（一） 自動(dòng)閉塞制式

在鐵路上通常將兩個(gè)相鄰車站之間的線路稱為站間區(qū)間。為使列車安全運(yùn)行，在一個(gè)區(qū)間同一個(gè)時(shí)間內(nèi)，只允許一個(gè)列車運(yùn)行，這種保證列車按空間間隔運(yùn)行的技術(shù)方法稱為閉塞。用于辦理行車閉塞的設(shè)備叫做閉塞設(shè)備，目前鐵路上的閉塞設(shè)備有自動(dòng)閉塞、自動(dòng)站間閉塞和半自動(dòng)閉塞。

自動(dòng)閉塞是由運(yùn)行中的列車自動(dòng)完成閉塞作用。自動(dòng)閉塞的行車制度是用通過信號(hào)機(jī)將站間區(qū)間分成若干個(gè)閉塞分區(qū)，閉塞分區(qū)的長度根據(jù)列車的制動(dòng)距離和區(qū)間所需要提高的用過能力來決定的，一般在1200—3000m。自動(dòng)閉塞通過信號(hào)機(jī)的顯示狀態(tài)是以顯示通過信號(hào)作為定位的，只有列車占用該信號(hào)機(jī)所防護(hù)的閉塞分區(qū)或發(fā)生故障時(shí)，才顯示停車信號(hào)。

區(qū)間采用自動(dòng)閉塞后，可以大大縮短列車運(yùn)行的時(shí)間間隔，增加行車密度。同時(shí)，由于能不間斷的向司機(jī)預(yù)告前方閉塞分區(qū)狀態(tài)，從而提高了列車運(yùn)行速度，這樣顯著增加了列車在區(qū)間的通過能力。

目前，我國繁忙干線上采用的自動(dòng)閉塞制式有：交流計(jì)數(shù)電碼自動(dòng)閉塞、極性頻率脈沖自動(dòng)閉塞和移頻自動(dòng)閉塞等。

（1）    交流計(jì)數(shù)電碼自動(dòng)閉塞。交流計(jì)數(shù)電碼的特點(diǎn)是在一定的時(shí)間內(nèi)，周期性地發(fā)送不同數(shù)目和不同長度的電碼脈沖和間隔組成不同的顯示信號(hào)。

對(duì)于地面信號(hào)機(jī)來說，為了區(qū)別綠燈、黃燈和紅燈，需要三種電碼。因此，在每個(gè)信號(hào)點(diǎn)均設(shè)有一個(gè)電動(dòng)發(fā)碼器它可以產(chǎn)生三種電碼，綠點(diǎn)碼、黃電碼和紅電碼。每個(gè)信號(hào)點(diǎn)還有一套接收設(shè)備。接收設(shè)備包括軌道繼電器、譯碼器等。用于接收和譯出3種不同電碼。

（2）    極性頻率脈沖自動(dòng)閉塞。極性頻率脈沖自動(dòng)閉塞以鋼軌作為傳輸不同極性、不同頻率脈沖信息的通道，控制地面信號(hào)機(jī)給出相應(yīng)顯示。極性頻率脈沖自動(dòng)閉塞設(shè)備由發(fā)送器、接收器，信號(hào)機(jī)、軌道電路和電源設(shè)備等構(gòu)成。發(fā)送器的任務(wù)是不間斷地向軌道發(fā)送四種不同極性頻率的脈沖信息，并鑒別出脈沖的性質(zhì)動(dòng)作相應(yīng)得信號(hào)繼電器，給出信號(hào)顯示。

（3）    移頻自動(dòng)閉塞。移頻自動(dòng)閉塞的特點(diǎn)是軌道電路中以載波方式傳輸?shù)皖l調(diào)制型號(hào)，根據(jù)不同頻率控制信號(hào)機(jī)給出相應(yīng)顯示。低頻調(diào)制信號(hào)為11、15、20、26HZ，載頻中心頻率一般為650、850、550HZ和750Hz。為了防止干擾，提高可靠性，這四種頻率在相鄰二閉塞分區(qū)按上、下行交替使用，下行用550Hz和750Hz交替，上行用650Hz和850Hz交替。

