Безопасность движения

А.П. НАСЬКИН общественный инспектор по безопасности движения

ЗАМЕЧАНИЯ ПО ТЕХНОЛОГИИ

ОБСЛУЖИВАНИЯ УСТРОЙСТВ СЦБ

I 6-2008 25

ОБМЕН ОПЫТОМ

ТОНАЛЬНЫМ РЕЛЬСОВЫМ ЦЕПЯМ РАБОТАТЬ НАДЕЖНО

В 1991 г. на перегоне с электротягой постоянного тока Асеевская -Чаадаевка Пензенской дистанции Куйбышевской дороги была введена в эксплуатацию первая автоблокировка с тональными рельсовыми цепями (АБТ).

«...Именно с этого момента можно считать, что автоматическая блокировка с рельсовыми цепями тональной частоты получила путевку в жизнь и стала основной типовой системой автоблокировки» [1].

С тех пор прошло семнадцать лет. В дистанции накоплен немалый опыт эксплуатации АБТ. Хотел бы высказать ряд предложений, направленных на повышение надежности АБТ и снижение затрат на ее внедрение и эксплуатацию.

Подготовка к вводу в действие принципиально новых рельсовых цепей начиналась задолго до этого события. Разработчики организовали обучение обслуживающего персонала во ВНИИЖА, помогли создать стенд для проверки аппаратуры, а затем участвовали во входном контроле приборов и регулировке устройств автоблокировки. Позже был разработан типовой стенд СП-ТРЦ, на смену которому теперь пришли автоматические стенды на базе ПЭВМ. Тем не менее СП-ТРЦ под номером один до сих пор работает в дистанции. Без ручных стендов не обойтись, они по-прежнему незаменимы при поиске неисправностей и регулировке параметров приборов.

Со временем ТРЦ стали применять на перегонах с различными типами автоблокировки (с изолирующими стыками и без них), с централизованным и децентрализованным размещением аппаратуры, а также на участках с различными видами тяги и на станциях стыкования электротяги постоянного и переменного токов.

За прошедшие годы тональные рельсовые цепи подтвердили свое преимущество в отношении защищенности от помех и взаимного влияния. Они позволили отказаться от изолирующих стыков в устройствах автоблокировки, убрать многие ограничения в конфигурации разветвленных рельсовых цепей, а также найти новые схемные решения, которые не могли быть реализованы на основе ранее применявшихся рельсовых цепей.

Тем не менее новые устройства не лишены недостатков. Еще до внедрения ТРЦ в устройствах ЖАТ применялись полупроводниковые элементы в составе отдельных типов реле и блоков. Именно они вышли на первое место по количеству отказов. Основные причины - высокий уровень внешних и внутренних перенапряжений [2].

Аппаратура ТРЦ не стала исключением - на нее приходится наибольшее удельное количество повреждений вследствие выхода из строя полупроводниковых элементов. Генераторы и приемники постоянно совершенствовались, что позволило значительно повысить их надежность, затем была разработана каскадная защита. И все же энергия перенапряжений настолько велика, что перед ней нередко пасуют не только приборы, но и сама защита.

По заключению специалистов ВНИИАС полупроводники повреждаются импульсом напряжения с крутым фронтом. Бытует мнение, что в результате некоторой приработки после ввода в эксплуатацию новых устройств аппаратура будет работать более устойчиво. Изготовители отреагировали на это предположение - на заводах введена обкатка аппаратуры, в том числе в температурных камерах. Но коренным образом на ситуацию это не повлияло.

Централизованное размещение аппаратуры снизило остроту проблемы перенапряжений, однако она по-прежнему актуальна для ТРЦ. К тому же в эксплуатации находится много участков с устаревшими устройствами, не отвечающими современным требованиям по защите от перенапряжений.

Для повышения надежности ТРЦ целесообразно направить усилия на определение и устранение причин перенапряжений и путей их проникновения в устройства. Необходимо критически рассмотреть все узлы устройств и принять возможные меры по исключению путей проникновения перенапряжений в электронную аппаратуру (по гальваническим связям или посредством электромагнитного влияния), а также более строго подойти к режиму содержания аппаратуры.

Анализ отказов аппаратуры ТРЦ по Пензенской дистанции за грозовой период 2006 г. показал, что чаще всего аппаратура повреждалась на участках с электротягой, где разрядники контактной сети подключены к рельсу.

При сравнении способов подключения заземлений к рельсовой цепи, очевидно, самым предпочтительным является подключение к среднему выводу дроссель-трансформатора (ДТ). В этом случае перенапряжение распространяется по обеим нитям рельсовой цепи симметрично и к приборам прикладывается лишь его малая доля, вызванная асимметрией.

