Классификация систем электрической централизации

Стр 1 из 4Следующая ⇒

Глава 2. Релейные системы электрической централизации 2.1. Обеспечение безопасности движения поездов устройствами электрической централизации

Предварительные замечания

Безопасность движения поездов представляет собой комплексную характеристику железнодорожного транспорта, которая определяет его способность выполнять перевозочный процесс без угрозы для здоровья и жизни людей, без ущерба для окружающей среды и крупных материальных потерь.

Состояние безопасности движения поездов (БДП) является одним из основных качественных показателей работы железных дорог. Количественно уровень БДП (или уровень аварийности) в поездной и маневровой работе оценивается как число нарушений безопасности движения N за определенный период времени t (за год, квартал, месяц) – N (t). Эти характеристики аварийности, т.е. допущенное число крушений, аварий, особых случаев брака и случаев брака в работе подлежат строгому учету и оформляются в соответствии с установленным порядком статистической отчетности железных дорог и отраслевых хозяйств.

Основными нормативными документами для работников железнодорожного транспорта, непосредственно связанных с обеспечением безопасности движения поездов, являются: Правила технической эксплуатации железных дорог Российской Федерации (ПТЭ) [2.1]; Инструкция по сигнализации на железных дорогах Российской Федерации (ИС) [2.2]; Инструкция по движению поездов и маневровой работе на железных дорогах Российской Федерации (ИДП) [2.3]. Кроме того, для работников Департамента сигнализации, централизации и блокировки (СЦБ) обязательными для исполнения являются: Инструкция по безопасности движения поездов при производстве работ по техническому обслуживанию и ремонту устройств СЦБ [2.4]; Инструкция по техническому обслуживанию и ремонту устройств СЦБ [2.5]; Технология обслуживания устройств СЦБ [2.6] и других документов, устанавливающих обязанности работников.

Проблема обеспечения безопасности движения поездов на станциях железных дорог возникла уже при их первом строительстве (1825 г., Англия) в связи с укладкой в железнодорожный путь стрелочных переводов [2.7]. В России первое столкновение поездов произошло на первой железной дороге Санкт-Петербург – Павловск, построенной в 1837 г. [2.8].

Стрелочный перевод – это конструктивный элемент железнодорожного пути, позволяющий переводить состав с одного станционного пути на другой. Основными частями стрелочного перевода являются рамные рельсы, остряки, крестовина и контррельсы (подробнее см. [2.9, 2.10]). Положение стрелочных остряков определяет направление движения поезда на тот или иной станционный путь. С рабочего места машиниста поезда, находящегося на расстоянии тормозного пути (см. раздел 2.1.3) от остряков стрелки, положение этих остряков не видно. Поэтому, если не принять специальных мер проверки условий безопасности (см. раздел 2.1.5), нет гарантий, что остряки стрелки ведут на свободный от подвижного состава путь или на путь, на который не заданы встречные (лобовые) маршруты с противоположной горловины станции. Нет также гарантий, что стрелки, первоначально правильно установленные по трассе маршрута, перед поездом не будут переведены в противоположное положение.

На первом этапе эксплуатации железных дорог безопасное следование поездов осуществлялось людьми. Руководил движением поездов начальник станции. По его команде перевод стрелок в правильное положение производился вручную работниками стрелочных постов, для подачи сигнала машинисту о возможности въезда на станцию использовались поворотные диски (1870 г.), а позднее – семафоры (1909 г) [2.8]. Для разрешения выезда со станции на перегон использовались ручные сигналы.

