Применение автоблокировки на железных дорогах

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Мощным средством увеличения пропускной способности железнодорожных линий и повышения безопасности движения поездов является автоматическая блокировка (АБ). В комплексе с устройствами автоматической локомотивной сигнализации (АЛСН) и диспетчерского контроля (ДК) автоблокировка позволяет организовать движение поездов попутного следования с малыми интервалами и значительно увеличить пропускную способность магистральных линий. Кроме того, АБ повышает производительность труда эксплуатационных работников, сокращает эксплуатационные расходы и обеспечивает высокую безопасность движения поездов.

Применение автоблокировки на железных дорогах началось в 30-х годах ХХ в. Во второй половине 30-х годов была создана система автоматической локомотивной сигнализации непрерывного типа (АЛСН). Система АЛСН была построена на основе числового кода и поэтому в дальнейшем вошла в комплекс с числовой кодовой автоблокировкой. Первоначально на участках с автономной тягой получила широкое применение автоблокировка постоянного тока с импульсными рельсовыми цепями. На участках с электрической тягой на постоянном токе, а в дальнейшем и на участках с автономной тягой получила применение автоблокировка переменного тока 50 Гц с кодовыми рельсовыми цепями. С введением электрической тяги на переменном токе появилась необходимость в рельсовых цепях с частотой питания, отличной от частоты тягового тока, обеспечивающих защиту от опасных и мешающих влияний гармоник тягового тока 50 Гц. В связи с этим были разработаны и нашли применение вначале рельсовые цепи 75 Гц, а затем - 25 Гц, которые применяют на каждом участке пути перегонов и станций.

1. Назначение систем управления, контроля и сигнализации

Для обеспечения требуемых режимов электрические станции и подстанции оснащаются системами и устройствами управления, контроля и сигнализации, представляющими собой в большей или меньшей степени автоматизированный информационно-управляющий комплекс.

Системы и устройства управления позволяют:

а) разворачивать, синхронизировать с сетью и включать на параллельную работу с ней генераторы электростанций;

б) включать в работу и отключать от сети элементы электрических систем;

в)производить переключения в РУ электроустановок, воздействуя на выключатели и разъединители;

г) изменять режим работы электроустановки.

Системы и устройства контроля позволяют контролировать: а) режим работы элементов электроустановок (генераторов, синхронных компенсаторов, трансформаторов, электродвигателей, линий электропередачи, реакторов и т. п.), наличие перегрузок, допустимость перехода от одного режима к другому;

б) положение коммутационных аппаратов (выключателей, разъединителей и т. д.);

в) параметры режима электрической системы (напряжение в узлах, токи цепей, частоту в сети, температуру различных частей электрооборудования и т. д.);

г) состояние изоляции силовых цепей переменного тока;

д) состояние изоляции цепей оперативного тока;

Системы и устройства сигнализации оповещают дежурный персонал:

а) об отклонении режима работы электроустановки или ее элементов от заданного режима;

б) о перегрузках оборудования;

в) о нарушении изоляции цепей переменного и постоянного тока;

г) о неисправности предохранителей в цепях оперативного тока;

д) о положении коммутационных аппаратов;

В последнее время в связи с вводом на электростанциях мощного уникального оборудования с большим числом вспомогательных устройств функции управления, контроля и сигнализации все больше переходят от человека к различного рода системам автоматики, в том числе к системам с цифровыми вычислительными машинами и к системам с цифро-аналоговыми комплексами.

сигнализация локомотивный пневматический оборудование

2. Щиты управления

Контрольно-измерительные приборы, устройства управления и сигнализации на электрических станциях и подстанциях обычно располагаются на щитах управления. Последние сооружаются, как правило, в отдельных помещениях. С помощью так называемых контрольных кабелей приборы и устройства щитов управления соединяются с управляемыми или контролируемыми объектами, образуя собственно цепи и системы управления, контроля и сигнализации. На электростанциях малой и средней мощности, как правило, выполняется один главный щит управления (ГЩУ) и несколько местных агрегатных щитов (местные щиты котла, турбины, генератора и т. п.). Управление основными агрегатами станции (турбиной, генератором) и станцией в целом осуществляется дежурным инженером станции с главного щита управления; отсюда же осуществляется оперативная связь с диспетчером энергосистемы.

На электростанциях большой мощности, выполненных по блочным схемам, помимо главного (или центрального) щита управления сооружаются также блочные щиты управления (БЩУ), обычно по одному на два смежных блока. При этом дежурный инженер блочного щита управляет всеми Дежурный инженер станции руководит работой станции в целом, управляет коммутационной аппаратурой распределительных устройств повышенных напряжений; при острой необходимости в аварийных ситуациях берет на себя управление блоками.

На подстанциях в зависимости от их мощности, размера, сложности и значимости применяются следующие структуры управления: с постоянным дежурным персоналом; без постоянного дежурного персонала; с дежурством персонала на дому. При первой структуре управления на подстанциях сооружается главный щит управления, откуда дежурный персонал и осуществляет управление электроустановкой. При второй и третьей структурах большая часть функций управления и контроля передается на диспетчерские пункты предприятий и районов электрических сетей, которые связываются с подстанциями линиями связи, телесигнализации и телеуправления.

3. Контрольно-измерительная аппаратура

Измерение электрических величин на электростанциях и подстанциях производится с помощью показывающих и регистрирующих измерительных приборов, счетчиков, осциллографов и специальных измерительных устройств. Условные графические обозначения основных типов измерительных приборов и устройств.

Объем измерений определяется требованиями технологического режима работы электроустановки. Он зависит также от типа, мощности и назначения электрической станции или подстанции. У генераторов измеряются токи одной или трех фаз статора, напряжение статора (одно из междуфазных напряжений), частота, активная и реактивная мощности, выработанная активная и реактивная энергия, токи и напряжения системы возбуждения. У трансформаторов измеряются токи одной фазы каждой обмотки, а также передаваемые активные и реактивные мощности. На сборных шинах измеряются одно из междуфазных напряжений и частота. На линиях измеряются токи одной или трех фаз, передаваемая активная, а также в ряде случаев реактивная энергия, активная и реактивная мощности (на линиях повышенного напряжения).

С помощью показывающих и регистрирующих приборов и устройств на электрических станциях и подстанциях контролируется состояние изоляции цепей постоянного и переменного тока и определяются места повреждений в сетях переменного тока.

4. Системы сигнализации

На электрических станциях и подстанциях применяют звуковую и световую сигнализацию различного исполнения. Различают следующие типы сигнализации: положения аппаратов, предупреждающая, аварийная, фиксирующая, командная.

Сигнализация положения показывает положение выключателей и разъединителей. Сигнализация положения выключателей выполняется с использованием сигнальных ламп Горение красной лампы показывает, что выключатель включен, а горение зеленой лампы -- что он отключен.

Сигнализация положения разъединителей выполняется с использованием сигнальных приборов (ПС), Приборы ПС врезаются в мнемоническую схему на панелях щитов управления. Указатель положения (полоска) прибора ПС может занимать два положения: вдоль линии мнемоники, показывая, что разъединитель включен; перпендикулярно линии мнемоники, когда разъединитель отключен.

Предупреждающая сигнализация предупреждает персонал о возникновении ненормальных режимов работы элементов электроустановки (перегрузки, недопустимые превышения температуры, нарушение изоляции цепей постоянного тока, перегорание предохранителей оперативных цепей, ошибочность выполняемых персоналом операций и т. п.). Сигнализация выполняется с центральным (единым для электроустановки) звуковым сигналом и с индивидуальными (по объектам) световыми сигналами в виде световых табло. Аварийная сигнализация оповещает персонал об отключении выключателей под действием релейной защиты. При этом появляется центральный звуковой сигнал (сирена) и индивидуальные световые сигналы, указывающие, какие именно выключатели (или выключатель) отключились. Сигнализация фиксирующая, осуществляемая с помощью световых табло, фиксирует, какие типы защит и автоматики сработали в процессе работы электроустановки.