Но в АБТ дроссель-трансформаторы обычно находятся далеко от места проникновения перенапряжений в рельсовую цепь и как средство защиты аппаратуры используются неэффективно. Следует сказать, что они размещаются у сигнальной установки и не используются для подключения аппаратуры ТРЦ к рельсам. К средним выводам этих ДТ подсоединяется заземление релейного шкафа и сигнала, а также групповое заземление, если оно находится рядом.

Таким образом в АБТ заземление разрядников контактной сети, самое опасное по степени воздействия, часто оказывается подключенным к рельсовой цепи рискованным для работоспособности аппаратуры способом - к рельсу. В результате волна перенапряжения распространяется по одному рельсу и, достигнув места подключения аппаратуры, воздействует на нее с полной амплитудой.

В существующих устройствах перевод разрядников контактной сети на подключение к среднему выводу дополнительных, специально установленных ДТ, даст многократное уменьшение доли перенапряжения, попавшего в аппаратуру ТРЦ из рельсовой цепи.

На двухпутных участках разрядники четного и нечетного путей, как правило, располагаются напротив. Устройство междупутного соединителя в таком месте еще больше снизит величину опасного перенапряжения.

Саму по себе установку дополнительных ДТ специалистам дистанции выполнить несложно, к тому же найти дроссель-трансформатор для этих целей достаточно просто. К примеру, можно перенести существующий от сигнальной установки на нужное место. Заземление же сигнальной установки, имеющее более низкую вероятность срабатывания, подключить непосредственно к рельсу. Возможно также использование высвобождаемых ДТ после замены на более мощные с целью усиления канализации тягового тока на участках с изолирующими стыками.

Основным камнем преткновения при подключении роговых разрядников контактной сети к среднему выводу дополнительного ДТ являются финансовые затраты на пересчет регулировочных таблиц ТРЦ и проверку предельной длины рельсовой цепи в связи с его установкой. Такую работу может выполнить только проектная организация.

Когда АБТ внедрялась впервые, лабораторные эксперименты разработчиков давали надежду на высокую устойчивость ТРЦ к перенапряжениям, поскольку у них сравнительно высокое входное сопротивление аппаратуры. В связи с этим расстояние между точками подключения заземлений конструкций контактной сети и аппаратуры к рельсам не принималось во внимание, что было ошибкой. В действующей «Инструкции по заземлению устройств электроснабжения на электрифицированных железных дорогах», принятой в 1993 г., такие нормы уже появились [3].

Приборы релейного шкафа после воздействия грозового разряда и возгорания

Надо еще учесть, что в грозу на устройства ЖАТ воздействует не только сам грозовой разряд, но и короткое замыкание линии электропередачи или контактной сети, сопровождающее срабатывание разрядника. К тому же в связи с пропуском тяжеловесных поездов увеличился ток в контактной сети, а следовательно, и мощность короткого замыкания.

Все вышеизложенное свидетельствует о необходимости пересмотра ряда положений «Инструкции по заземлению устройств электроснабжения...».

Так, например, пунктом 2.3.11 этой инструкции для бесстыковых рельсовых цепей разрешается присоединение разрядников контактной сети или ВЛ непосредственно к рельсу на расстоянии не ближе 100 м от места подключения аппаратуры рельсовой цепи на перегонах, а на станциях - в любой точке.

Учитывая последствия от повреждения устройств перенапряжениями, невозможно понять мотивы послабления норм для станций. Действие перенапряжений настолько разрушительно, что может затронуть и аппаратуру в помещении поста ЭЦ. Между тем на станциях рельсовые цепи короче, здесь легче найти компромиссное решение и подключить разрядники к ДТ.

На участках с ТРЦ, по мнению автора, необходимо ужесточить норму подключения разрядников контактной сети и их заземление осуществлять только через средние выводы путевых (дополнительных) ДТ. Подключение к рельсам на перегонах и станциях допускать в исключительных случаях, причем не ближе 200 м от места подключения аппаратуры рельсовой цепи. При таком подключении надежная работа рельсовой цепи может гарантироваться только до момента срабатывания разрядника.

Разрядники ставятся также на постах секционирования, пунктах параллельного соединения контактной сети и пунктах группировки переключателей контактной сети станций стыкования. Соответственно для всех конструкций и сооружений контактной сети, содержащих разрядники, нормы подключения заземлений должны быть такими же, как у разрядников.