Бурное железнодорожное строительство XIX века, повышение интенсивности и скоростей движения поездов, усложнение стрелочных горловин станций привело к массовым ошибкам обслуживающего персонала и возрастанию числа железнодорожных происшествий. Стало ясно, что действия людей необходимо контролировать специальными устройствами. Это стимулировало разработку (Англия, Германия, 1826–1895 г.) стрелочных контрольных замков, систем механической централизации на станциях и жезловой системы на перегонах. В России внедрялись в эксплуатацию также и отечественные разработки: механические централизации с жесткими и гибкими тягами (Я.Н. Гордеенко, 1884–1906 гг.), ключевая зависимость (В.С. Мелентьев, 1909 г.), жезловая система (Д.С. Треггер, 1925 г.), маршрутно-контрольные устройства (Е.Е. Наталевич, 1947 г.).

Ввод механической централизации позволил повысить безопасность движения поездов за счет взаимного замыкания стрелок и семафоров, а управление ими с одного центрального поста – сократить время на приготовление маршрутов. К недостаткам механической централизации следует отнести ограниченность радиуса управления объектами, необходимость от человека применения значительных усилий (до 300 Н) для перевода стрелок и открытия семафоров и отсутствие автоматического контроля свободности стрелочной зоны и путей станции.

Указанные недостатки механической централизации были устранены в различных системах электромеханической и электрической централизациях, наиболее совершенных из которых является релейная централизация. Первая релейная электрическая централизация (ЭЦ) была построена на ст. Гудермес Северокавказской ж.д. (Н.В. Лупал, 1934 г.). Успешный опыт эксплуатации этой системы позволил сотрудникам института «Сигнал связьпроект» (А.Д. Шумилов, 1936 г.) разработать систему ЭЦ с местными зависимостями и местным питанием. Внедрена на ряде станций Октябрьской, Ярославской, Южной и др. дорогах.

Для исключения опасных ситуаций в системах ЭЦ горловины станций и приемо-отправочные пути оборудуются рельсовыми цепями, вводится режим замыкания стрелок[1], необходимые условия безопасности контролируются в схемах маршрутов приема электрической централизации (ЭЦ), а сообщение машинисту об их выполнении передаются через сигнальные показания входных светофоров. В маршрутах отправления контролируется аналогичные условия безопасности, в том числе свободность перегона и отсутствие заданных лобовых маршрутов с соседней станции на этот же перегон. Для информации машиниста используются выходные светофоры. Сигнальные показания светофоров должны строго соответствовать ИС [2.2]. В противном случае (например, на светофоре вместо двух желтых огней из-за неисправности одной из ламп остался гореть один желтый огонь) машинист может непроизвольно нарушить безопасность движения, превысив скорость проезда такого светофора.

К 1940 г. объем внедрения ЭЦ составил 13 000 стрелок.

В 1946 г. было принято принципиально важное решение правительства о переходе на внедрение только релейных систем ЭЦ и отказ от применения электромеханической и электрозащелочной систем. На основании этого решения на ст. Москва-Пассажирская-Курская была введена в действие первая система маршрутно-релейная централизация (МРЦ, автор Д.П. Кусков, 1949 г.).

Опыт эксплуатации и анализ схемных решений МРЦ позволил сотрудникам института «Гипротранссигналсвязь» (1954 г.) разработать унифицированную электрическую централизацию (УЭЦ) на релейной базе НР, КР. В 1955 г. УЭЦ была смонтирована на станции Новый Петергоф на штепсельных реле НШ, КШ, а в 1956 г. были подготовлены схемные решения на вновь разработанных малогабаритных штепсельных реле НМШ, КМШ. Система УЭЦ явилась прообразом самой массовой системы – блочной маршрутно-релейной централизации (БМРЦ, 1959 г.). Первая установка БМРЦ была внедрена в 1960 г.на ст. Ленинград-Пассажирский-Московский, а в 1961 г. было принято решение о строительстве БМРЦ на станциях, имеющих 30 стрелок и более. В отдельные годы 70-х – 80-х годов прошлого столетия темпы строительства ЭЦ (в основном БМРЦ) достигали 10 000 стрелок в год. К началу 90-х годов системами ЭЦ были оборудованы все станции главных направлений сети железных дорог страны (75,7% всех эксплуатируемых стрелок). В 1997 году институтом «Гипротранссигналсвязь» была выполнена модернизация исполнительных блоков БМРЦ, при которой реле НМШ были заменены на реле типа БН (реле РЭЛ без штепсельного разъема), из сигнальных блоков были изъяты малонадежные электролитические конденсаторы.