列車占用閉塞分區(qū)，信號(hào)機(jī)顯示紅燈，同時(shí)向其后架信號(hào)機(jī)發(fā)出26（20）Hz低頻信號(hào)；架信號(hào)機(jī)接收到上述低頻信號(hào)，黃燈繼電器動(dòng)作，信號(hào)機(jī)顯示黃燈，并向第二架信號(hào)機(jī)接收到上述低頻信號(hào)，黃燈繼電器動(dòng)作，信號(hào)機(jī)顯示黃燈，并向第二架信號(hào)機(jī)發(fā)出15（11）Hz低頻信號(hào)；第二架信號(hào)機(jī)接收到上述定頻信號(hào)，綠燈繼電器動(dòng)作，信號(hào)機(jī)顯示綠燈，并向第三架喜好及發(fā)出11（15）Hz低頻信號(hào)。如果這時(shí)第三架信號(hào)機(jī)防護(hù)的閉塞分區(qū)也有車占用，上述經(jīng)軌道傳輸?shù)牡皖l信號(hào)被列車短路，第三架信號(hào)機(jī)就接收不到第二架信號(hào)機(jī)移頻箱發(fā)出的低頻信號(hào) ，這時(shí)第三號(hào)信號(hào)機(jī)顯示紅燈。

從上面介紹的幾種自動(dòng)閉塞的制式來看，它直接與行車有關(guān)，是指示列車運(yùn)行的命令。由于它的作用關(guān)系到安全、準(zhǔn)確、迅速、經(jīng)濟(jì)的組織列車運(yùn)行，提高鐵路通過能力，因此自動(dòng)閉塞設(shè)備對(duì)供電的要求有較高的標(biāo)準(zhǔn)，要求不間斷的供電。隨著鐵路現(xiàn)代化的發(fā)展，電子計(jì)算機(jī)、工業(yè)電視、雷達(dá)測(cè)速裝置的采用，自動(dòng)閉塞設(shè)備對(duì)供電的要求不僅在帶能源的可靠程度上越來越高，并且對(duì)電壓、頻率的穩(wěn)定性都有一定的要求。由于供電對(duì)象的不同，鐵路電力系統(tǒng)在某些方面有其獨(dú)特的運(yùn)行特點(diǎn)。

（二） 鐵路電力系統(tǒng)運(yùn)行特點(diǎn)

從大的范圍來看，鐵路電力系統(tǒng)工作于公共電網(wǎng)的末端，屬于電力系統(tǒng)發(fā)電、輸電、供電三個(gè)環(huán)節(jié)中的供配電環(huán)節(jié)，但其對(duì)供電可靠性的要求卻非常高。以沿線車站信號(hào)機(jī)為例。鐵路部門為保證列車的行車安全，要求鐵路信號(hào)機(jī)必須安全、可靠的工作。為了保證鐵路沿線信號(hào)燈不掉電，鐵路電力系統(tǒng)的配電站一般采用雙電源供電方式，沿線每一個(gè)供電區(qū)間雙端供電，供電區(qū)間之間一般采用專門為自動(dòng)閉塞信號(hào)機(jī)供電的10KV自閉電力線路和10KV貫通電力沿線，雙路供電至低壓雙電源切換裝置，兩路電源互為備用，失壓自動(dòng)切換。

1.    繁忙鐵路雙回路配電室及區(qū)間供電方式

（1）    配電站運(yùn)行方式。鐵路配電站電源取自地方供電局的變電站，供電方式為專盤專線，電壓等級(jí)一般為：110、35KV或10KV，少量使用220KV。35KV正逐步消失，10KV應(yīng)用廣泛。鐵路配電站為例提高供電可靠性，一般采用雙電源同時(shí)運(yùn)行，單母線分段全負(fù)荷備用的運(yùn)行方式。