Пунктом 2.3.10 Инструкции для групповых заземлений конструкций и сооружений контактной сети установлена норма подключения к тяговым нитям двухни-точных рельсовых цепей - не ближе 200 м от ДТ, и нет никаких норм по отношению к месту подключения относительно аппаратуры рельсовой цепи. Этот пункт явно устарел. ТРЦ могут подключаться без ДТ непосредственно к рельсам, и корректировка инструкции в соответствии с их особенностями здесь необходима.

Конструкция групповых заземлений без больших затрат допускает варьирование места подключения. Приоритетным местом подключения должна стать средняя точка ДТ. Если такой возможности нет, они должны подключаться к рельсу не ближе 200 м от места подключения аппаратуры рельсовой цепи.

Требуется также разработать и нормы допустимых расстояний между точками подключения заземлений контактной сети и шлейфов аппаратуры САУТ. Сейчас таких норм нет. Элементная база генераторов САУТ, подключенных к путевым шлейфам, аналогична применяемой в ТРЦ, и проблемы электромагнитной совместимости здесь столь же актуальны. В Инструкции не достает раздела по нормам проектирования мест установки разрядников контактной сети. Такие нормы помогут выбирать рациональное совмещение проектов устройств ЖАТ и электрификации и там, где это оправдано, предлагать перемещение разрядников на более безопасное по степени воздействия на аппаратуру ТРЦ место.

Неустойчивую работу рельсовой цепи, обгорание монтажных проводов в путевом ящике, а также взрывы автоматических выключателей АВМ и пережоги их контактов можно предотвратить увеличением сопротивления путевого реостата.

Путевой реостат ограничивает величины постоянного тягового тока, проходящего через обмотку путевого трансформатора при асимметрии, а также импульса перенапряжения из рельсовой сети в аппаратуру. Существующая норма сопротивления обеспечивает устойчивую работу ТРЦ только в штатном режиме.

Замечено, что ТРЦ лучше работают на участках бесстыкового пути, на участках же с рельсовыми соединителями даже при централизованном размещении аппаратуры они работают неустойчиво. Из-за асимметрии тягового тока и недостаточной величины сопротивления путевого реостата сердечник путевого трансформатора насыщается, и напряжение на входе путевого приемника «плавает». Увеличение тягового тока через путевой трансформатор увеличивает и перенапряжения на аппаратуре ТРЦ.

Следует избегать увеличения мощности путевого трансформатора, чтобы избежать насыщения сердечника, - вместе с повышением порога насыщения создаются условия для проникновения в аппаратуру более мощных импульсов перенапряжений. По публикациям в «АСИ» [4] можно предположить, что малая мощность путевого трансформатора при некоторых условиях может ограничить величину импульса перенапряжения в аппаратуре. Это утверждение может быть справедливо и для других видов рельсовых цепей, в том числе подключаемых к рельсам через дроссель-трансформатор.

Особое внимание следует уделять рельсовым цепям вблизи отсосов тяговых подстанций. Без сомнений, величину сопротивления путевого реостата в них необходимо увеличить. Здесь требуется индивидуальный подход - не секрет, что вблизи отсосов устранить сбои АЛСН часто удается только путем увеличения кодового тока.

На участках с автономной тягой на питающем конце ТРЦ упразднен путевой реостат [5]. Такая экономия, по мнению автора, неоправданна - рельсовая цепь не защищена контактной сетью от непосредственного попадания в рельсы грозовых разрядов. Перенапряжения без ограничений попадают в аппаратуру рельсовой цепи и воздействуют на нее с большой разрушительной силой.

Если величину перенапряжений от заземлений можно значительно снизить разными способами, то с перенапряжениями, источником которых является локомотив, можно бороться только путем увеличения сопротивления путевого реостата. Это достаточно наглядно проиллюстрировано в публикации [6].

То, что у ТРЦ есть резерв в этом плане, хорошо видно по рельсовым цепям с централизованным размещением аппаратуры - достаточно перенести часть допустимой величины сопротивления с учетом коэффициента трансформации из цепи между постом ЭЦ и путевым ящиком в цепь между ПЯ и рельсами. Острота вопроса повышения надежности ТРЦ диктует целесообразность такого решения даже за счет некоторого уменьшения длины рельсовой цепи и расстояния до места размещения аппаратуры.

Наличие на одной железобетонной опоре с трансформатором ОМ, питающим устройства автоблокировки на перегоне, двух заземляющих спусков цепей высокого и низкого напряжений является слабым элементом защиты от перенапряжений. К тому же крепление низковольтного кабельного ящика охватывает опору и проходит в непосредственной близости от высоковольтного заземления.

