Общие сведения о тональных рельсовых цепях

Перспективные системы интервального регулирования движения поездов

(учебное пособие)

(25/01/12/)

Курган

2011 г.

ВВЕДЕНИЕ

Традиционные системы регулирования движения поездов (автоблокировка постоянного тока, кодовая автоблокировка) за более чем полувековой период интенсивной эксплуатации доказали свою достаточную надёжность и эффективность и, безусловно, сыграли большую роль в обеспечении безопасности движения поездов и развитии пропускных способностей. Вместе с тем, присущие им существенные недостатки заставляли разработчиков заниматься поиском современных альтернативных решений.

К недостаткам существующих систем можно отнести:

- удалённость и размещение аппаратуры автоблокировки на большой территории, что при отсутствии надёжных дорог и транспорта затрудняет техническое обслуживание и устранение возникших отказов;

- рельсовые цепи на базе низких частот (25, 50, 75 Гц) недостаточно надежны при пониженном сопротивлении балласта, что вызывает их частые отказы и даже закрытие устройств автоблокировки;

- высокое энергопотребление устройств, к тому же связанное со строительством двух высоковольтных линий и пунктов питания на каждой сигнальной установке;

- слабая защищённость от опасных и мешающих отказов при коротком замыкании в изолирующих стыках, при этом не исключаются опасные ошибки эксплуатационного персонала, связанные с нарушением чередования полярностей;

- при «потере шунта» короткой подвижной единицей возможно ложное появление разрешающего огня на проходном светофоре;

- при потере машинистом способности к управлению поездом автостопное торможение не обеспечивает безопасность движения в случае проезда красного огня напольного светофора;

- для обеспечения пропуска тягового тока в обход изолированных стыков требуется установка дорогих металлоёмких дроссель-трансформаторов;

- устаревшая элементная база;

- отсутствие диагностики состояния устройств.

При всём многообразии разрабатываемых и внедряемых новых систем регулирования движения поездов можно выделить ряд основных направлений, по которым ведётся эта работа:

- использование в системах электронной элементной базы и реле 4-го поколения типа РЭЛ и ПЛ;

- разработка и использование неограниченных или ограниченных изостыками тональных рельсовых цепей различных диапазонов частот с амплитудной или частотной модуляцией;

- централизация основной части оборудования на станциях, ограничивающих перегон или в транспортабельных модулях;

- использование промышленных ЭВМ и микропроцессоров для решения вопросов регулирования движения поездов и обеспечения безопасности движения;

- всё более широкое внедрение в системы элементов логики, исключающих создание опасных ситуаций при движении поездов;

- использование для целей интервального регулирования движения поездов цифрового радиоканала передачи информации и спутниковых навигационных систем, позволяющих перейти от фиксированных блок-участков к подвижным, за счет чего значительно увеличить пропускную способность перегона и, одновременно, резко сократить стоимость систем автоматики.

Изучение новых систем ввиду отсутствия учебной литературы вызывает определённые сложности. Настоящим изданием делается попытка объединения разрозненных данных о разрабатываемых системах с целью оказания помощи студентам в изучении новых систем.

Глава 1. ТОНАЛЬНЫЕ РЕЛЬСОВЫЕ ЦЕПИ

Общие сведения о тональных рельсовых цепях

Тональные рельсовые цепи (ТРЦ) без изолирующих стыков составляют основу систем автоблокировки с централизованным размещением аппаратуры. Они обладают рядом существенных эксплуатационных, технических и экономических преимуществ.

Использование сигнального тока тонального диапазона позволяет повысить защищенность от воздействия помех тягового тока, снизить в несколько раз потребляемую мощность по сравнению с кодовой рельсовой цепью, применить современную элементную базу, централизованно размещать аппаратуру, существенно снизить взаимные влияния между рельсовыми цепями.

К достоинствам ТРЦ следует отнести также возможность исключения в них малонадежных в эксплуатации изолирующих стыков. Это особенно важно для участков с цельносварными рельсовыми плетями, в первую очередь для линий, где такие рельсовые плети укладываются на длину всего перегона. Установка изолирующих стыков в этом случае не только снижает прочность пути, но и уменьшает эффективность использования цельносварных плетей. При отсутствии изолирующих стыков обеспечивается надежная электрическая непрерывность цепи возврата тягового тока, в несколько раз сокращается число металлоемких дроссель-трансформаторов, содержащих большую массу дефицитной электротехнической меди, снижаются потери электроэнергии на тягу поездов.

Исследования показали, что в ТРЦ в наибольшей степени по сравнению с другими известными типами рельсовых цепей обеспечивается электромагнитная совместимость (ЭМС) с электрооборудованием перспективного подвижного состава.

Вся аппаратура ТРЦ, кроме согласующих путевых трансформаторов и элементов защиты, размещается на прилегающих к перегону станциях.

Эти особенности системы позволяют существенно повысить производительность труда обслуживающего персонала, сократить время на обнаружение и устранение отказов в устройствах. Централизованное размещение аппаратуры на станциях в отапливаемых помещениях повышает надежность работы устройств, сокращается время нахождения обслуживающего персонала на путях, т.е. в зоне повышенной опасности, что способствует решению задач по улучшению условий труда и техники безопасности. Сокращаются затраты труда на текущее обслуживание устройств, снижается число трудоемких операций, повышается качество выполнения работ, особенно при внедрении индустриальных методов обслуживания, снижается стоимость строительства и технического обслуживания устройств.