Сигнализация командная обеспечивает передачу стандартных команд дежурному персоналу, находящемуся на различных рабочих местах электроустановки, (например, на щите управления и в машинном зале). Сигнализация осуществляется с помощью световых табло.

5. Устройство и принцип действия системы автоматической локомотивной сигнализации

Основные сведения

Автоматическая локомотивная сигнализация непрерывного типа с контролем скорости и периодической проверкой бдительности - это система железнодорожной автоматики и телемеханики, предназначенная для автоматической передачи показаний путевых светофоров автоблокировки непосредственно в кабину машиниста и предотвращения проезда путевых сигналов с запрещающими огнями.

Рассматриваемая система АЛСН состоит из отдельных подсистем, которые автономно или в совокупности (одна с другой) решают определенные эксплуатационные задачи. Такими подсистемами являются: автоматическая локомотивная сигнализация (АЛС), контроль скорости (точечный и непрерывный), контроль бдительности (однократный и периодический).

Система АЛС, автоматически передающая в кабину управления локомотива информацию о показаниях путевых светофоров, существенно улучшает условия работы локомотивных бригад. Она способствует уверенному вождению поездов при повышении скоростей движения даже в условиях неблагоприятной видимости сигналов.

Связь между локомотивными и путевыми устройствами АЛС осуществляется непрерывно путем посылки в рельсы навстречу поезду закодированных сигналов, соответствующих показаниям путевых светофоров. Для приема кодовых сигналов из рельсовой цепи на локомотиве устанавливают приемные катушки ПК1 и ПК2. Высота подвески катушки над уровнем головки рельса, с учетом износа частей и проката бандажей колес, должна составлять не менее 100 и не более 180 мм. При протекании переменного сигнального тока I_с по рельсовым нитям вокруг каждой из них наводится переменное магнитное поле, которое пересекает витки приемных катушек, в которых наводится электродвижущая сила (эдс). Учитывая, что по каждой рельсовой нити сигнальный ток протекает в противоположных направлениях, то приемные катушки включают для приема сигнального тока таким образом, чтобы общая эдс двух катушек суммировалась: е = е₁ + е₂. В этом случае для эдс е(т), наводимой от тяговых токов (I_т1 и I_т2), протекающих в одном направлении по каждой рельсовой нити, приемные катушки будут включены встречно и общая эдс е(т) = е(т1) - е(т2) будет стремиться к нулю. Если тяговые токи в рельсовых нитях не равны между собой, то в приемных катушках будет наводиться разностная эдс (сигнал помехи).

Электрические сигналы воспринимаются приемными катушками ПК1 и ПК2, проходят через фильтр Ф и подаются на усилитель У. В усилителе они усиливаются и преобразуются в импульсы постоянного тока, от которых срабатывает импульсное реле И.

Реле И передает принятые сигналы (кодовые комбинации) в дешифратор ДШ. В дешифраторе эти сигналы воспринимаются счетной группой реле СчГ, которая ведет подсчет количества импульсов и интервалов в принимаемом числовом коде и воздействует на сигнальную группу реле СГ.

Сигнальная группа реле по числу импульсов определяет характер принимаемого кодового сигнала и фиксирует его. При этом в случае приема одного импульса в цикле кодовый сигнал фиксируется одним реле КЖР, двух импульсов в цикле - двумя реле: КЖР и ЖР, трех импульсов в цикле - тремя реле: КЖР, ЖР и 3Р. Для контроля соответствия между работой счетной группы и состоянием сигнальных реле используется реле соответствия С и его повторитель ПС, которые, благодаря замедлению на отпадание реле С 5-6 с, реализуют также принцип трехкратного подтверждения принимаемой информации для зашиты АЛС от импульсных помех тягового тока. Сигнальные реле включают соответствующий огонь локомотивного светофора.

