1.3 Тональные рельсовые цепи
В настоящее время на сети дорог ежегодно внедряется более 3000 РЦ тональной частоты. Определение работоспособности ТРЦ, заключающееся в расчете и анализе регулировочных характеристик, является одним из важнейших этапов проектирования и обслуживания систем железнодорожной автоматики и телемеханики. Проверка работоспособности выполняется для режима контроля рельсовых цепей (КРЦ) и АЛС.ТРЦ в зоне проходных светофоров.В режиме АЛС нормируется уровень сигнала в рельсах при использовании рельсовой цепи как телемеханического канала для передачи информации с пути на локомотив.Одним из этапов проверки работоспособности ТРЦ является формирование моделей тональных рельсовых цепей, представляющих собой аналог принципиальной электрической схемы в виде схемы замещения. Она состоит из последовательно включенных пассивных четырехполюсников, входящих в цепочку от генератора до путевого приемника с использованием схемы распространения сигнального тока и кодового сигнала АЛС. Формирование моделей ТРЦ представляет собой трудоемкий процесс, требующий привлечения высококвалифицированного персонала, а также значительных временных и экономических затрат. При этом существует высокая вероятность внесения ошибок специалистом, вследствие необходимости учета большого числа условий и ограничений, определяемых руководящими материалами для проектирования. В создании и развитии теории расчета рельсовых цепей велика роль таких ученых, как A.M. Брылеев, Б.С. Рязанцев, B.C. Аркатов, Ю.В. Аркатов, Ю.А. Кравцов и других. Однако, задача автоматизации синтеза моделей ТРЦ для расчета и анализа регулировочных характеристик не решена.
Разработчиками этих РЦ и систем АБ на их основе в нашей стране является группа ученых ВНИИЖТа под руководством В.С. Дмитриева и В.А. Минина. Название тональных рельсовых цепей появилось в 90-м году, хотя рельсовые цепи с тональными частотами и бесконтактной аппаратурой были разработаны и начали применяться гораздо раньше. Так, в системе ЧАБ они назывались частотными РЦ, в системах автоблокировки с централизованным размещением аппаратуры (ЦАБ) – бесстыковыми рельсовыми цепями (БРЦ), а рельсовые цепи, оптимизированные для низкого сопротивления балласта, называли БРЦ-НСБ. Введение новой терминологии связано с разработкой целого ряда систем АБ, использующих ТРЦ как с изолирующими стыками (ИС), так и без них, и необходимостью объединения этих РЦ в один общий класс.
Необходимо отметить, что ТРЦ и их аппаратура развивались весьма динамично и претерпели при этом большие изменения как по принципу построения и технической реализации, так и в отношении оптимизации их характеристик. На первом этапе (в системе ЧАБ) это были РЦ с изолирующими стыками и относительно низкими частотами (125 – 375 Гц). Это позволяло использовать известные методы синтеза и расчета рельсовых цепей. Классическое построение РЦ (питание на выходном конце БУ, а приемная аппаратура – на входном) и использование общего сигнала для контроля состояния БУ и передачи информации привели к необходимости применения гетеродинного приемника, существенному усложнению схемы и увеличению объема аппаратуры. В дальнейшем в ТРЦ функции передачи информации между светофорами и на локомотив были исключены. Кроме того, существенно изменилась структура ТРЦ – в системе ЦАБ впервые были применены рельсовые цепи без изолирующих стыков с питанием двух смежных РЦ от одного генератора. Такая структура ТРЦ привела к существенному упрощению схемы, уменьшению объема аппаратуры и числа жил соединительного кабеля. Однако отсутствие изолирующих стыков потребовало разработки новых методов для оптимизации параметров и для расчета зоны дополни тельного шунтирования неограниченных РЦ (рельсовых цепей, у которых сопротивление РЛ не ограничивается в зоне установки изолирующих или электрических стыков). Защита от взаимного влияния РЦ осуществляется чередованием частот генераторов и применением на приемном конце безопасных фильтров для разделения этих частот. Для повышения защищенности от гармоник тягового тока и защиты от влияния РЦ параллельного пути применяется амплитудная модуляция сигнального тока с разной частотой модуляции.
Аппаратура таких РЦ первоначально проектировалась для случаяее размещения в отапливаемых станционных помещениях с температурой окружающей среды от +5 до +400С при автономной тяге и тяге постоянного тока (аппаратура первого поколения).Затем эта аппаратура была усовершенствована для применения в неотапливаемых помещениях и в релейных шкафах при температуре от –45 до +65оС (аппаратура второго поколения, взаимозаменяемая с предыдущей и применяемая с 1986 года).
