Основы электрических централизаций

Размещено на http://www.allbest.ru/

ОСНОВЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕНТРАЛИЗАЦИЙ

1. Принципы реализации функциональной структуры

В системах ЭЦ различают функциональную структуру (рис. 1), построенную по принципам: а распределенной логической сети с рассредоточенными функциональными связями между элементами устройств управления и б с сосредоточенной логической сетью (с центральным блоком управления). В зависимости от элементной базы, используемой для реализации функциональной структуры, системы ЭЦ подразделяются на релейную и электронную.

При построении релейных централизаций используется первый принцип. В соответствии с основными задачами, решаемыми ЭЦ (перевод стрелок, открытие светофоров, достижение взаимного замыкания между стрелками и сигналами, снятие замыканий после использования маршрута или его отмены), во всех видах релейных централизаций предусматриваются следующие основные функциональные цепи (схемы):

управления стрелками и контроля их положения;

управления светофорами и контроля их состояния;

замыкающих реле З;

маршрутных реле М.

В общем виде схема управления стрелкой и контроля ее положения содержит три цепи: управляющую, рабочую и контрольную (рис.1).

Рис.1. Общий вид схемы управления стрелкой и контроля ее положения

Управляющая цепь предназначена для включения стрелочной рукояткой (Стр.рук.) пускового прибора в виде реле ПС. Контактом этого реле включается рабочий канал со вспомогательной энергией, а именно электрической, приемником которой является электродвигатель ЭД стрелочного привода. Автоматическим переключателем привода АП коммутируется цепь контрольного реле К. Чтобы исключить перевод стрелки в заданном маршруте, в управляющую цепь вводится соответствующий элемент зависимости. Им мог бы быть тыловой контакт сигнального реле С. При открытом светофоре сигнальное реле исключало бы управление стрелкой. Однако такое решение имеет существенный недостаток: при вступлении поезда головой на маршрут и автоматическом обесточивании реле С происходило бы преждевременное разблокирование управляющей цепи. Поэтому в релейных централизациях предусматривается специальная схема замыкающего реле З, учитывающая указанную ситуацию, а в управляющую цепь вместо тылового контакта реле С вводится фронтовой контакт реле З.Включение ламп светофора в релейных централизациях осуществляется с помощью сигнального реле С, цепь возбуждения которого представляет собой последовательное соединение контактов сигнальной рукоятки (Сигн.рук.) и реле, обеспечивающих необходимые зависимости по безопасности движения поездов (рис.2). Закрытое и открытое состояния светофора отражаются его повторителем на световом табло аппарата управления, при этом с помощью огневого реле О контролируется действительное горение светофорных ламп.

Рис. 2. Общий вид схемы управления светофором и контроля его состояния

Пример решения задач по наложению и снятию маршрутных замыканий представлен на рис. 3.

Рис. 3. Схема наложения и снятия маршрутных замыканий

Здесь в нормальном состоянии сигнальное реле выключено, а замыкающее и маршрутное находятся под током. При открытии светофора реле З и М обесточиваются, управление стрелкой исключается. В случае действительного проследования поезда по маршруту, что фиксируется схемным узлом ФПП, маршрутное, а за ним и замыкающее реле возбуждаются, управление стрелкой восстанавливается. Если по каким-либо причинам узел ФПП не сработал, то размыкание маршрута осуществляется искусственным путем с помощью кнопки ИРК. Таким образом, функциональной структурой релейных централизаций по алгоритмам, заданным схемным построением, вырабатываются управляющие воздействия в следующей временной последовательности:

по управлению стрелкой:

,

где Стр.рук. задающее воздействие на перевод стрелки;

З контроль отсутствия замыкания стрелки в каком-либо маршруте;

по управлению сигналом:

,

где Сигн.рук. задающее воздействие на открытие светофора;

К контроль надлежащего положения стрелки;

П контроль свободности пути следования;

З_вр контроль отсутствия враждебного маршрута;

по замыканию стрелки в маршруте:

;

по перекрытию сигнала под воздействием движущегося поезда:

;

по фиксации действительного прохода поезда по маршруту:

;

по размыканию стрелки:

В электронных централизациях функциональная структура может быть построена как с распределенной логической сетью, так и с сосредоточенной. Пример возможной реализации задачи в соответствии с уравнением на бесконтактных элементах с рассредоточенными функциональными связями показан на рис.4. Здесь при соблюдении необходимых зависимостей от схемных узлов стрелки, путевого участка, враждебного сигнала на входы диодной матрицы подаются запирающие потенциалы, и при склоненной сигнальной рукоятке реле С возбудится. Если хотя бы одна из зависимостей не будет выполнена, обмотка реле С окажется зашунтированной плюсовым полюсом источника питания.

Рис. 4. Построение сигнальной цепи на бесконтактных элементах

Построение централизации по принципу сосредоточенной логической сети можно осуществить на базе управляющей вычислительной машины. Возможный вариант ее использования для этих целей показан на рис. 5. Через блок внешних устройств (ВУ) и переходную преобразовательную ступень машина связывается с объектами как по контролю (Х_к), так и по управлению (U). В запоминающем устройстве (ЗУ) хранятся описание зависимостей и алгоритмы функционирования системы. При поступлении задающего воздействия Х_з на вход устройства управления (УУ) осуществляются запуск соответствующей программы и сдвиг ее по шагам в зависимости от результатов работы арифметического устройства (АУ), в котором сравнивается фактическое состояние объектов с требованиями по зависимостям.

Рис. 5. Функциональная структура централизации на ЭВМ

В последнее время такого рода задачи решаются с привлечением микропроцессорной техники, а соответствующие централизации получили название микропроцессорных (МПЦ). Они ускоряют действие системы, расширяют ее возможности, облегчают сопряжение с общей сетью автоматизированного управления железнодорожным транспортом, а потому являются перспективными.