В 1975 году институтом «Гипротранссигналсвязь» (ГТСС) была разработана электрическая централизация системы ЭЦ-8 для промежуточных станциях на участках с диспетчерской централизацией. ЭЦ-8 – это релейная система ЭЦ с центральными зависимостями, с центральным батарейным или безбатарейным питанием, с раздельным управлением напольными объектами, с групповым (маршрутным) замыканием и размыканием секций, входящих в маршрут. В этой системе не предусматривалось маршрутизации маневровых передвижений. Для выполнения маневровой работы устанавливались маневровые колонки.

На основе ЭЦ-8 в 1978 году в ГТСС была разработана электрическая централизация системы ЭЦ-12 с секционным замыканием и размыканием маршрутов для применения на промежуточных станциях со значительной маневровой работой. Отличительной особенностью этой системы является использование весьма надежного алгоритма размыкания маршрута при движении поезда. Позднее эта система неоднократно подвергалась модернизациям (1983, 1990, 2000 г.г.), поэтому последняя ее модификация получила наименование ЭЦ-12-00. Общепризнано[2] считать эту систему наиболее надежной и защищенной от опасных отказов. На базе ЭЦ-12 разработана система ЭЦ с индустриальной системой монтажа (ЭЦИ, ГТСС, 1999 г.) и контейнерная система электрической централизации (ЭЦ-К, ГТСС, 1994 г.; 2000–2003 г.г.).

Таким образом, к концу 90-х годов на релейной технике были разработаны надежные и безопасные системы ЭЦ, обеспечивающие необходимую для транспорта безопасность движения поездов. Однако релейной технике присущи недостатки, которые сдерживают дальнейшее развитие станционных систем. К этим недостаткам относятся: большая материалоемкость, крупные габариты, значительный расход дефицитных металлов, низкое быстродействие, дорогостоящее обслуживание.

Для релейных устройств оказывается практически неразрешимой проблема расширения функциональной возможности систем ЭЦ, связанной с выполнением ряда задач как при нормальном функционировании устройств ЭЦ, так и при отказах. К таким задачам, например, относятся: автоматическое ведение записи исполненного графика движения поездов по станции (задача замены поездного журнала ДСП); фиксация нахождения грузов в подвижном составе на подходах к станциям и станционных путях (задача списывания номеров вагонов и планирования маневровой работы); автоматическое оповещение пассажиров о движении поездов; диагностика отказов устройств ЭЦ (задача выявления предотказного состояния системы); автоматический ввод в действие резервных цепей, приборов и устройств при отказах (задача создания необслуживаемых систем); регистрация действий эксплуатационного штата и реакции системы при отказах и аварийных ситуациях (задача «черного ящика») и др.

Приведенные примеры показывают тенденции развития устройств электрической централизации, требующие использования в системах вычислительной техники. В этом направлении работают: институт «Гипротранссигналсвязь» (системы ЭЦ-Е, ЭЦ-ЕМ, МПЦ-2), фирма АББ Даймлер-Бенц Транспортейшн Сигнал (Ebilock-950), университет ПГУПС (ЭЦ-МПК) и др. организации.

Классификация систем электрической централизации

Электрическая централизация представляет собой автоматизированную систему управления движением поездов на железнодорожных станциях, в которой предусматривается маршрутизация поездных и маневровых передвижений со светофорной сигнализацией.

При ЭЦ главные и приемо-отправочные пути, а также стрелочные и бесстрелочные участки пути (секции) оборудуют рельсовыми цепями. Этим исключаются перевод стрелок и открытие светофоров при их занятом состоянии. На стрелках устанавливают стрелочные электроприводы, что обеспечивает дистанционный перевод стрелок, запирание и контроль положения стрелочных остряков. Светофоры в соответствии с Инструкцией по сигнализации на железных дорогах Российской Федерации и принятой маршрутизацией регулируют движение поездов. Это позволяет дежурному по станции руководить поездной и маневровой работой, контролируя поездную ситуацию на табло (рис. 2.1).