Опыт разработки и эксплуатации указанных ТРЦ, а также необходимость их использования на участках с электрической тягой переменного тока и на участках с пониженным сопротивлением балласта привели к дальнейшему совершенствованию аппаратуры ТРЦ. В аппаратуре третьего поколения, применяемой при любых видах тяги и на участках с нормальным и пониженным сопротивлением балласта, были несколько изменены частоты, оптимизированы параметры аппаратуры, повышена помехозащищенность приемных устройств, существенно сокращено количество применяемой аппаратуры и ее габариты. В системе АБТ эти рельсовые цепи получили наименование ТРЦ3 (рельсовые цепи третьего типа).
Разработка системы АБТ без изолирующих стыков потребовала решения вопроса четкой фиксации границ БУ. Для этого была создана тональная рельсовая цепь четвертого типа ТРЦ4 с малой величиной зона дополнительного шунтирования.
В настоящее время ТРЦ благодаря ряду эксплуатационных, технических и экономических преимуществ находят все более широкое применение на железных дорогах и линиях метрополитенов России. В новом строительстве применяют системы АБ и электрической централизации только с тональными рельсовыми цепями. Использование ТРЦ позволило внедрить АБ с централизованным размещением аппаратуры, оборудовать автоблокировкой участки с пониженным сопротивлением балласта. Перспективными направлениями также являются: оборудование тональными рельсовыми цепями участков приближения к переездам, применение их для контроля освобождения переезда без установки изолирующих стыков, для контроля состояния перегона при ПАБ, использование ТРЦ для организации защитных участков в традиционных системах АБ. Тональные рельсовые цепи
Схема рельсовой цепи тональной частоты (ТРЦ), представляет собой классическую схему бесстыковой РЦ, в которой от одного источника сигнального тока (генератора) осуществляется питание двух смежных РЦ. В ТРЦ использован частотный амплитудно-модулированный сигнал. В зависимости от используемой частоты рабочего сигнала различают две разновидности ТРЦ: ТРЦ3 и ТРЦ4.
В ТРЦ3 (аппаратура третьего поколения) несущими частотами являются частоты 420, 480,580,720,780 Гц. Частотами модуляции являются частоты 8 или 12 Гц. В высокочастотных ТРЦ4 несущими являются частоты: 4500,5000,5500 Гц; частотами модуляции – 8 или 12 Гц.
Аппаратура ТРЦ предназначена для работы в следующих системах автоблокировки:(ЦАБ-АЛСО) автоблокировка с централизованным размещением аппаратуры ТРЦ. В этой системе в качестве основного средства регулирования движением используются средства автоматической локомотивной сигнализации, а путевые светофоры отсутствуют. Рельсовые цепи (ТРЦ3)- без изолирующих стыков; (ЦАБс) автоблокировка с централизованным размещением аппаратуры ТРЦ и с путевыми светофорами. Рельсовые цепи (ТРЦ3) – без изолирующих стыков (ИС) в пределах блок-участка. ИС – на границах блок-участков; (АБТс) автоблокировка с децентрализованным расположением аппаратуры ТРЦ с наличием путевой сигнализации. Рельсовые цепи (ТРЦ3) –без изолирующих стыков в пределах блок-участка. Изолирующие стыки – на границах блок-участков; (АБТ) автоблокировка с децентрализованным расположением аппаратуры ТРЦ с наличием путевых светофоров. Рельсовые цепи – без изолирующих стыков двух типов: ТРЦ3 и ТРЦ4. Точка подключения аппаратуры ТРЦ4 выносится по направлению движения за светофор на 20 м; (АБТЦ или (ЦАБ)) автоблокировка с централизованным размещением аппаратуры ТРЦ с проходными светофорами. Рельсовые цепи ТРЦ3 – без изолирующих стыков. Точка подключения аппаратуры ТРЦ выносится по направлению движения за светофор на 40 м. В состав основной аппаратуры тональных рельсовых цепей ТРЦ3 входят: путевой генератор ГП3, путевой фильтр ФПМ, путевой приемник ПП, уравнивающий трансформатор УТ3. Генераторы имеют светодиодную индикацию. Блок путевого приемника имеет 10 разновидностей, отличающихся приемом сигналов с различной несущей частотой и частотой модуляции. Основная аппаратура ТРЦ4: путевой генератор ГП4, путевой фильтр ФРЦ4Л, путевой приемник ПРЦ4Л. Рельсовые цепи тональной частоты имеют следующие достоинства: имеют повышенную защищенность от воздействия помех тягового тока; снижают (практически на порядок) потребляемую мощность по сравнению кодовой автоблокировкой; выполнены на современной элементной базе; позволяют осуществить централизованное размещение аппаратуры: исключают взаимные влияния между рельсовыми цепями; дают возможность исключить в рельсовых цепях малонадежные в эксплуатации изолирующие стыки. ТРЦ применяются при любых видах тяги. При отсутствии изолирующих стыков обеспечивается надежная электрическая непрерывность цепи возврата тягового тока, сокращается количество дроссель-трансформаторов и снижаются потери электроэнергии на тягу поездов. ТРЦ отвечают условиям электромагнитной совместимости как с эксплуатируемым, так и с перспективным электроподвижным составом постоянного тока. Поэтому упрощается возможный перевод участков железных дорог с электрической тяги постоянного тока на переменный ток. В процессе включения рельсовых цепей в эксплуатацию имеют важное значение первоначальная настройка и регулировка ТРЦ. Регулировка тональной РЦ заключается в установлении требуемого напряжения на входе путевого приемника (Vпп). Перед регулировкой необходимо убедиться в соответствии частот генератора и приемника и правильности установки напряжения питания. Основными нормативными величинами, подлежащими регулировке, являются напряжения на входе приемника и выходе генератора. В настоящее время на сети дорог ежегодно внедряется более 3000 РЦ тональной частоты. Определение работоспособности ТРЦ, заключающееся в расчете и анализе регулировочных характеристик, является одним из важнейших этапов проектирования и обслуживания систем железнодорожной автоматики и телемеханики. Проверка работоспособности выполняется для режима контроля рельсовых цепей (КРЦ) и АЛС. ТРЦ в зоне проходных светофоров.В режиме АЛС нормируется уровень сигнала в рельсах при использовании рельсовой цепи как телемеханического канала для передачи информации с пути на локомотив. Одним из этапов проверки работоспособности ТРЦ является формирование моделей тональных рельсовых цепей, представляющих собой аналог принципиальной электрической схемы в виде схемы замещения. Она состоит из последовательно включенных пассивных четырехполюсников, входящих в цепочку от генератора до путевого приемника с использованием схемы распространения сигнального тока и кодового сигнала АЛС. Формирование моделей ТРЦ представляет собой трудоемкий процесс, требующий привлечения высококвалифицированного персонала, а также значительных временных и экономических затрат. При этом существует высокая вероятность внесения ошибок специалистом, вследствие необходимости учета большого числа условий и ограничений, определяемых руководящими материалами для проектирования. В создании и развитии теории расчета рельсовых цепей велика роль таких ученых, как A.M. Брылеев, Б.С. Рязанцев, B.C. Аркатов, Ю.В. Аркатов, Ю.А. Кравцов и других. Однако, задача автоматизации синтеза моделей ТРЦ для расчета и анализа регулировочных характеристик не решена. Разработчиками этих РЦ и систем АБ на их основе в нашей стране является группа ученых ВНИИЖТа под руководством В.С. Дмитриева и В.А. Минина. Название тональных рельсовых цепей появилось в 90-м году, хотя рельсовые цепи с тональными частотами и бесконтактной аппаратурой были разработаны и начали применяться гораздо раньше. Так, в системе ЧАБ они назывались частотными РЦ, в системах автоблокировки с централизованным размещением аппаратуры (ЦАБ) – бесстыковыми рельсовыми цепями (БРЦ), а рельсовые цепи, оптимизированные для низкого сопротивления балласта, называли БРЦ-НСБ. Введение новой терминологии связано с разработкой целого ряда систем АБ, использующих ТРЦ как с изолирующими стыками (ИС), так и без них, и необходимостью объединения этих РЦ в один общий класс.Необходимо отметить, что ТРЦ и их аппаратура развивались весьма динамично и претерпели при этом большие изменения как по принципу построения и технической реализации, так и в отношении оптимизации их характеристик. На первом этапе (в системе ЧАБ) это были РЦ с изолирующими стыками и относительно низкими частотами (125 – 375 Гц). Это позволяло использовать известные методы синтеза и расчета рельсовых цепей. Классическое построение РЦ (питание на выходном конце БУ, а приемная аппаратура – на входном) и использование общего сигнала для контроля состояния БУ и передачи информации привели к необходимости применения гетеродинного приемника, существенному усложнению схемы и увеличению объема аппаратуры. В дальнейшем в ТРЦ функции передачи информации между светофорами и на локомотив были исключены. Кроме того, существенно изменилась структура ТРЦ – в системе ЦАБ впервые были применены рельсовые цепи без изолирующих стыков с питанием двух смежных РЦ от одного генератора. Такая структура ТРЦ привела к существенному упрощению схемы, уменьшению объема аппаратуры и числа жил соединительного кабеля. Однако отсутствие изолирующих стыков потребовало разработки новых методов для оптимизации параметров и для расчета зоны дополни тельного шунтирования неограниченных РЦ (рельсовых цепей, у которых сопротивление РЛ не ограничивается в зоне установки изолирующих или электрических стыков). Защита от взаимного влияния РЦ осуществляется чередованием частот генераторов и применением на приемном конце безопасных фильтров для разделения этих частот. Для повышения защищенности от гармоник тягового тока и защиты от влияния РЦ параллельного пути применяется амплитудная модуляция сигнального тока с разной частотой модуляции.