1.1 Способы повышения защищенности функциональных цепей от опасных отказов

Непрерывность перевозочного процесса, обеспечение безопасности движения поездов требуют достаточно высокой надежности устройств железнодорожной автоматики и телемеханики. Необходимый ее уровень достигается применением высоконадежных элементов, резервированием и техническим обслуживанием. Однако полностью исключить выход из строя элементов систем и ошибки обслуживающего персонала невозможно. Необходимо считаться с такими повреждениями, как разрегулировка реле, спекаемость контактов, непереброс поляризованных якорей; заземление и сообщение линейных проводов; пробой диодов, транзисторов и других электронных приборов; межвитковые сообщения в логических операторах, использующих обмотки, и др. Поэтому основные функциональные цепи централизаций должны быть построены таким образом, чтобы они не только соответствовали целевому назначению, но и исключали опасные отказы, т.е. такие, которые ставят под угрозу безопасность движения поездов (ложная свободность путевого участка, включение разрешающей лампы на светофоре вместо запрещающей, самопроизвольный перевод стрелки, ложный контроль ее положения и т.п.). Любое повреждение в функциональной цепи должно вызывать защитный отказ, приводящий систему в безопасное состояние (ложная занятость путевого участка, невозможность открытия светофора или перевода стрелки, потеря контроля положения стрелки и т.п.). С этой целью предусматривается ряд организационных мероприятий, осуществляемых на стадии проектирования систем ЭЦ. Рассмотрим некоторые из них.

Все схемы, непосредственно связанные с обеспечением безопасности движения поездов, строятся на реле 1-го класса надежности, конструктивное оформление которых не допускает спекания фронтовых и общих контактов, а их размыкание в выключенном состоянии реле гарантируется. При построении схем с использованием тыловых и общих контактов необходимо иметь в виду, что не все реле 1-го класса надежности обеспечивают их безусловное размыкание. Поэтому проверка обесточивания реле, для выключения которого используется тыловой контакт, является обязательной. Например, некоторое реле А выключает реле С, а включает реле В (рис. 6).

Рис. 6. Схема контроля отпадания якоря реле

Поскольку возможно ложное соединение тылового и общего контакта реле А, то в цепи возбуждения реле В проверяется действительное отпускание якоря реле С.

В случае использования в ответственных цепях обмоток поляризованных или комбинированных реле необходимо предусматривать схемный контроль действительного переброса поляризованного якоря. Один из вариантов решения такой задачи применительно к контрольной цепи стрелки показан на рис. 7.

Здесь отсутствие реакции на смену полярности у стрелочного контрольного реле СК1 ведет к реализации в сигнальной цепи ложной зависимости. Чтобы этого избежать, в контрольную цепь вводятся обмотки двух реле СК1 и СК2, а в сигнальную контакты их повторителей: ПК и МК. Только согласованный переброс поляризованных якорей ведет к возбуждению реле ПК или МК, в противном случае теряется контроль положения стрелки.

Рис. 7. Схема контроля переброса поляризованного якоря комбинированного реле

Различного рода вспомогательные схемы, непосредственно не влияющие на безопасность движения поездов, могут строиться на реле 3-го класса надежности. Их сопряжение с ответственными схемами должно осуществляться таким образом, чтобы возникшее в них повреждение не вносило в систему опасный отказ. Не допускается включение контактов таких реле или им подобных между контактами реле 1-го класса надежности, как это показано на рис. 8,а.

Рис. 8. Сопряжение частей схемы, содержащей контакты различных классов надежности: а неверно; б верно

Здесь контакт кнопки К находится в зоне, не исключающей возникновение опасных повреждений. Сообщение его, например, с заземленным полюсом источника питания ведет к ложному возбуждению реле Р3 в обход зависимости, контролируемой реле Р1. Отсутствие такого рода сообщений в релейном помещении гарантируется соответствующим качеством монтажа и конструкцией аппаратуры. Поэтому сопряжение частей схемы, содержащей контакты реле различных классов надежности, необходимо осуществлять так, как это показано на рис. 8,б.

Большое значение для безопасности функционирования схемы имеет выбор исходного состояния ее нагрузочного элемента. Ответственные команды должны подаваться возбужденным реле (включение разрешающей лампы светофора фронтовым контактом сигнального реле, контрольных лампочек положения стрелки фронтовыми контактами контрольных реле ПК, МК и т.д.). Рассмотрим это требование на примере построения цепи сигнального реле (рис. 9). Допустим, что в исходном состоянии оно возбуждено и включает красную лампу светофора. При выполнении зависимостей, контролируемых реле ПК и П, обмотка его шунтируется, вследствие чего сигнальное реле, отпустив якорь, включает зеленую лампу. Однако при обрыве провода, идущего на обмотку реле С, открытие светофора наблюдается и без выполнения зависимостей по безопасности движения поездов. Поэтому правильным исходным состоянием сигнального реле является обесточенное.

Рис. 9. Выбор исходного состояния реле: а неверно; б верно

В случае применения в ответственных цепях кабельных или воздушных линий не допускается однополюсное выключение реле, так как сообщение линейного провода через "землю" с источником питания или токонесущими проводами другого назначения создает опасный отказ (рис. 10). Безопасное состояние системы достигается двухполюсным (трехполюсным) отключением реле и шунтированием линии, если имеется вероятность возникновения помех критического уровня.

В электронных централизациях вопросы безопасного функционирования решаются путем применения бесконтактных элементов 1-го класса надежности (феррит-транзисторных модулей, пороговых ячеек, параметронов и т.п.), специальным схемным построением, так называемым парафазным кодированием и др. В микропроцессорных централизациях для решения тех же задач используются специальные методы построения с использованием схемной и информационной избыточности.

Рис. 10. Варианты выключения реле линейных цепей: а неверно; б верно

В процессе эксплуатации различных систем ЭЦ выявлены некоторые специфические случаи опасных отказов, связанных с кратковременным пропаданием шунта на рельсовых цепях, отключением внешних источников электропитания и др. Поэтому при определении безопасного функционирования системы очень сложным вопросом является выявление полной группы событий, ведущих к опасному отказу. Следовательно, при разработке схем необходимо осуществлять их тщательный анализ и проводить всесторонние испытания.