Действия ДСП на пульте управления фиксируются наборной группой, условия безопасности движения проверяются аппаратурой исполнительной группы, а для перевода стрелок и открытия светофоров используется аппаратура управления и контроля напольных объектов. Все устройства имеют электропитание от надежных источников электроснабжения, в оптимальном случае — от двух независимых фидеров I категории и автономной дизель-генераторной установки.

Промежуточные станции на участке, оборудованном диспетчерской централизацией (ДЦ), могут находиться на диспетчерском или резервном управлении. В первом случае движением поездов руководит поездной диспетчер (ДНЦ) по каналу телеуправления (ТУ), получая информацию о поездном положении по каналу телесигнализации (ТС), а во втором – ДСП с пульта резервного управления.

Таким образом, ЭЦ как система управления движением поездов на станциях выполняет следующие основные функции:

– контроль состояния объектов управления (стрелки, светофоры, рельсовые цепи, переезды, маневровые колонки и др.);

– фиксация действий ДСП на пульте управления;

– выработка управляющих воздействий на напольные объекты с соблюдением условий безопасности движения поездов;

– слежение за движением поездов в пределах области управления данной системы ЭЦ;

– отображение на табло ДСП (ДНЦ) поездной ситуации на станции в текущий момент времени.

На сети дорог нашей страны эксплуатируются ряд систем ЭЦ, различных по сложности, выполняемым функциям и конструктивному оформлению. Это определяется специфическими особенностями станций, которые различаются назначением (промежуточные, участковые, сортировочные и др.), числом централизованных стрелок и сигналов, размерами движения. На малодеятельных линиях, где размеры движения невелики и на станциях отсутствует систематическая маневровая работа, необходимо упростить и удешевить систему ЭЦ, не снижая требования безопасности движения поездов. На крупных станциях и узлах с интенсивной поездной и маневровой работой должны применяться наиболее совершенные и, следовательно, более дорогостоящие системы. Классификация систем ЭЦ приведена на рис. 2.2.

Первой в 1936 г. была разработана система ЭЦ с местными зависимостями (МЗ) и местным питанием (МП). В этой системе вся аппаратура, посредством которой осуществлялись зависимости между стрелками, сигналами и враждебными маршрутами, размещалась в релейных будках или релейных шкафах в горловинах станции, а пульт управления — в станционном здании. В настоящее время эта система не применяется и представляет интерес как этап развития систем ЭЦ.

В системах ЭЦ с центральными зависимостями (ЦЗ) приборы, осуществляющие установку, замыкание и размыкание маршрутов, исключение задания враждебных маршрутов и другие зависимости, размещаются в центре станции, как правило, в релейном помещении поста ЭЦ. Все современные системы ЭЦ разрабатываются, проектируются и строятся как системы с центральными зависимостями.

Система ЭЦ с центральными зависимостями и местным питанием до 70-х годов была практически единственной, применявшейся на промежуточных станциях. В этой системе станционные светофоры, стрелочные электроприводы и рельсовые цепи получают питание от аккумуляторных батарей, расположенных в районах стрелочных горловин и у входных светофоров. Приборы управления стрелками и светофорами размещаются в релейных шкафах горловин станций, а в центре станции, в релейном помещении только приборы, осуществляющие необходимые зависимости. Система ЭЦ с местным питанием имеет эксплуатационные недостатки, к которым следует отнести большое число приборов наружной установки и аккумуляторов, устанавливаемых в батарейных шкафах. Поэтому эта система строится в исключительных случаях на станциях малодеятельных участков при ненадежном электроснабжении.