Локомотивный светофор ЛС имеет 5 показаний: зеленый, желтый, красно-желтый, красный и белый огни. Зеленый, желтый и красно-желтый огни загораются при приеме кодовых сигналов соответственно: зеленого (3), желтого (Ж) и красно-желтого (КЖ) огней. При прекращении приема кода, если этому предшествовал код КЖ, на локомотивном светофоре загорается красный огонь. Если прекращению приема кода предшествовал код Ж или З, то в этом случае на ЛС загорается белый огонь, информирующий о том, что устройства АЛС включены, но сигналы с пути не передаются на локомотив и машинист должен руководствоваться только показанием напольных светофоров.

Контроль бдительности - это система устройств, автоматически останавливающая поезд, если после предупреждения о сближении с препятствием (запрещающим сигналом) машинист установленным порядком не подтверждает свою бдительность.

После подтверждения бдительности машинист берет на себя ответственность за снижение скорости поезда в зоне сближения с препятствием.

Система контроля бдительности включает в себя как составную часть АЛС - узел контрольных органов (КО) в блоке дешифратора, а также устройства автоматического воздействия на тормозные средства поезда - автостоп. Основным узлом автостопа является электропневматический клапан (ЭПК), который конструктивно выполнен в виде основного клапана большого сечения для быстрой разрядки тормозной магистрали (ТМ) и вспомогательного воздушного клапана небольшого сечения, управляемого электромагнитом ЭПК и соединяющего с атмосферой камеру выдержки времени.

В нормальном положении электромагнит ЭПК находится под током и перекрывает отверстие воздушного клапана. При обесточивании электромагнита воздух из камеры выдержки времени через отверстие воздушного клапана выходит в атмосферу, вызывая звучание свистка. Во время разрядки камеры выдержки времени (6-7 с) машинист предупреждается о предстоящем торможении. Если в течение этого времени машинист нажмет рукоятку бдительности РБ, то электромагнит ЭПК получит питание и автоматическое торможение поезда будет исключено. Более подробно принцип действия и конструкция ЭПК будут рассмотрены в подразделе 1.10 настоящего пособия.

6. Состав аппаратуры системы автоматической локомотивной сигнализации

8. Электрический подвижной состав

К электрическому подвижному составу относятся электровозы и электропоезда. В зависимости от рода применяемого тока различают электроподвижной состав постоянного и переменного тока, а также двойного питания.

Электрический подвижной состав включает в себя механическую часть, пневматическое и электрическое оборудование.

К механической части относятся кузов и тележки (экипажная часть). Электрическое оборудование -- это тяговые электродвигатели, аппараты управления и устройства защиты, токоприемники, вспомогательные электрические машины, аккумуляторная батарея, а на электровозах и электропоездах переменного тока и двойного питания -- также тяговый трансформатор и преобразователи тока (выпрямители).

Кузов электровоза служит для размещения в нем кабины машиниста, электрических машин и аппаратов. Каркас кузова выполняют из металла, его наружная обшивка обычно состоит из стальных листов, а кабина машиниста имеет также внутреннюю обшивку с тепло- и звукоизоляцией.

У четырех- и шестиосных электровозов кабины машиниста расположены с обеих сторон кузова, а у двухсекционных -- на одном конце каждой секции.

В кабине машиниста монтируют аппараты управления, контрольно-измерительные приборы и тормозные краны. В средней части кузова установлена высоковольтная камера с электрической аппаратурой силовых цепей. Вспомогательные машины -- мотор-компрессоры, мотор-вентиляторы, генераторы тока управления -- расположены между высоковольтной камерой и кабинами машиниста или переходами из секции в секцию.

Рама кузова опирается на тележки через специальные опорные устройства.