1.2 Стрелочные приводы

Стрелочные приводы предназначены для перевода, механического запирания и контроля положения остряков централизованных стрелок. Они должны обеспечивать плотное прилегание прижатого остряка к рамному рельсу, исключая его отжим; контролировать нормальное (плюсовое), переведенное (минусовое) и промежуточное (перемещение остряков, их недоход до рамного рельса, взрез) положения стрелки. Решение указанных задач требует наличия в приводе приемника какого-либо вида вспомогательной энергии по перемещению остряков, связующего звена между этим приемником и стрелкой, механического замыкателя остряков в их крайних положениях и контрольного устройства.

В зависимости от вида вспомогательной энергии различают гидравлические, пневматические и электромеханические стрелочные приводы. Из-за сложности канализационных сетей первые два вида утратили свое былое значение, а распространение получили электромеханические приводы. В них приемником электроэнергии служат соленоиды или электродвигатели. В настоящее время соленоидные приводы устанавливаются только на трамвайных стрелках, а на железнодорожном транспорте повсеместно применяются электроприводы с двигателями постоянного или переменного тока.

Блок-схема такого привода представлена на рис. 11. В нем приемником электроэнергии служит электродвигатель 1. Связующим звеном между электродвигателем и стрелкой является редуктор 2, который усиливает вращающий момент и через рабочую шестерню 3 преобразует вращение рабочего вала 4, в поступательное движение рабочей линейки (шибера) 5, соединенного со стрелкой тягой 6. Редуктор состоит из четырех каскадов зубчатой передачи (рис. 12). Первый включает в себя шестерни 1 и 2, второй шестерню 3 и зубчатую насечку 4, третий шестерню 5 и зубчатое колесо 6, четвертый рабочую шестерню 7 и шибер 8. Первоначальные выпуски приводов предусматривали редукторы открытого типа, в более поздних модификациях шестерни 1-4 образуют закрытый блок, в корпус которого заливается масло. Тем самым уменьшается сопротивление передачи.

Рис. 11. Блок-схема стрелочного электропривода

При перемещении остряков необходимо учитывать такой специфический момент, как их застопоривание из-за возникшего препятствия. В этом случае электродвигатель начинает потреблять значительный ток и его обмотки могут разрушиться. Следовательно, соединение вала электродвигателя с рабочим валом должно быть "плавающим". Для этого в конструкцию привода вводят фрикцион 7 (см. рис. 11), жесткость соединения в котором достаточна для нормального перевода стрелки и недостаточна при возникновении препятствия. В последнем случае фрикцион снижает нагрузку до приемлемой. Он же гасит инерцию вращающихся частей редуктора по окончании перевода стрелки. Очень важным вопросом является выбор места установки фрикционного сцепления внутри привода. Поскольку величина передаваемого вращающего момента при заданной мощности обратно пропорциональна угловой скорости вращения вала, то для уменьшения габаритов фрикциона его целесообразно устанавливать на валу электродвигателя. Однако, как показала эксплуатация привода типа СП-1, имевшего такое решение, уменьшение габаритов фрикциона ухудшило условия теплоотдачи и стабильность его работы. Поэтому оптимальным вариантом считается установка фрикционного сцепления во втором каскаде механической передачи привода.

Рассмотрим одно из его конструктивных оформлений на примере рис. 12. Корпус 12 представляет собой одно целое с зубчатой насечкой 4 второго каскада редуктора. Внутри корпуса располагаются четыре пары дисков, из которых чугунные 13 прикреплены шпонками к корпусу, а стальные 14 к валу 15 фрикциона. Перемещение дисков вдоль вала и необходимая жесткость их соединения достигаются с помощью пружины 16 и регулировочной гайки 17.

Рис. 12. Редуктор с фрикционом

Задача замыкания остряка в прижатом положении может быть решена специальным механизмом, расположенным вне привода или внутри его. Отсюда различают приводы с внешним и внутренним замыканием. Например, первый вид может быть обеспечен некоторой управляемой штангой, вклинивающейся между прижатым остряком и упором посреди колеи. Внешние приводозамыкатели имеют недостаток: располагаясь внутри колеи, создают неудобства при их обслуживании и подвержены влиянию окружающей среды. В настоящее время электроприводы снабжаются внутренним замыкателем (рис. 13).



Рис. 13. Блок автопереключателя и механизм замыкания остряков

Конструктивное их выполнение заключается в том, что последняя (рабочая) шестерня 1 редуктора и ее передвигаемая рабочая линейка 2 в крайних фазах своего положения имеют специально нарезанные (скошенные) зубья 3-6. Входя в зацепление, пара 3, 4 препятствует отжиму прижатого остряка в плюсовом, а 5, 6 в минусовом положении стрелки. Поскольку такого рода механизм находится в зоне постоянного действия динамических нагрузок, не исключается потеря замыкания в результате неуправляемого поворота рабочей шестерни. Поэтому обеспечивается и механическое замыкание рабочего вала с помощью дополнительных элементов. К таковым относятся упорные рычаги 7 и 9, соединенные между собой двумя пружинами растяжения 8. Ролик упорного рычага, западая в вырез диска рабочего вала 10, исключает его случайный поворот, отсюда всякая работа привода по переводу стрелки начинается со снятия замыкания с рабочего вала, а потом остряка стрелки. Происходит это следующим образом. При вращении зубчатого колеса 6, свободно насаженного на рабочий вал (см. также рис. 12), из радиального углубления на его ступице выталкивается ролик упорного рычага 9. Рабочий вал освобождается от замыкания, а прилив 11 колеса входит в зацепление с диском 10. Только после этого начинается поворот рабочего вала и снятие замыкания с остряка стрелки.

Конструкция контрольного устройства современных электроприводов основывается на идее преобразования строго определенного линейного перемещения остряков стрелки в управляемую электрическую цепь. Например, можно было в необходимых точках рабочей линейки предусмотреть приспособления, воздействующие на контактную систему, а через нее включить контрольное реле. Однако в случае нарушения целостности соединения рабочей линейки со стрелкой (обрыв, излом и т.п.) такое контрольное устройство привело бы к ложному включению электрической цепи при фактическом недоходе остряка до рамного рельса. Поэтому с целью получения достоверной информации о положении стрелки используют не рабочую, а две специальные контрольные линейки 9 (см. рис. 11), каждая из которых соединена с остряком тягой 11 и управляет блоком автопереключателя 8.