Аппаратура таких РЦ первоначально проектировалась для случая ее размещения в отапливаемых станционных помещениях с температурой окружающей среды от +5 до +400С при автономной тяге и тяге постоянного тока (аппаратура первого поколения).Затем эта аппаратура была усовершенствована для применения в неотапливаемых помещениях и в релейных шкафах при температуре от –45 до +65оС (аппаратура второго поколения, взаимозаменяемая с предыдущей и применяемая с 1986 года).Опыт разработки и эксплуатации указанных ТРЦ, а также необходимость их использования на участках с электрической тягой переменного тока и на участках с пониженным сопротивлением балласта привели к дальнейшему совершенствованию аппаратуры ТРЦ. В аппаратуре третьего поколения, применяемой при любых видах тяги и на участках с нормальным и пониженным сопротивлением балласта, были несколько изменены частоты, оптимизированы параметры аппаратуры, повышена помехозащищенность приемных устройств, существенно сокращено количество применяемой аппаратуры и ее габариты. В системе АБТ эти рельсовые цепи получили наименование ТРЦ3 (рельсовые цепи третьего типа).Разработка системы АБТ без изолирующих стыков потребовала решения вопроса четкой фиксации границ БУ. Для этого была создана тональная рельсовая цепь четвертого типа ТРЦ4 с малой величиной зона дополнительного шунтирования.
В настоящее время ТРЦ благодаря ряду эксплуатационных, технических и экономических преимуществ находят все более широкое применение на железных дорогах и линиях метрополитенов России. В новом строительстве применяют системы АБ и электрической централизации только с тональными рельсовыми цепями. Использование ТРЦ позволило внедрить АБ с централизованным размещением аппаратуры, оборудовать автоблокировкой участки с пониженным сопротивлением балласта.
2.ТЕХНИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
2.1 Тональные рельсовые цепи принцип работы
В настоящее время на сети железных дорог накоплен большой опыт применения электронной элементной базы в аппаратуре рельсовых цепей. Первоначально электронные рельсовые цепи тональной частоты были разработаны в основном для управления устройствами переездной сигнализации и накладывались на действующие цепи.
Частота сигнального тока рельсовых цепей наложения была выбрана в диапазоне 1500…2000 Гц.
Такие рельсовые цепи позволяли без установки дополнительных изолирующих стыков и линейных проводов обеспечить автоматическое действие переездной сигнализации.
В настоящее время электронные рельсовые цепи после ряда этапов модернизации рекомендованы в качестве основных для применения во всех вновь строящихся станционных и перегонных системах железнодорожной автоматики.
Уже получены положительные результаты, разработаны аппаратные средства микропроцессорных рельсовых цепей для новых систем автоблокировки, которые проходят опытную эксплуатацию.
Однако в настоящее время готовыми к широкому внедрению пока остаются хорошо зарекомендовавшие себя рельсовые цепи тональной частоты. Как и в широко распространенных типовых рельсовых цепях, для контроля участков пути в рельсовых цепях тональной частоты на одном конце рельсовой линии подключается источник питания, а на другом – путевой приемник. Существенной особенностью ТРЦ относительно типовых цепей является отсутствие четкой границы контролируемого участка пути длинной L. Ввиду отсутствия изолирующих стыков начало шунтирования ТРЦ не совпадает с моментом вступления поезда на участок пути L за место подключения источника питания (точки 1 и 2 рис. 1.1). Аналогично окончание шунтирования рельсовой цепи не совпадает с моментом освобождения участка L поездом (точки 3 и 4), к которым подключено приемное устройство.
Таким образом, за фактическую длину Lф ТРЦ принимается расстояние между началом и окончанием шунтирования. Эти места на рельсовой линии условно можно назвать электрическими стыками.
Расстояния электрических стыков относительно мест подключения источника питания и путевого приемника называют зонами дополнительного шунтирования Lдш. Зоны дополнительного шунтирования изменяют свое значение при изменении сопротивления изоляции, напряжения источника питания ТРЦ, рабочего сигнала на входе приемника, частоты сигнального тока, длины L ТРЦ, коэффициента возврата путевого приемника, реального сопротивления шунта.
Рисунок 1.1. Схема контроля участка пути рельсовой цепью тональной частоты: L – физическая длина ТРЦ (между точками подключения аппаратуры питающего и релейного концов); Lф – фактическая длина ТРЦ; Lдш – зона дополнительного шунтирования; Rш – сопротивление шунта;
Г– источник питания (генератор тональной частоты); П – путевой приемник;