Использование на перегоне неограниченных рельсовых цепей тональной частоты позволяет для питания двух смежных рельсовых цепей использовать один комплект питающей аппаратуры и одну пару жил сигнального кабеля. Два приемника смежных рельсовых цепей также подключаются к рельсовой линии одной парой жил кабеля. Эти же жилы используются для передачи кодовых сигналов числовой АЛС.

В зависимости от используемого диапазона частот контрольного сигнала в настоящее время применяют две разновидности тональных рельсовых цепей, со 100% амплитудной модуляцией: ТРЦ3 и ТРЦ4 (рис. 1.1). В ТРЦ3 (рельсовые цепи третьего поколения) несущими являются частоты 420, 480, 580, 720 и 780Гц. В рельсовых цепях ТРЦ4 несущими являются частоты 4500, 5000, 5500 Гц. Для амплитудной модуляции в рельсовых цепях обоих поколений используются частоты – 8 и 12 Гц.

Таким образом, для работы ТРЦ третьего поколения используется десять амплитудно - модулированных сигналов (АМ - сигналов): 8/8, 8/12, 9/8, 9/12, 11/8, 11/12, 14/8, 14/12, 15/8, 15/12, а для работы ТРЦ4 – шесть АМ - сигналов: 4/8, 4/12, 5/8, 5/12, 6/8, 6/12, где первая цифра обозначает номер несущей частоты (цифра 8 соответствует частоте 420 Гц, 9 – 480Гц, 11 – 580Гц, 14 - 720 Гц, 15 – 780 Гц, 4 – 4.5 кГц, 5 – 5 кГц и 6 – 5,5 кГц), а вторая цифра обозначает частоту модуляции в Гц.

Рис. 1.1 Схема формирования АМ - сигнала 420/8

Бесстыковые рельсовые цепи не имеют четко выраженной границы шунтирования, а имеют зону дополнительно шунтирования, которая является плавающей и изменяется в зависимости от сопротивления балласта в пределах около 10% от длины рельсовой цепи. Расстояние от точки подключения аппаратуры РЦ к рельсовой линии, на котором фиксируется занятие РЦ при приближении поезда, или освобождения РЦ при удалении поезда, определяет длину зоны дополнительного шунтирования (lш). Наличие зоны дополнительного шунтирования вызывает перекрытие проходного светофора на запрещающее показание перед движущимся поездом. Для исключения опасной ситуации у каждой сигнальной установки устраиваются две короткие (длиной до 300м) высокочастотные РЦ типа ТРЦ4, имеющие зону дополнительного шунтирования не более 15м или две РЦ типа ТРЦ3 с несущей частотой 780 или 720 Гц, имеющие зону дополнительного шунтирования не более 40м. В дополнение к этому проходной светофор относится от точки подключения релейного или питающего конца рельсовой цепи, образующей зону дополнительного шунтирования навстречу движущемуся поезду на 20м при использовании ТРЦ4 и на 40м при использовании верхних частот ТРЦ3.

Схема бесстыковой тональной рельсовой цепи третьего поколения с централизованным размещением аппаратуры показана на рисунке 1.2.

Основная аппаратура таких рельсовых цепей располагается на постах ЭЦ станций, прилегающих к перегону, или в транспортабельных модулях, расположенных посередине перегона. На центральном посту располагаются: путевой генератор, путевой фильтр, путевой приемник, путевое реле и разделительный конденсатор «Срц» емкостью 4мкФ, используемый для подключения передающих устройств АЛС к тональным рельсовым цепям.

На перегоне в путевых ящиках, расположенных непосредственно в точках подключения к рельсовой линии релейного и питающего концов, располагается следующая аппаратура:

- изолирующие трансформаторы типа ПОБС-2А, обеспечивающие согласование высокого сопротивления кабельной линии с низким сопротивлением рельсовой линий;

- автоматические выключатели АВМ2-15, обеспечивающие защиту изолирующего трансформатора от асимметрии тягового тока;

Рис. 1.2 Схема неограниченных тональных рельсовых цепей ТРЦ3

- разрядники, обеспечивающие защиту аппаратуры питающего и релейного концов от перенапряжений;

- защитные сопротивления Rз, ограничивающие ток асимметрии, а также обеспечивающие шунтовой режим и режим короткого замыкания рельсовой цепи.

Постовая аппаратура релейного и питающего концов соединяется с перегонной двумя сигнально-блокировочными кабелями парной скрутки. Для исключения подпитки путевого приемника рельсовой цепи в случае понижения изоляции кабеля, питающие и релейные концы рельсовых цепей должны размещаться в разных кабелях с обязательной организацией схемы контроля исправности кабельных цепей. Максимальная длина кабельной линии ТРЦ не должна превышать 12км.

Защита рельсовых цепей от взаимного влияния как в пределах одного пути, так и между параллельными путями обеспечивается применением различных несущих частот и частот модуляции. Чередование несущих частот (fн) на каждом пути должно обеспечивать наличие между двумя ближайшими РЦ с одинаковыми значениями fн не менее чем двух пар РЦ с другими несущими частотами (рис. 1.3).

Рис. 1.3 Чередование несущих частот и частот модуляции ТРЦ3