Блок автопереключателя состоит из двух контактных колодок (см. рис. 13), каждая колодка содержит три пары контактных губок 12, в которые врубаются контактные ножи 13, последние через изолирующие колодки впрессованы в ножевые рычаги 14 и 15, имеющие клювообразные отростки (зубья), которые западают в вырезы контрольных линеек 16 и 17. Такое западание возможно только при действительно плотном прилегании прижатого остряка к рамному рельсу и отводе на необходимое расстояние отжатого остряка, ведущих к совмещению вырезов на контрольных линейках. В этом случае контактная система коммутирует необходимую контрольную цепь К. Если один из остряков стрелки не переводится, то вырезы на контрольных линейках не совмещаются и клювообразный отросток ножевого рычага, упираясь в целую часть линейки, не допускает переброски ножа и включения контрольной цепи. В настоящее время имеется также решение по бесконтактной коммутации контрольных цепей с помощью индукционных датчиков, управляемых упорными рычагами автопереключателя.

При взрезе стрелки первым испытывает давление отжатый остряк. Его контрольная линейка 17, перемещаясь, скошенной гранью выреза выталкивает клювообразный отросток ножевого рычага на свою поверхность. В результате контактный нож занимает среднее положение, размыкая контрольную цепь К и не включая рабочую Р. Устройства же механического запирания стрелки при этом ломаются. Такого рода приводы называются невзрезными. Первые же отечественные приводы имели специальное взрезное устройство, разъединявшее при взрезе стрелки рабочий вал и его механический замыкатель.

В настоящее время на сети дорог широко применяются электроприводы невзрезного типа СП-3, СП-6, СП-8 и СПГБ-4 (с бесконтактным автопереключателем) и только в отдельных случаях взрезные СПВ-6. Это объясняется тем, что подавляющее большинство передвижений носит маршрутизированный характер, т.е. осуществляется по сигналам, и не допускает выезда на неготовый маршрут с последующим взрезом стрелок.

1.3 Схемы управления стрелочными приводами

Управляющая цепь предназначена для включения пускового прибора. Поскольку для перевода стрелки требуются две позиции, в которых пусковой прибор занимает активное состояние, то управляющую цепь можно выполнить на двух нейтральных (ПУ, МУ) или одном комбинированном (ПС) реле (рис. 14). При этом ее построение должно соответствовать следующим требованиям, обеспечивающим безопасность движения поездов (на схемах рис. 14 отмечены цифрами в кружочках).



Рис. 14. Примеры построения управляющей цепи: а на двух нейтральных реле; б на одном комбинированном реле; в с самовыключением

1. Пусковой прибор можно возбудить только при отсутствии подвижного состава на стрелочном переводе. С этой целью в качестве элемента зависимости в управляющую цепь вводится фронтовой контакт стрелочного путевого реле СП. В случае ложной занятости стрелочной секции зависимость по контролю ее свободности исключается нажатием вспомогательной кнопки (ВК), о чем делается запись в настольном журнале.

2. Пусковой прибор можно возбудить, если стрелка не участвует ни в одном из маршрутов. Эта зависимость проверяется в управляющей цепи фронтовым контактом замыкающего реле.

3. Пусковой прибор после срабатывания должен удерживаться в рабочем режиме до конца перевода стрелки независимо от состояния первоначальной цепи возбуждения. При выполнении этого требования предотвращается сход подвижного состава с рельсов из-за недохода остряков до крайнего положения, что может иметь место, если, с одной стороны, по какой-либо причине пусковой период короче времени перевода стрелки (пуск носит импульсный характер, внезапно пропало питание рельсовых цепей и т.п.), а с другой стороны, в процессе перевода стрелки на стрелочный участок вступает подвижная единица. Выполнение этого требования осуществляется путем создания блокирующей цепи, основным элементом которой является фронтовой контакт реле Б, проверяющего действительное потребление электродвигателем рабочего тока, или же путем включения непосредственно в рабочую цепь блокирующей (токовой) обмотки пускового реле.

4. По окончании пускового периода пусковой прибор должен возвращаться в исходное положение. С этой целью в управляющую цепь можно ввести тыловые контакты стрелочных контрольных реле ПК, МК, которые поочередно будут ее выключать при каждом новом положении стрелки. Однако, несмотря на простоту выполнения, такое решение имеет тот существенный недостаток, что в случае потери контроля положения стрелки пусковой прибор не выводится из рабочего состояния. Поэтому в современных схемах широкое распространение получили управляющие цепи с использованием пусковых кнопок пружинно-возвратного типа или приборов с самовыключением. В последнем случае применяется комбинированное реле ПС с раздельным ходом нейтрального и поляризованного якорей или же нейтральное реле НПС и поляризованное ППС реле с поочередным их срабатыванием.

Рабочая цепь служит для подачи рабочего напряжения на зажимы электродвигателя при переводе стрелки. При ее построении безусловным является применение всех мероприятий, исключающих опасные отказы в случае заземления или сообщения линейных проводов с другими цепями ЭЦ, а также по причине спекания контактов пусковых приборов, коммутирующих в ней значительные токи (см. подразд. 1.2). К рабочей цепи предъявляются следующие основные требования.

1. Выход из строя любого ее элемента должен обнаруживаться при очередном переводе стрелки, что достигается последовательным включением образующих ее элементов.

2. Рабочую цепь нельзя объединять в одном канале со второстепенными цепями (автоматической очистки стрелок, обогрева электроприводов и т.п.), могущими вызвать самопроизвольный перевод стрелки. Исключение составляет контрольная цепь, имеющая с рабочей временное и схемное разделение. Если стрелочный электродвигатель не отключается от контрольной цепи схемным путем, то он не должен разворачиваться при протекании по его обмоткам контрольного тока.