Применяются, как правило, системы ЭЦ с центральными зависимостями и центральным питанием (ЦП). На посту ЭЦ сосредотачиваются вся аппаратура и источники питания. Исключение составляют лишь входные светофоры, у которых устанавливаются релейные и батарейные шкафы. В современных проектах для наиболее ответственной схемы – схемы управления сигнальными показаниями входного светофора – используется двойное резервирование питающих устройств для красной и лунно-белой ламп.

В электрической централизации чаще всего применяется дистанционное (прямопроводное) управление (ДУ) напольными объектами, при котором каждый объект связан с управляющей аппаратурой индивидуальной линейной цепью. Телемеханическое (кодовое) управление (ТМУ) используется для удаленных районов станции. В этом случае для передачи команд на установку маршрутов и получения контроля состояния объектов применяется станционная кодовая централизация (СКЦ), телемеханические каналы которой требуют для всего района управления наличия четырехпроводной линейной цепи.

Дистанционное управление подразделяется на раздельное (индивидуальное) управление (РУ) и маршрутное (МУ). При раздельном управлении каждые стрелка и светофор управляются индивидуальными кнопками пульта ЭЦ. При маршрутном управлении все стрелки по трассе маршрута переводятся автоматически после нажатия кнопок начала и конца маршрута, а затем открывается светофор.

По способу замыкания и размыкания маршрутов системы ЭЦ подразделяются на системы с групповым (маршрутным) замыканием (ГРЗ) и с секционным замыканием (СЗ). При групповом замыкании секции размыкаются после реализации всего маршрута, а при секционном – по мере их освобождения подвижным составом, что позволяет использовать разомкнувшиеся секции в других маршрутах.

По виду компоновки аппаратуры поста ЭЦ можно выделить системы ЭЦ со стативной (СТА) и блочной (БЛА) аппаратурой, монтаж которой может быть выполнен посредством пайки (ПМ) или кабельными соединителями со штепсельными разъемами (ШМ). В качестве элементной базы систем ЭЦ широко используются электромагнитные реле (РЦ). Разрабатываются и внедряются системы ЭЦ на так называемой гибридной элементной базе (ГЦ) – электронной и релейной, а также на микропроцессорных комплексах и другой вычислительной технике.

Тормозной путь поезда

Длина тормозного пути поезда является основным понятием для расстановки светофоров автоблокировки и электрической централизации, определения длин блок-участков и защитных участков, участков приближения к станционным светофорам и к внутристанционным переездам.

Тормозной путь поезда – это расстояние, проходимое поездом за время от момента перевода рукоятки крана машиниста или крана экстренного торможения (стоп-крана) в тормозное положение до полной остановки поезда. Тормозные пути различаются в зависимости от вида торможения (служебное, полное служебное и экстренное), реализуемой скорости движения, плана и профиля пути.

Служебное торможение – это торможение ступенями любой величины для плавного снижения скорости или остановки поезда в заранее предусмотренном месте. При служебном торможении к ободам колес через чугунные или композитные тормозные колодки прикладывается 50–75% возможного тормозного усилия. Экстренное торможение – это торможение, применяемое (вследствие аварийной обстановки) для немедленной остановки поезда путем разрядки тормозной магистрали и реализации максимального (100%) тормозного усилия. Отсюда следует, что – в соответствии с физическими законами – экстренное торможение пассажирских поездов, движущихся с максимальной скоростью, небезопасно для пассажиров, а в случае экстренного торможения грузовых поездов – для креплений грузов. Поэтому перекрытие светофоров с разрешающего показания на запрещающее, влекущее за собой экстренное торможение, является (по классификатору статистической отчетности) браком в работе особого учета.