在正常運(yùn)行時(shí)，母聯(lián)斷路器在分開位，兩路進(jìn)線電源各帶自己一段母線。當(dāng)任何一個(gè)段遠(yuǎn)停電時(shí)，閉合母聯(lián)斷路器又不停電的電源帶全部負(fù)荷。兩路電源分別帶各自的調(diào)壓隔離變壓器向自閉母線段和貫通母線段供電。調(diào)壓隔離變壓器有兩個(gè)作用：①當(dāng)系統(tǒng)電壓過高或者過低時(shí)由調(diào)壓器進(jìn)行調(diào)壓，確保電壓在合格范圍內(nèi)；②因自閉電力線路和貫通電力線路很長，一旦發(fā)生故障就會(huì)影響到電源系統(tǒng)，調(diào)壓隔離變壓器起著電磁隔離的作用。

（2）    區(qū)間的供電方式。鐵路電力系統(tǒng)通常以供電段作為基本行政管理單位，供電線路沿鐵路線分布，每40~60KM設(shè)一個(gè)配電站。配電站的電源進(jìn)線取自地方電力系統(tǒng)，兩個(gè)配電站之間構(gòu)成一個(gè)供電區(qū)間，每個(gè)供電段管理若干個(gè)供電區(qū)間。目前，有的區(qū)段只有貫通電力線路供電，而許多區(qū)段為了保證信號(hào)供電的可靠性還建有自動(dòng)閉塞信號(hào)專用電力線路給信號(hào)系統(tǒng)供電，貫通電路作為二路電源備用。

在信號(hào)點(diǎn)的供電中，在貫通電力線路和自閉電力線路上分別安裝信號(hào)變壓器降壓（380/220V）供電至控制箱。

控制箱具有雙電源自動(dòng)切換功能，當(dāng)其中某一路失電后自動(dòng)切換至另一路供電，確保信號(hào)設(shè)備能夠正常工作。

2.    干線鐵路配電站及區(qū)間供電方式

（1）    配電站運(yùn)行方式。在一些鐵路區(qū)段或支線鐵路由于運(yùn)量和重要程度原因，在信號(hào)供電設(shè)計(jì)中僅設(shè)計(jì)了自閉電力線路。自閉配電站既有一路電源，也有兩路電源的。配電站兩路電源單母線-主-備隔離開關(guān)分段帶高壓調(diào)壓的主接線。

（2）    區(qū)間的供電方式。在供電區(qū)間，為了保證信號(hào)供電的可靠，一般采用的是兩臺(tái)信號(hào)變壓器或3臺(tái)信號(hào)變壓器互相聯(lián)絡(luò)的辦法。正常供電時(shí)，變壓器分別供給自己的信號(hào)點(diǎn)，當(dāng)某一個(gè)變壓器故障或高壓電力線路停電檢修時(shí)，打開不同的高壓隔離開關(guān)及通過低壓箱中的繼電器互相切換達(dá)到相互供電的目的。

（三） 目前鐵路信號(hào)供電存在的問題

鐵路專線信號(hào)電源始于20世紀(jì)60年代，初為單回路10KV供電，稱自閉電力線路。40~60km設(shè)譯出配電站。配電站之間為一個(gè)供電臂，一個(gè)供電臂的大負(fù)荷為3~5A左右，屬于長距離送點(diǎn)。小負(fù)荷用電的特殊線路。由于受當(dāng)時(shí)設(shè)備的限制，為了滿足兩配電站間想自動(dòng)閉塞電力饋出轉(zhuǎn)換不大于150ms的要求，配電站向自閉電力線路供電采取了高、低、高供電的方式。就是將10KV進(jìn)線電壓降到380V,再升壓至10KV向自閉電力線路送出，在低壓380V側(cè)實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)和投切。

單回路自閉電力線路供電可靠性較低，40~60km長得自閉電力線路沿鐵路線架設(shè)，因各種原因造成的故障率很高。當(dāng)電力線路發(fā)生故障后，故障查找處理一般需要3~4h，如果在山區(qū)查找時(shí)間會(huì)更長，長時(shí)間的一個(gè)供電臂通電，造成信號(hào)不能使用，對(duì)運(yùn)輸?shù)母蓴_是很大的，由此誘發(fā)的停電事故也是常見的。