3. Стрелочный электродвигатель должен быть защищен от разворота под действием индуктированных в линейных проводах ЭДС, что может иметь место в цепях большой протяженности (более 1 км), расположенных в зоне влияния цепей сильного тока. В связи с этим рабочая цепь должна иметь или прибор, отключающий обмотки электродвигателя от линейных проводов, или устройство, контролирующее состояние изоляции рабочей цепи относительно земли.

4. Рабочая цепь должна допускать реверсирование электродвигателя как из крайних, так и из промежуточных положений стрелки. С этой целью в контактных приводах в момент снятия механического замыкания с рабочего вала ножом автопереключателя 1-го (условно) ряда подготавливается рабочая цепь для возможного обратного перевода стрелки.

5. В конце перевода стрелки рабочая цепь должна автоматически выключаться. Существуют два способа выполнения этого требования: контактами автопереключателя 2-го (условно) ряда или контактами пускового прибора, который в свою очередь выключается контрольными реле или времязадающим устройством. Хотя при втором способе создаются некоторые эксплуатационные преимущества (снимаются все недостатки, присущие контактным приводам, расходуется меньшее число линейных проводов), он всегда сопровождается более или менее длительной работой привода на фрикцию, так как рабочая цепь выключается с задержкой.

Примеры построения рабочей цепи для приводов постоянного и переменного тока представлены соответственно на рис. 15 и 16. Зависимости, осуществляемые в них согласно вышеперечисленным требованиям, отмечены соответствующими цифрами в кружочках.

Как следует из рис. 15,а,б, количество линейных проводов не зависит от типа пусковых приборов и для приводов постоянного тока равно трем. Возможно снижение их до двух, если реверсирование электродвигателя производить непосредственно у привода (см. рис. 15,в). С этой целью рядом с ним в путевом ящике (ПЯ) устанавливается реверсирующее реле (Р) поляризованного типа, которое повторяет позиции пускового прибора. Оно своими контактами подключает нужную обмотку возбуждения, на что тратятся те же три провода, но значительно меньшей длины. Реверсирующее реле работает в неблагоприятных полевых условиях и ценно еще и тем, что отключает своими контактами обмотки электродвигателя от линейных проводов (см.п.3 требований). Рабочая цепь спаренных стрелок выполняется на общих пусковых приборах и в отечественных схемах предусматривает последовательный перевод вначале ближней к посту стрелки, а затем дальней (см.рис. 15, в, пунктир). Такое решение дает экономию кабеля, так как при одновременном переводе стрелок по линейным проводам Л1-Л2 протекал бы удвоенный рабочий ток с соответствующими последствиями по дублированию жил.

Рабочая цепь для приводов переменного тока требует пяти линейных проводов при центральном реверсировании электродвигателя (см.рис. 16,а,б) и трех при местном (см.рис. 16, в).



Рис. 15. Пример построения рабочей цепи для приводов постоянного тока: а на контактах двух нейтральных реле; б на контактах комбинированного реле; в с местным реверсированием

Рис. 16. Примеры построения рабочей цепи для приводов переменного тока: а на контактах двух нейтральных реле; б на контактах нейтрального и поляризованного реле; в с местным реверсированием электродвигателя; г с центральным реверсированием электродвигателя по трехпроводной цепи

В последнем случае реверсирующее реле должно реагировать на смену фаз в линейных проводах, поэтому оно включается в линию через фазочувствительный блок (ФЧ). Блокирование пускового реле НПС в обход управляющей цепи осуществляется через фазоконтрольное устройство (ФК). Возможно построение трехпроводной схемы без реверсирующего реле, т.е. с центральным реверсированием электродвигателя (см.рис. 16,г). Однако в этом случае для автоматического выключения рабочей цепи требуется времязадающий датчик первого класса надежности (ВД), а само выключение сопровождается фрикционными токами. Кроме того, невозможно реализовать последовательный перевод спаренных стрелок.

Контрольная цепь предназначена для непрерывного контроля трех возможных положений стрелки: плюсового, минусового и промежуточного. Под промежуточным (неопределенным) положением подразумевается такое состояние стрелки и контрольной цепи в целом, когда не гарантируется контроль крайних положений (недоход остряка до рамного рельса, взрез стрелки, перемещение остряков, обрыв линейных проводов, их короткое замыкание, перегорание предохранителей или другие причины отсутствия контрольного тока, перепутывание линейных проводов в полярных цепях и т.п.). Указанные три позиции можно зафиксировать с помощью двух нейтральных или одного комбинированного реле:

1) , ; плюсовое положение;

2) , ; минусовое;

3) , ; неопределенное.

При построении контрольной цепи должны учитываться все мероприятия, исключающие опасные отказы при различного рода повреждениях и рассмотренные в подразд. 2.2. Кроме того, к контрольной цепи предъявляются следующие основные требования.

1. Выход из строя любого элемента цепи должен обнаруживаться немедленно, что достигается последовательным обтеканием контрольным током всех образующих ее элементов.

2. Контрольная цепь не должна совмещаться в одном канале со второстепенными цепями. Исключение составляет рабочая цепь при условии, что повреждения в ней, изменение электрических характеристик и состояний не вызывают ложного срабатывания контрольных реле.

3. Контрольная цепь должна быть защищена от действия продольных ЭДС, имеющих место в линейных проводах большой протяженности, токов утечки через емкостное сопротивление кабельных жил, а также переходных процессов в любых частях схемы.

4. Контрольное реле должно получать питание со стороны контактов автопереключателя по всем полюсам источника питания, что защищает его от ложного возбуждения при обрыве, коротком замыкании и сообщениях линейных проводов.

Контрольная цепь может быть построена с использованием источников как постоянного, так и переменного тока. Примеры построения контрольных цепей постоянного тока приведены на рис. 17.

В случае использования двух нейтральных реле минимальные затраты кабеля получаются при трехпроводной схеме. Однако здесь нарушается требование п.4, что при коротком замыкании линейных проводов и среднем положении остряков стрелки ведет к ложному возбуждению контрольного реле. Этого недостатка лишена шестипроводная схема включения реле ПК, МК. При использовании в цепи постоянного тока комбинированного реле К количество линейных проводов доводится до четырех, при этом здесь обязательно должна быть предусмотрена дополнительная схема контроля действительного переброса поляризованного якоря реле К. Принципиально имеется возможность снижения линейных проводов для схем рис.2.17,б, путем прокладки в горловине станции кабеля магистрального питания контрольных цепей стрелок. Однако такое решение снижает надежность работы электрической централизации, так как при повреждении магистрального кабеля большая группа стрелок теряет контроль своего положения.