Поезд, имеющий массу М = Р + Q·(Р – масса локомотива, Q – масса состава вагонов) и движущийся со скоростью V, запасает кинетическую энергию Т, пропорциональную половине квадрата скорости: Т = 0,5 М V ². Если поезд движется по площадке (нет подъемов и уклонов, сила ±W_i = 0) и по прямолинейному пути (отсутствуют кривые, сила W_кр = 0), эта энергия расходуется для совершения механической работы А₁ касательной силой тяги F_k локомотива по перемещению массы М поезда на расстояние S и работы А₂ по преодолению силы основного сопротивления движению W_o (режим тяги). При равенстве этих сил поезд движется равномерно[3].

В случае отключения тягового электродвигателя локомотива (сила тяги F_k =0, работа А₁ = 0) и отсутствии торможения (режим холостого хода), кинетическая энергия Т обеспечивает выбег поезда до его полной остановки на расстояние S_в = Т / W_ox. При движении поезда под уклон с углом i это расстояние значительно возрастает за счет компенсации сил W_ox частью силы тяжести поезда g·(P + Q)·sin i (g = 09,81 м/с² – ускорение земного притяжения), а при движении на подъем соответственно сокращается. Ведение поезда только в двух указанных режимах недопустимо, так как при возникновении препятствий для дальнейшего движения машинист должен иметь возможность остановить поезд. С этой целью разработаны различные системы автоматических тормозов [2.7], наиболее прогрессивной из которых является электропневматическая система.

В режиме торможения возникает тормозная сила B_т, под действие которой, по сравнению с выбегом, существенно сокращается тормозной путь S_т = Т / (W_ox ±W_i + W_кр + B_т). Практическое применение приведенной формулы для расчета длины тормозного пути при изменении скорости поезда от V = V_max до V = 0 неприемлемо из-за нелинейной зависимости сил, действующих на поезд, от скорости. Поэтому в тяговых расчетах [2.11] при решении тормозных задач длину тормозного пути получают как сумму длин этих путей при небольших (1, 5, 10 км/ч – с требуемой точностью) приращениях скорости.

С точки зрения СЦБ в режиме торможения поезд неуправляем: машинист принимает все меры к остановке поезда, но он непременно проходит расстояние S_т, именуемое тормозным путем. Поэтому в электрической централизации введено понятие участка приближения L_п к данному маршруту, длина которого должна быть не менее длины тормозного пути S_т, определенного для данного места при полном служебном торможении и максимальной реализуемой скорости. Кроме того, L_п должна быть не менее длины тормозного пути при экстренном торможении с учетом пути, проходимого поездом за время подготовки автостопных устройств к торможению [2.1, 2.12]. В маршрутах приема этим требованиям должна соответствовать длина первого участка приближения, т.е. расстояние между предупредительным и входным светофорами; в маршрутах передачи или отправления при безостановочном пропуске – расстояние между входным и маршрутном или выходным светофорами, а при отсутствии безостановочного пропуска – длина приемо-отправочного пути, обеспечивающая тормозной путь при скорости 50 км/ч [2.12].

При свободном состоянии участка приближения используется режим предварительного замыкания маршрута, при котором отмена заданного маршрута с перекрытием светофора влечет за собой (с небольшой задержкой, около 6 с – защита от возможной потере шунта на участке приближения) размыкание стрелок. Это позволяет быстро изменить первоначально заданный маршрут.

При занятом участке приближения вводится режим окончательного замыкания маршрута. В этом режиме отсутствует тормозной путь между головой локомотива и входным (выходным) светофором. При необходимом перекрытии светофора (при чрезвычайных обстоятельствах – например, загорелась цистерна на соседнем пути или развалился груз автомашины на внутристанционном переезде и др.) размыкание такого маршрута должна выполняться с выдержкой времени, достаточной для остановки поезда на замкнутых стрелках. При обычных скоростях движения поездов: пассажирских – до 140 км/ч и грузовых до 90 км/ч, это время в поездных маршрутах принято равным не менее 3 мин. В маневровых маршрутах – не менее 1 мин. Это предотвращает движение неуправляемого поезда на другой путь, занятый другим подвижным составом.

Дата добавления: 2018-11-24; просмотров: 1830; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 3 4 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!