Тележка электровоза состоит из рамы, колесных пар с буксами, рессорного подвешивания и тормозного оборудования. К тележкам крепят тяговые электродвигатели. У электровозов с несочлененными тележками тяговые усилия передаются упряжными приборами (автосцепками), расположенными на раме кузова.

Рама тележки представляет собой конструкцию, состоящую из двух продольных балок -- боковин и соединяющих их поперечных балок. Рама воспринимает вертикальную нагрузку от кузова и через рессорное подвешивание передает ее на колесные пары. Рама тележки, передающая также тяговые и тормозные усилия, должна обладать высокой прочностью. Колесные пары воспринимают вес электровоза, на них передается крутящий момент тяговых электродвигателей. Кроме того, на колеса воздействуют удары от неровностей пути. Поэтому качеству изготовления колесных пар и содержанию их в исправном состоянии уделяют особое внимание. Колесную пару формируют из отдельных элементов: оси, двух колесных центров с бандажами (или безбандажных для цельнокатаных колес) и зубчатых колес тяговой передачи. Оси колесных пар заканчиваются шейками, на которые опираются буксы с роликовыми подшипниками.

Рессорное подвешивание является промежуточным звеном между рамой тележки и буксами. Оно служит для смягчения толчков и ударов при прохождении колесами неровностей пути и равномерного распределения нагрузки между колесными парами. Основные элементы рессорного подвешивания таковы: листовые рессоры, пружины, балансиры, амортизаторы различной конструкции и связующие элементы. Чтобы повысить эффективность рессорного подвешивания, в него вводят резиновые элементы, гасящие небольшие толчки и колебания.

На современных электровозах применяют, как правило, индивидуальный привод. При этом различают два вида подвески тяговых электродвигателей -- опорно-осевую и рамную.

При опорно-осевой подвеске одна сторона остова тягового электродвигателя опирается на ось колесной пары с помощью двух моторно-осевых подшипников, а другая подвешена к поперечной балке рамы тележки с помощью пружинного устройства. Передача тягового усилия осуществляется через зубчатое зацепление.

При рамной подвеске двигатель расположен над осью колесной пары и прикреплен к раме тележки.

Такая подвеска позволяет уменьшить динамические силы, действующие на тяговые двигатели, особенно при прохождении колесной пары через неровности пути, а также облегчает доступ к двигателям для осмотра. В то же время при рамной подвеске усложняется передача тягового усилия от вала двигателя к колесной паре, так как необходимы специальные шарнирные или упругие элементы, компенсирующие перемещения колесной пары относительно рамы тележки.

В качестве тяговых электродвигателей на электровозах постоянного тока применяют в основном двигатели с последовательным возбуждением. Они рассчитаны на номинальное напряжение 1500 В.

Скорость движения электровоза постоянного тока можно регулировать изменением напряжения, подаваемого на тяговые двигатели, или соотношения тока якоря и тока возбуждения.

Напряжение варьируют включением последовательно с тяговыми электродвигателями резисторов и перегруппировкой тяговых электродвигателей. При перегруппировке двигателей их соединяют друг с другом последовательно, последовательно-параллелно или параллельно. В последние годы выполнены работы по осуществлению импульсного регулирования напряжения с использованием управляемых полупроводниковых вентилей -- тиристоров.

Основными аппаратами управления электровозом являются контроллеры машиниста, устанавливаемые в каждой кабине управления. Контроллер непосредственно не связан с силовой цепью электровоза. Все переключения в силовой цепи осуществляются приборами, имеющими пневматические или электромагнитные приводы, связанные низковольтными электрическими цепями с контроллером.

Такая система позволяет управлять с одного поста несколькими локомотивами и исключает попадание высокого напряжения на аппараты управления. Включение и выключение вспомогательных машин, получающих питание от контактной сети, производится кнопками и тумблерами, установленными на панели в кабине машиниста. Устройства защиты от перегрузок и коротких замыканий цепи тяговых электродвигателей представлены быстродействующим выключателем, дифференциальным реле и реле перегрузки.