Рис. 17. Примеры построения контрольной цепи постоянного тока: а трехпроводная на нейтральных реле; б шестипроводная на нейтральных реле; в на комбинированном реле

Примеры построения контрольных цепей переменного тока представлены на рис. 18. В случае применения двух нейтральных реле постоянного тока с вентилями, установленными в приводе, получается четырехпроводная схема, т.е. требующая на два провода меньше, чем аналогичная на постоянном токе.



Рис. 18. Примеры построения контрольной цепи переменного тока: а четырехпроводная на нейтральных реле; б двухпроводная на нейтральных реле; в на фазочувствительных реле; г на комбинированном реле

В ней сообщение между проводами Л1, Л2 и Л3, Л4 ведет к защитному отказу, а между Л1, Л3 к опасному, так как анодом вентиль будет подсоединен к линейным выводам обмоток реле ПК, МК, а катодом к общему обратному полюсу источника питания. Применение двух фазочувствительных реле дает хорошую защищенность от ложных срабатываний контрольных реле, но схема получается многопроводной со сложными в конструктивном оформлении приемниками. Количество линейных проводов для вентильной цепи с двумя обычными нейтральными реле можно свести до минимума двух (см.рис. 18,б). Однако пробой вентилей у приемников (у одного накоротко, а у другого на обрыв) дает ложный контроль положения стрелки.

Наиболее эффективной является вентильная контрольная цепь с комбинированным реле (см.рис. 18,г). В ней вентиль VD и контрольное реле К, включенные параллельно по отношению к источнику переменного тока, представляют нагрузки, одна из которых вентиль имеет переменное сопротивление. В момент, когда под воздействием полуволны переменного тока вентиль открыт, реле К оказывается защунтированным, а когда закрыт, реле К возбуждается, получая питание от полуволны противоположного знака. Полярность полуволн, протекающих через обмотку реле К, зависит от того, как вентиль ориентирован по отношению к его обмотке. Ориентация осуществляется контактами автопереключателя. Поскольку контрольные цепи стрелок станции имеют на посту ЭЦ общую панель питания, они оказываются под взаимным влиянием. Для гальванической развязки контрольных цепей используются разделительные конденсаторы или трансформаторы. При этом разделительные конденсаторы менее эффективны, так как не спасают от емкостной утечки между цепями по одному из полюсов питания. Конденсатор С в схеме исключает замыкание постоянной составляющей выпрямленного тока через низкоомную обмотку изолирующего трансформатора (ИТ), а резистор Rз ограничивает ток в последнем при коротком замыкании линейных проводов и защищает контрольное реле от ложного срабатывания при возникновении токов переходных процессов.

1.4 Синтез и анализ схем управления стрелочными приводами постоянного тока

Принципиально схему управления стрелочным приводом можно синтезировать, используя в качестве пусковых и контрольных приборов только нейтральные, только комбинированные или сочетание нейтральных и комбинированных реле. Основными критериями ее эксплуатационной пригодности будут выполнение мероприятий по конструированию составляющих ее цепей и минимум затрат по кабелю и аппаратуре.

Для приводов постоянного тока в случае использования только нейтральных реле получается девятипроводная схема (см.рис. 14,а, 15,а и 17,б). Основным ее недостатком является многопроводность, поэтому в свое время она применялась в релейных централизациях малых станций с источниками питания и аппаратурой, расположенными в горловинах. Поскольку девятипроводная схема содержит минимум аппаратурных средств, она обладает сравнительно высоким быстродействием, что имеет существенное значение в горочных системах. Этим объясняется широкое распространение, которое она получила в настоящее время в горочных централизациях. В отличие от схемы, представленной на рис. 17,б, в ней контрольная цепь запитывается переменным током и коммутируется бесконтактным автопереключателем, а реле ПК, МК включаются через выпрямительные мосты.

Переход на комбинированные реле в пусковой и контрольных цепях не дает каких-либо существенных эксплуатационных преимуществ. Получается семипроводная схема, имеющая хотя и меньшее количество линейных проводов, но требующая дополнительного расхода приборов на контроль действительного переброса поляризованного якоря реле К (см.рис. 14,б, 15,б и 17,в). С целью получения в этом варианте более эффективной схемы П.Н. Жильцовым было предложено пусковое реле СУП расположить в релейном шкафу выходных сигналов, а рабочую и контрольную цепи запитать от местной батареи (рис. 19).

Рис. 19. Четырехпроводная схема управления стрелочным приводом

Таким образом, при сохранении центрального управления приводом между постом ЭЦ и релейным шкафом требовалось четыре линейных провода, а между релейным шкафом и приводом семь. Увеличение их в последнем случае до восьми объясняется необходимостью выключения контрольных реле с момента возбуждения управляющего реле СУП. С целью защиты электродвигателя от перегрева при длительной работе привода на фрикцию в схеме предусмотрено принудительное выключение рабочей цепи контактами реле СЗ по истечении 7-9 с после нажатия стрелочной кнопки. Выдержка времени достигается с помощью комплекта, состоящего из вспомогательного реле СВ, фрикционного СФ и конденсаторов С1, С2. Четырехпроводная схема нашла широкое применение в релейных централизациях малых станций с центральными замыканиями и местным питанием.

В настоящее время наиболее эффективной по кабельным и аппаратурным затратам считается двухпроводная схема управления приводом постоянного тока, предложенная В.А. Шариковым. Она получена путем объединения в одном канале двухпроводной рабочей (см.рис. 15,в) и двухпроводной контрольной (см.рис. 18,г) цепей. Схема имеет два конструктивных исполнения: на штепсельных реле типа СКПШ, КШ, НШ со стативным монтажом (рис. 20) и на малогабаритных штепсельных реле, объединенных в блок ПС-220. В качестве реверсирующего в обоих случаях применяется реле типа ППРЗ-5000. Резистор Rд = 12 кОм, включенный последовательно с реле Р, устраняет его перегрузку при пуске стрелки, расположенной недалеко от поста ЭЦ. Резистор Rо = 1 кОм предотвращает пробой выпрямителя VD и короткое замыкание рабочей батареи в начальный период включения привода до момента возбуждения реверсирующего реле.