Те, кому приходилось видеть заземления в момент прохождения по ним грозового разряда, могли заметить вокруг проводника свечение радиусом 10-15 см и рассыпающиеся в разные стороны искры. При близком мощном грозовом разряде можно ожидать возникновения гальванического объединения близко расположенных заземлений его плазмой и вынос высокого напряжения через объединившиеся заземления в цепи низкого напряжения. В результате может произойти разрушение элементов защиты и приборов автоблокировки.

В связи с этим необходимо пересмотреть конструкцию заземления на таких опорах. Уменьшение вероятности повреждения аппаратуры при исключении таких воздействий может окупить затраты на установку низковольтного кабельного ящика на отдельно расположенную стойку.

При опытной эксплуатации фильтра каскадной защиты следует испытать также и вариант его установки рядом с релейным шкафом на отдельной стойке с независимым от шкафа заземлением.

В существующих устройствах защитные свойства корпусов релейных шкафов и зданий постов ЭЦ не достаточно эффективно используются для защиты от электромагнитных полей. Особенно отчетливо этот недостаток виден на примере постов ЭЦ, размещенных в металлических модулях с массивным металлическим корпусом, потенциально способным защитить расположенные в нем устройства. Но сейчас напряжение сначала вводится в шкафы и помещения постов ЭЦ, и приборы защиты устанавливаются внутри рядом с аппаратурой. Срабатывание защиты внутри шкафа или помещения приводит к электромагнитному воздействию на аппаратуру.

К сожалению, даже каскадная защита страдает таким недостатком - она также размещается внутри шкафа в непосредственной близости от защищаемой аппаратуры и подвергает ее воздействию магнитного поля. Известно, что в отличие от электрического поля защититься от воздействия магнитного можно только массивным экраном или удалением на достаточное расстояние.

Значительное количество перенапряжений поступает в устройства ЖАТ по системе электроснабжения, которое осуществляется, как правило, по воздушным высоковольтным линиям, построенным для ранее применявшихся устройств. Применение ТРЦ требует пересмотра конструкций линий электроснабжения, чтобы свести к минимуму уровень перенапряжений.

Линии электроснабжения, раньше защищенные от грозы близко растущими деревьями, в условиях повсеместной расчистки полосы отвода более подвержены грозовым воздействиям. К тому же есть линии с размещением двух проводов сверху и одного снизу, что не позволяет выполнить рекомендацию по подключению трансформатора ОМ к нижним проводам в целях снижения влияния атмосферных воздействий.

Нужны нормативные документы на линии электроснабжения устройств ТРЦ с повышенной защищенностью. Дело в том, что после расчистки полосы интенсивно идет капитальный ремонт с полной заменой линий электроснабжения. Следует заметить, что подвеска дополнительного защитного провода выше токонесущих проводов оправдана не только на участках с размещением аппаратуры ТРЦ в шкафах, но и на подходах ко всем постам ЭЦ.

Подводя итог, можно сказать, что, намечая первоочередные меры по повышению надежности ТРЦ и эффективности защиты от перенапряжений, следует учитывать, что наиболее реального результата можно ожидать от перевода разрядников контактной сети на подключение к среднему выводу дроссель-трансформатора и установки на фидеры питания фильтров каскадной защиты.

К сожалению, установка защитного фильтра без установки полного комплекта каскадной защиты запрещена. Это положение целесообразно пересмотреть и разделить установку каскадной защиты на два этапа. На первом этапе специалисты дистанций могут в короткие сроки самостоятельно установить защитные фильтры. Устройство полного комплекта каскадной защиты можно планировать вторым, отдаленным этапом, поскольку каскадная защита внедряется только при научном сопровождении разработчиков и дорого стоит.

ЛИТЕРАТУРА

1. Д м и т р и е в В. С., П е т р о в А. Ф. «АСИ», 1999 г., № 2.

2. Л и с о в с к и й М. П. «АТиС», 1997 г., № 11, 12; 1998 г., № 3, 5, 12.

3. Инструкция по заземлению устройств электроснабжения на электрифицированных железных дорогах. ЦЭ-191, 10.06.93.

4. Л и с о в с к и й М. П. «АСИ», 1998 г., № 3.

5. Технические решения 419503-00-СЦБ.ТР. Рельсовые цепи тональной частоты на станциях. Утверждены 24.02.95. № ЦШТех-9/9.

6. В о л о д а р с к и й В.А., Ш у т и н Д. В. «АСИ»,

2004 г., № 2.

Звоните!
8(926)353-03-60