20世紀(jì)80年代末到90世紀(jì)初，為了提高信號(hào)供電的可靠性，開始增建管傳統(tǒng)電力線路。貫通電力線路除了完成對(duì)信號(hào)的供電外，還承擔(dān)了沿線通信、紅外線、無電站的供電任務(wù)。貫通電力線路的建設(shè)與自閉電力線路形成了對(duì)信號(hào)系統(tǒng)的可靠供電，隨著10Kv快速真空開關(guān)的研制成功，配電站的控制也由高-低-高改為高-高供電方式。在目前的信號(hào)供電中從電源情況看，備用程度已經(jīng)相當(dāng)高了，但信號(hào)電源供電中斷故障仍然時(shí)有發(fā)生，影響了列車的安全行駛。

1.    電源污染嚴(yán)重，諧波含量較大

    近年來，電力電子技術(shù)發(fā)展迅猛，在工業(yè)交通部門的用電設(shè)備得到廣泛應(yīng)用，包括大功率整流在電氣化鐵路的應(yīng)用、電弧爐在煉鋼中的應(yīng)用等，似的諧波對(duì)電力設(shè)備、電力用戶有害影響十分嚴(yán)重。

    鐵路沿線配電站的電源大部分是從就近的地方電源接引，而個(gè)別的配電站接不到地方電源只能從牽引變電站接引27.5KV/19KV，這些電源有很多都含有不同程度的諧波，而從牽引變電站接引的電源諧波含量更為嚴(yán)重。

2.    諧波危害的分析

     諧波污染對(duì)電力設(shè)備的危害是嚴(yán)重的。初步歸納起來主要表現(xiàn)為：過負(fù)荷和發(fā)熱、增加戒指應(yīng)力和過電壓、干擾和危害以及破壞電子設(shè)備和保護(hù)控制設(shè)備的性能和正常工作，引起系統(tǒng)鐵磁諧振。鐵磁諧振可以是幾波諧振、高次諧波諧振。也可以是分次諧波諧振，其表現(xiàn)形式可能是單相、、兩相、三相對(duì)地電壓升高，或以低頻擺動(dòng)，引起絕緣閃絡(luò)或避雷器爆炸，或產(chǎn)生高值零序電壓分量出現(xiàn)虛幻接地現(xiàn)象和不正確的接地指示，或者在電壓互感器中出現(xiàn)過電流，引起熔斷器熔斷或互感器燒毀，甚至還可能使小容量的異步電動(dòng)機(jī)發(fā)生反轉(zhuǎn)現(xiàn)象。

根據(jù)TB 10069-2000信號(hào)設(shè)計(jì)規(guī)范，6.3供電6.3.2“三相電源各相相序在設(shè)計(jì)中應(yīng)力求平衡”。三相電源應(yīng)設(shè)有錯(cuò)序、斷相監(jiān)督和報(bào)警設(shè)備。

在運(yùn)行中信號(hào)電源屏為了保證相序的一致性，在兩路電源轉(zhuǎn)換的條件中加裝了相序繼電器，確保兩路輸入電源在相序上一致。而這類相序繼電器對(duì)電源中的諧波較為敏感，當(dāng)電源中諧波含量達(dá)到一定值時(shí)相序繼電器就會(huì)啟動(dòng)。相許繼電器啟動(dòng)將切斷信號(hào)電源屏接觸器的電源，是輸入電源無法送到電源屏上。

