям этого же сигнального кабеля (ССН и У). Кодовые сигналы АЛС передаются в БРЦ с момента занятия её поездом. Кодовые сигналы передаются с питающего или приёмного конца в зависимости от установленного направления движения.

Рисунок 10

4.2 Разработка принципиальных схем

Устройства централизованной автоблокировки содержат передающую и приёмную аппаратуру, и передающую аппаратуру числовой и частотной систем АЛС. В устройствах АБТЦ применяется следующая аппаратура: путевой генератор с путевым модулятором ПРМ, путевой трансформатор ЛТЦ, фильтр питающего конца ФП8,9, путевой приёмник УПКЦ, путевой генератор ПГ-АЛС, путевой фильтр ФП-АЛС. Последние два блока применяют для передачи сигналов частотной АЛС.

Генератор ГРЦ обеспечивает формирование амплитудно-модулированных сигналов БРЦ. Генератор выполнен на плате реле НШ выпрямитель генератора содержит диодный мост VД1, со сглаживающим фильтром, состоящим из стабилитрона VД2, конденсатора С7 и резистора R3. Генератор несущей частоты выполнен на кремниевом транзисторе VТ1. Режим работы транзистора устанавливается посредством делителя, выполненного на резисторах R1 и R2.В эммитер транзистора, включена обмотка 3-2 трансформатора Т. Положительная обратная связь, обеспечивается посредством обмотки 3-6, включённую в базовую цепь транзистора. Кабельный контур образует индуктивность трансформатора Т, выполненного на броневом ферритовом сердечнике, и ёмкость одного из конденсаторов С1-С5.Конденсаторы подключаются внешними перемычками к обмотке 1-6 трансформатора Т. Для подстройки, но только на одну из частот, может использоваться подстрочный сердечник трансформатора. С помощью конденсатора генератор настраивают на различные частоты. Перемычку между выводами на плате П устанавливают при настройке генератора, а перемычку между выводом 12 и одним из выводов 23,21,22,13 внешнего разъёма устанавливают в релейном шкафу или на стативе с аппаратурой в зависимости от принятой для данной БРЦ несущей частоты. При перемычке 12-23 генерируется частота 420Гц, а при перемычке 12-21 - 480Гц. Перемычками 12-22, 12-13, 12-11 генератор настраивают соответственно на частоты 580, 720 и 780Гц.

Для образования модулирующих частот применён мультивибратор, выполненный на транзисторах VТ2 и VТ6.Частота образуемых мультивибратором колебаний определяется время задающими цепями С8, R13-R-16 и С9, R5-R8 и составляет 8Гц. При установке внешних перемычек 41-33-42 извремя задающих цепей исключаются резисторы R7, R8, R15 и R16, мультивибратор начинает генерировать сигнал частотой 12Гц.

Сигналы мультивибратора усиливаются транзистором VТ4. На вход этого транзистора поступает сигнал с резистора R9, включённого в цепь эмиттера транзистора VТ2. При его открытии через резистор R9 протекает коллекторный ток, создавая на нём падение напряжения. Этим напряжением открывается транзистор VТ4, так как к его базе прикладывается отрицательный по отношению к эмиттеру потенциал. При закрытом транзисторе VТ2 усилительный транзистор VТ4 также закрыт.

Усиленный сигнал с коллектора транзистора VТ4 поступает на вход ключевой схемы, выполненной на транзисторах VТ3 и VТ5. При закрытом транзисторе VТ4 с его коллектора отрицательный потенциал поступает на базы транзисторов VТ3 и VТ5 ключевой схемы. Последние в этом случае открыты и приводят обе полуволны переменного тока несущей частоты, подаваемого через ключевую схему в нагрузку, подключаемую к выводам 3-31 блока. Для каждой полуволны переменного тока один транзистор включён в прямом направлении, а другой - в инвертном, образуя с компенсированный ключ. В результате условия прохождения каждой полуволны переменного тока через ключ идентичны, что практически исключает искажение сигнала.

Напряжение питания генератора по переменному току равно 17,5В, выпрямленное напряжение равное определяется напряжением стабилизации стабилитрона VД2. Потребляемая мощность не больше 8В•А. Выходное напряжение несущей частоты имеет практически синусоидальную форму кривой и составляет на нагрузке сопротивлением 470Ом, подключённой к выводам 3 и 4 блока, не менее 5В.

Для получения на выходе генератора амплитудно-модулированного сигнала устанавливают перемычку между выводами 4 и 32. Отклонение несущей частоты от номинального значение не превышает 0,5% при крайних значениях температуры окружающей среды и напряжения источниками питания.

Путевой усилитель ПУ1 применяют для усиления сигналов, предназначенных для работы БРЦ и сигналов частотной АЛС. Блок ПУ1 содержит два двухтактных каскада усиления. Первый каскад выполнен на транзисторах VТ1 и VТ2 средней мощности; второй каскад выполнен на мощных транзисторах VТ3 и VТ4. На входе усилителя установлении трансформатор Т1 и для согласования его входного сопротивления с выходным сопротивлением источника усиливаемого сигнала-генератора ГРЦ или ПГ-АЛСМ.