Рис. 20. Двухпроводная схема управления стрелочным приводом с центральным питанием

Двухпроводная схема пока занимает доминирующее положение в релейных централизациях средних и крупных станций. Однако она имеет некоторые эксплуатационные недостатки. Так, при случайном перекрещивании линейных проводов вначале наблюдается рассогласование положений поляризованных якорей реле К и ПС, фиксируемое схемой защиты и ведущее к обесточиванию реле ПК, МК. Однако при повороте стрелочной рукоятки согласование восстанавливается и создает ложный контроль при отсутствии реакции со стороны рабочей цепи из-за двойной смены полярности на пути к обмотке реверсирующего реле (первый раз контактами реле ПС, второй перекрещиванием линейных проводов). В практике наблюдались также случаи ложного срабатывания реле К от токов переходных процессов, возникающих в контрольной цепи в результате неплотного прилегания контактов автопереключателя, щеток электродвигателя к коллектору, ослабления клемм и т.д. при фактическом нахождении стрелки в промежуточном положении. Исследования показали, что в таких случаях в образовавшемся зазоре при определенных условиях могут возникнуть искровые пробои, чередующиеся с дугой, что порождает выпрямительный эффект. Для его исключения значение сопротивления защитного резистора Rз выбирается таким, чтобы ограничить ток переходных процессов до значения ниже критического. Эту же цель преследует специально разработанный блок БКСМШ, содержащий защитные резисторы R₁, R₂ и R₃. Балластный резистор R₄ уменьшает ток в цепи реле ПК, МК до рабочих значений, соответствующих типу НМШ1-700.

При определении кабельных затрат существенное значение имеет удаленность стрелок от поста ЭЦ. Максимально допустимая длина кабеля при заданном числе жил в прямом и обратном проводах питания электродвигателя определяется по формуле:

,

где Uк допустимое падение напряжения в кабеле, В;

r сопротивление 1 м жилы кабеля, Ом;

Ip расчетный ток, потребляемый приводом, А;

n_п, n_о число жил соответственно в прямом и обратном проводах.

Для двухпроводной схемы управления обычными стрелками (Р50, Р65, 1/9, 1/11) при значениях Uк = 60 В, r = 0,0235 Ом/м, Iр = 1,5-1,7 А, n_п = n_о = = 1 максимально допустимая длина кабеля составляет 680-800 м. Превышение ее требует дублирования жил в линейных проводах, общее число которых достигает 7-8 для расстояний около 3 км. Кроме того, в этом случае сказывается емкостное влияние кабельной линии на контрольную цепь схемы управления. Поэтому для стрелок, удаленных от поста ЭЦ более чем на 3 км или же требующих значительного дублирования жил, применяют двухпроводную схему управления с магистральным питанием электродвигателей (рис. 21).

Она содержит типовой блок ПС-220, в линейные провода которого включены реверсирующее реле Р типа СКПРЗ-2800 и общее контрольное ОК типа КМ-3000. При срабатывании пусковых реле НПС и ППС реверсирующее реле получает кратковременный импульс, так как реле НПС не может заблокироваться по токовой обмотке и, выдержав замедление, опускает свой якорь. Своими контактами реле Р подключает электродвигатель привода к магистрали РП-РМ и низкоомной обмоткой контролирует фактическое замыкание рабочей цепи. Сечение жил магистрали рассчитывается исходя из поочередного использования ее в избранной группе и условий перевода наиболее удаленной в ней стрелки.

Рис. 21. Двухпроводная схема управления стрелочным приводом с магистральным питанием

В случае маршрутного управления стрелками, при котором активное состояние принимают одновременно несколько управляющих реле, применяется схема последовательного их воздействия на пусковые цепи, составляемая из блоков типа НПС.

1.5 Синтез и анализ схем управления стрелочными приводами переменного тока

В настоящее время в силу ряда эксплуатационных преимуществ трехфазного асинхронного электродвигателя перед сериесным постоянного тока предпочтение отдается стрелочным приводам переменного тока. В связи с этим актуальной является задача разработки для них схемы управления, не уступающей по своим совокупным показателям доминирующей двухпроводной.

Если в основу построения схемы управления приводом переменного тока положить раздельное выполнение составляющих ее цепей с применением нейтральных реле, то получится одиннадцатипроводная схема (см.рис. 16,а и 17,б), не имеющая перспектив из-за многопроводности. Неконкурентоспособной является и схема с использованием комбинированных реле, хотя в ней количество линейных проводов снижается до девяти (см.рис. 16,б и 17,в). Существенное уменьшение числа проводов достигается только в результате совмещения в одном канале рабочей и контрольной цепей. Если применить вентильную контрольную цепь (см.рис. 18,г) и центральное реверсирование электродвигателя, то получится пятипроводная схема (см.рис. 16,б), если местное то трехпроводная (см.рис. 16,в).

Трехпроводная схема по своему алгоритму наиболее приближается к типовой двухпроводной (рис. 22). Расчеты показывают, что по расходу жил кабеля трехпроводная схема является конкурентоспособной по отношению к двухпроводной, а для дальних расстояний даже экономичнее ее.

Рис. 22. Трехпроводная схема управления стрелочным приводом

Однако по расходу аппаратуры она значительно уступает двухпроводной, имея дополнительно фазочувствительный блок и сложное фазоконтрольное устройство (рабочий ток трансформируется из низкоомных обмоток реле НС1, НС2, НС3 в высокоомные и там выпрямляется диодами VD1, VD2, VD3). Все это не позволило перейти трехпроводной схеме из стадии опытной эксплуатации в постоянную.

В настоящее время при новом строительстве рекомендуется к внедрению пятипроводная схема с центральным реверсированием (рис. 23).