3.    兩路電源同時(shí)停電現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生

在繁忙干線雖然增設(shè)了感通電力線路。但是自閉電力線路和貫通電力線路同時(shí) 停電的故障還是不斷發(fā)生。如1993年7月10日京廣線新鄉(xiāng)站至七里營站間因暴風(fēng)雨造成自閉、貫通電力線路同時(shí)停電，行車信號(hào)無法正常顯示，車站只能改變行車組織方式。。在事故處理中電力線路時(shí)有電時(shí)無電，信號(hào)指示也時(shí)有時(shí)無，由于163次火車司機(jī)不能正確理解行車憑證的內(nèi)容盲目行車。結(jié)果造成163次列車與停留在區(qū)間的貨物列車追尾，造成重大旅客行車事故。死亡40人，重傷9人，輕傷39人，影響下行正線行車11h15min。給國家造成了惡劣的政治影響，給人民的生命財(cái)產(chǎn)造成了重大經(jīng)濟(jì)和人員損失。這次事故的直接原因是司機(jī)未按規(guī)定的運(yùn)行方式行車，而間接原因是暴風(fēng)雨造成了自閉、管用電力線路不能正常供電所致。

目前在主要繁忙干線對(duì)信號(hào)供電都建成了雙回路,但在相同一部分鐵路線上還有單回路供電的問題。而且在這些地區(qū)大部分都在山區(qū)或在交通不方便的地區(qū)，在這些地區(qū)電力線路一旦發(fā)生故障很難在短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)，對(duì)于運(yùn)輸影響很大。因此有些鐵路局提出在繁忙鐵路區(qū)段增加第三路電源的設(shè)想。

4.    配電站從牽引變電站接引27.5KV/10KV電源貫通電力線路使用存在的問題

“TB/10008---2006鐵路電力設(shè)計(jì)規(guī)范”電源及供電系統(tǒng)規(guī)定：

鐵路供配電系統(tǒng)的電源，應(yīng)優(yōu)先采用公共電網(wǎng)可靠電源。在電氣化區(qū)段，技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理時(shí)可與牽引變電站共用電源或接觸網(wǎng)供電作為備用電源。當(dāng)所在地區(qū)偏僻，原理公共電網(wǎng)，設(shè)置自卑電源較從外部取得電源技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理，宜設(shè)置自備電源或在牽引變電站二次測(cè)設(shè)動(dòng)力變壓器取得電源。

     向一級(jí)負(fù)荷供電的10（6）KV配電站和35KV及以上變電站，當(dāng)一級(jí)負(fù)荷的兩路電源均由本站提供時(shí)，應(yīng)有兩路獨(dú)立電源。當(dāng)電源電壓為10（6）KV及以下時(shí)，其中一路宜為專盤專線，另一路亦應(yīng)可靠。為特大型客站供電的變、配電站宜設(shè)第三路電源。

      為自動(dòng)閉塞電力線路、電力貫通線路供電的10KV配電站電源有一路宜為專盤專線。相鄰兩變、配電站電源應(yīng)互相獨(dú)立且其中一個(gè)變、配電站的帶能源宜為兩路電源。

      從設(shè)計(jì)規(guī)范中可以看出宮自閉10KV配電站的電源應(yīng)設(shè)兩路，一路為專盤專線，一路可以從混合線路接引。在電氣化區(qū)段變配電站的電源應(yīng)首選地方電源。在實(shí)際設(shè)計(jì)中有些地區(qū)很難找到符合規(guī)范要求的電源。在找不到兩路電源的情況下普遍采用了從地方供電系統(tǒng)找一路10KV電源，第二路電源從牽引變電站27.5KV 側(cè)再加裝一臺(tái)降壓變壓器，將27.5KV降壓為10KV作為10KV配電站的第二路電源。由于降壓變壓器27.5KV側(cè)與牽引變壓器為同一變壓器，所以電源內(nèi)諧波含量很高，電壓波動(dòng)劇烈。所供出去的10KV電力線路經(jīng)常會(huì)因諧波含量打大發(fā)生燒損用電設(shè)備的問題。比較容易燒損的用電設(shè)備有：貫通線分段控制器、時(shí)間繼電器內(nèi)的壓敏電阻、鋪配電站呢直流電源柜和微機(jī)繼電保護(hù)裝置及沿線車站的充電機(jī)電源、不間斷電源UPS、照明燈具、信號(hào)機(jī)械室設(shè)備等。



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