Включённый на входе усилителя резистор R1 стабилизирует его входное сопротивление. Включение этого резистора и конденсаторов С5 и С6 в базовые цепи транзисторов VТ1 и VТ2 исключает возможность самовозбуждения усилителя на повышенных частотах при разомкнутом входе усилителя. Межкаскадная связь выполнена посредством трансформатора Т2 выходной каскад нагружен на трансформатор ПТЦ. Для повышения коэффициента полезного действия и облегчения работы транзисторов оба каскада работают в ключевом режиме.

В режиме холостого хода транзисторы VТ3 и VТ4 находятся в режиме глубокого насыщения, их входное сопротивление резко снижается, поэтому значительно возрастает ток через обмотки трансформатора Т2 и через транзисторы VТ1 и VТ2. Для уменьшения этого тока в эту цепь может быть включён балластный резистор.[4]

Транзисторы выходного каскада защищены от импульсных воздействий тягового тока и атмосферных перенапряжений включённым на выходе усилителя защитным контуром (демпфером), состоящим из диодов VД5- VД8 конденсатора С4 и резистора R2, защитный контур снижает пиковые напряжения.

Внутри блока имеется мощный выпрямитель на кремневых диодах VД1- VД4 и сглаживающий фильтр, состоящий из дросселя L и электрических конденсаторов С1-С3. От выпрямителя осуществляется питание цепей транзисторов. Переменный ток напряжением 17,5В подаётся в блок от сигнального трансформатора СОБС-2Л или ПОБС-5А.

Требуемое для питания БРЦ напряжение выбирается на выводах этого трансформатора. При входном напряжении 5Ви напряжений питания 17,5В входное сопротивление блока ПУ1 составляет примерно 400м. Выходная мощность 40ВТ при выходном напряжении 5В.

Путевой приёмник сигналов ПРЦ или ПРЦМ предназначен для приёма и дешифрирования амплитудно-модулированных сигналов из рельсовой цепи. Приёмник ПРЦ предназначен для применения на железнодорожных линиях, а ПРЦМ - на линиях метрополитена.

Приёмник ПРЦ содержит следующие основные функциональные узлы: входной фильтр, буферный каскад, пороговое устройство, интегратор, выходной усилитель, выходной фильтр, вторичный источник питания постоянного тока.

Входной фильтр представляет собой полосовой фильтр, выполненный на броневых ферритовых сердечниках и конденсаторах. Фильтр содержит связанные колебательные контуры Т1-С1, Т2-С2, Т3-С3, каждый из контуров настраивают на несущую частоту принимаемого сигнала. Связь между первым и вторым контурами трансформаторная выше критической, обеспечивается за счёт включения части индуктивности первого контура во второй. Входной сигнал подаётся на обмотку 3-4 входного контура, гальванически не связанную с контурной обмоткой.

Коэффициент трансформации на входе приёмника обеспечивает требуемое по условиям согласования с кабельной линией входное сопротивление приёмника. Его измеряют на входных выводах блока при подаче не модулированных несущих частот. Это сопротивление должно быть в пределах 120-160Ом.

Включённые параллельно входной обмотке стабилитроны VД1 и VД2 обеспечивают защиту элементов фильтра от перенапряжений, которые могут поступать из рельсовой линии от воздействия тяговой сети или от грозовых разрядов. Для защиты от обоих полупериодов перенапряжений стабилитроны включены между собой последовательно и встречно.

Связь между вторым и третьим контурами фильтра слабая, менее критической, обеспечивается через буферный каскад, выполненный на транзисторе VТ1, включённом по схеме с общим эмиттером. Включённый в цепь эмиттера резистор R1 повышает входное сопротивление усилителя. Изменением сопротивления этого резистора обеспечивается регулировка чувствительности приёмника. Полоса пропускания входного фильтра не менее 24Гц, что обеспечивает пропускание первых боковых частот модулированного сигнал. На выходе фильтра (база транзистора VТ2) сигнал имеет форму, близкую к сигналу со 100%-ной амплитудной модуляцией.

Затухание фильтра для не модулированного сигнала по соседнему каналу (для фильтра с резонансной частотой 420Гц измеряют на частоте 480Гц и наоборот) составляет не менее 38дБ для каналов с частотами 420 и 480Гц и не менее 30дБ для каналов с частотами 580, 720 и 780Гц.

При таких затуханиях обеспечивается остаточное подавление сигнала соседнего канала, что обеспечивает независимую работу приёмников, подключённых последовательно к одной приёмной паре и реагирующих не следует в БРЦ превышать максимально допустимые по регулировочным таблицам значения напряжения сигналов.

С выхода фильтра (обмотка 2-3 трансформатора Т3) сигнал поступает на вход буферного каскада, выполненного на транзисторе VТ2, включённом по схеме с общим коллектором. Посредством этого каскада обеспечивается согласование выхода фильтра с пороговым устройством, имеющим высокий коэффициент возврата и представляющим собой не симметричный триггер эмиттерной связью на транзисторах VТ3 и VТ4. Связь буферного каскада с триггером ёмкостная посредством конденсатора С4. Фактический коэффициент возврата триггера близок к единице. В качестве расчётного принято значение 0,8.

В схеме триггера предусмотрена возможность шунтирования контактом собственного путевого реле резистора R12 в цепи эмиттера для снижения коэффициента возврата. Это исключает неустойчивую работу путевого реле при приближении к БРЦ или удалении от неё поезда, когда напряжение на входе приёмника близко напряжению срабатывания.