Токоприемник соединяет силовую цепь электровоза с контактным проводом. Электровозы имеют по два токоприемника, при движении в нормальных условиях работает один из них. В некоторых случаях, например при разгоне с тяжелым составом или при гололеде, поднимают одновременно оба токоприемника.

К вспомогательным электрическим машинам электровоза относятся мотор-вентиляторы, мотор-компрессоры, мотор-генераторы и генераторы тока управления.

Мотор-вентилятор служит для воздушного охлаждения пусковых резисторов и тяговых электродвигателей, что способствует более полному использованию их мощности.

Мотор-компрессор питает тормозную систему поезда и пневматические устройства электровоза сжатым воздухом.

Мотор-генератор применяют на электровозах с рекуперативным торможением для питания обмоток возбуждения тяговых электродвигателей при их работе в режиме рекуперации.

Генератор тока управления предназначен для питания цепей управления, наружного и внутреннего освещения и заряда аккумуляторной батареи, являющейся резервным источником питания тех же цепей. Вспомогательные машины электровоза приводятся в действие от контактной сети.

Трансформаторы выполняют с интенсивным циркуляционным масловоздушным охлаждением.

В качестве выпрямителей обычно применяют полупроводниковые (кремниевые) вентили -- диоды, а в последнее время -- также управляемые кремниевые вентили -- тиристоры, которые позволяют отказаться от механических коммутирующих аппаратов.

Скорость электровоза переменного тока регулируют изменением напряжения, подводимого к тяговым электродвигателям, путем подключения их к различным выводам вторичной обмотки трансформатора или выводам автотрансформаторной обмотки. При таком способе регулирования отсутствует необходимость в использовании пусковых реостатов и перегруппировке двигателей. На электровозах переменного тока тяговые электродвигатели все время соединены друг с другом параллельно. Это улучшает тяговые свойства электровоза и упрощает электрические цепи. Электровозы переменного тока помимо вспомогательного оборудования, применяемого на электровозах постоянного тока, оснащены мотор-насосами, обеспечивающими циркуляцию масла, которое охлаждает трансформатор, и мотор-вентилятором для охлаждения трансформатора и выпрямителя. В качестве вспомогательных машин на электровозах переменного тока чаще всего применяют трехфазные асинхронные электродвигатели. Трехфазный ток получают из однофазного с помощью преобразователей, называемых расщепителями фаз.

В ряде случаев целесообразно применение электровозов двойного питания, у которых возможно переключение электрического оборудования для работы на участках постоянного и переменного тока. Двойное питание предусмотрено на электровозах ВЛ82 и ВЛ82М.

Для пригородного и междугородного пассажирского сообщения на электрифицированных линиях используют электропоезда, состоящие из моторных и прицепных вагонов. В зависимости от пассажиропотоков поезда формируют из 4, 6, 8, 10 или 12 вагонов.

Механическая часть вагона состоит из кузова, тележек, сцепных приборов и тормозного оборудования. Сцепные приборы размещают на раме кузова. На моторных вагонах электропоездов обычно устанавливают по четыре тяговых электродвигателя с рамной подвеской. В отличие от электровозных тяговые электродвигатели моторных вагонов имеют вентилятор, расположенный на валу якоря.

Электрическое оборудование электропоездов в основном аналогично оборудованию электровозов. Чтобы увеличить площадь для перевозки пассажиров, его размещают под кузовом и частично на крыше вагона. Управляют электропоездом с помощью контроллера из кабины машиниста. Принцип управления тяговыми электродвигателями тот же, что и на электровозе, однако в электропоездах предусматривают устройство автоматического пуска, в котором специальное реле ускорения обеспечивает постепенное выключение пусковых резисторов или переключение выводов вторичной обмотки трансформатора одновременно с поддержанием заданного пускового тока.

Размещено на Allbest.ru