Рис. 23. Пятипроводная схема управления стрелочным приводом

Она хотя и требует по сравнению с двухпроводной схемой несколько большего расхода кабеля (на 30-35%), зато по аппаратурным затратам равноценна ей и, кроме того, имеет определенные эксплуатационные преимущества. Ей не свойственны такие недостатки, как ложный контроль положения стрелки при перепутывании линейных проводов или ошибочном подключении диода по отношению к реле К, так как каждое положение стрелки контролируется по отдельным парам проводов, а отсутствие щеточно-коллекторного узла снимает вопросы подавления дуги в нем и затрат времени на его обслуживание. В отличие от трехпроводной схемы в пятипроводной для блокирования реле НПС по низкоомной обмотке применяется блок фазового контроля (БФК), состоящий из трех малогабаритных трансформаторов (Тр1Тр3) и выпрямительного моста (В). При протекании по первичным обмоткам трансформаторов рабочего тока их магнитопроводы насыщаются, вследствие чего магнитные потоки становятся несинусоидальными и, кроме основной, содержат третью гармонику. Во вторичных обмотках при этом индуктируются ЭДС, которые также содержат основную и третью гармоники. При последовательном соединении вторичных обмоток сумма основных гармоник ЭДС, сдвинутых относительно друг друга на 120, равна нулю, а третьих, совпадающих по фазе, некоторому значению выходного напряжения, достаточного для блокирования реле НПС. При обрыве одной из фаз вторичные обмотки трансформаторов оказываются включенными встречно, и сумма напряжений на выходных клеммах БФК становится равной нулю.

При магистральном (или местном) питании приводов переменного тока, используя для включения реверсирующего реле типовой блок ПС-220, можно получить довольно экономичную схему по аппаратурным и кабельным затратам (рис. 24).

Однако в ней для блокирования реле Р рабочим током требуется установка дополнительных приборов (R, В), работающих в путевых условиях. Схема нашла применение на предприятиях промышленного транспорта.



Рис. 24. Схема управления стрелочным приводом переменного тока при магистральном питании

1.6 Управление светофорами и контроль их состояния

1.6.1 Схемное обеспечение режимов работы станционных светофоров

Как уже было отмечено в п. 1.2, основным режимом работы станционных светофоров является полуавтоматический, при котором ДСП, задавая очередной маршрут, должен оказывать новое воздействие на сигнальную рукоятку (сигнальную кнопку). Этот режим реализуется с помощью схемы противоповторного реле (ПП) (рис. 25).

Рис. 25. Реализация принципа противоповторности в управлении светофорами: а при управлении сигнальной рукояткой; б при управлении сигнальной кнопкой

Нормально реле ПП находится под током и при повороте сигнальной рукоятки (нажатии сигнальной кнопки) не препятствует включению сигнальной цепи. Сработав, реле С выключает реле ПП и самоблокируется. В свою очередь реле ПП, обесточившись, обрывает первоначальную цепь возбуждения реле С. Теперь после ухода поезда () и восстановления зависимостей в сигнальной цепи повторное открытие светофора невозможно, пока сигнальная рукоятка (сиг-нальная кнопка) не будет возвращена в исходное положение (возбудится и самоблокируется реле ПП).

В случае, когда по перегону следуют поезда друг за другом без остановки на промежуточной станции, ДСП может перевести светофоры по главному пути (входной и выходной) на режим автодействия (рис. 26). Для этого на пульте управления нажимается специальная кнопка (НАК для нечетного, ЧАК для четного направления), отчего включается соответствующее реле автодействия. Контактами этого реле сигнальные цепи входного и выходного светофоров главного пути переводятся а автоматический режим.

Если по каким-либо причинам светофор не открывается на разрешающий огонь, прием или отправление поездов организуется по так называемому пригласительному (лунно-белому мигающему) огню. В этом случае коммутация соответствующей лампы светофора осуществляется контактами пригласительного сигнального реле (ПС), которое включается нажатием пружинно-возвратной кнопки ПСК (рис. 27). В цепи возбуждения реле ПС не проверяется обеспечение зависимостей по безопасности движения поездов, поэтому их выполнение осуществляется дежурным по станции всеми доступными для него способами. Проследование светофора с пригласительным огнем допускается со скоростью не более 20 км/ч с готовностью остановиться, если этого потребуют обстоятельства. Для выходных светофоров станции однопутных участков пригласительный режим не предусматривается. Кнопка ПСК является пломбируемой, и ее использование оформляется соответствующей записью в настольном журнале.

Рис. 26. Реализация режима автодействия светофоров

Рис. 27. Схема включения пригласительного огня

К особым условиям работы выходных светофоров относится их использование в маршрутах отправления хозяйственного поезда или подталкивающего локомотива на перегон с правом возвращения назад по неправильному пути. В этом случае машинисту соответствующего локомотива выдается ключ-жезл, разрешающий после выполнения работ въезд на станцию. Изъятие ключа-жезла из аппарата управления оказывает на сигнальную цепь выходного светофора воздействие, аналогичное наблюдаемому при реализации принципа противоповторности, т.е. допускающее однократное ее использование (рис. 28). После действительного ухода хозяйственного поезда или подталкивающего локомотива на перегон (обесточивается линейное реле Л) реле ключа-жезла (КЖ) окончательно выключается и не позволяет воспользоваться сигнальной цепью повторно до возвращения ключа-жезла и установки его в аппарат управления.

В некоторых системах релейных централизаций принцип противоповторности в управлении светофорами и воздействие на сигнальную цепь при изъятии ключа-жезла реализуются одним общим реле (см.рис. 28,б).

Рис. 28. Схема контроля ключа-жезла: а с помощью отдельного реле КЖ; б с помощью общего реле ПП

1.6.2 Реализация зависимостей в сигнальной цепи

В общем случае управление станционным светофором подразумевает не только поступление команд на его открытие или закрытие, но и прохождение информации о его текущем состоянии. В связи с этим можно выделить три функциональные цепи в управлении светофором: сигнального реле, светофорных ламп и контрольных реле.

...