針對(duì)電動(dòng)減速器工程設(shè)計(jì)中所遇問(wèn)題的解決方案

史志強(qiáng)

(1．北京全路通信信號(hào)研究設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，北京 100070；2．北京市高速鐵路運(yùn)行控制系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心，北京 100070)

電動(dòng)車輛減速器是采用電力直接驅(qū)動(dòng)的一種新型減速器調(diào)速設(shè)備，主要用于鐵路編組站駝峰溜放車輛的調(diào)速，通過(guò)對(duì)溜放中的車輛進(jìn)行速度控制，從而使進(jìn)入調(diào)車線的車輛之間可以安全連掛[1]。電動(dòng)車輛減速器因采用電機(jī)直接作動(dòng)力裝置，無(wú)空壓機(jī)管道、儲(chǔ)風(fēng)缸等設(shè)施，避免了其他能源減速器的漏油、漏風(fēng)等現(xiàn)象，是一種無(wú)污染的節(jié)能環(huán)保產(chǎn)品。電動(dòng)車輛減速器較風(fēng)動(dòng)和液壓減速器有比較明顯的優(yōu)越性：無(wú)污染、用電耗能少、維護(hù)費(fèi)用低等特點(diǎn)[2]。由于電動(dòng)減速器具有以上優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)一部分中小能力駝峰場(chǎng)開始使用電動(dòng)車輛減速器。為了充分發(fā)揮電動(dòng)減速器的使用效果，必須采用有針對(duì)性的工程設(shè)計(jì)方案。

1 供電方式

電動(dòng)車輛減速器屬于一級(jí)負(fù)荷設(shè)備，必須要有兩路獨(dú)立的外部電源。根據(jù)《鐵路駝峰信號(hào)及編組站自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》TB 10069-2017[3]（以下簡(jiǎn)稱“駝規(guī)”）7.2.3 條 “駝峰信號(hào)控制系統(tǒng)、駝峰動(dòng)力供應(yīng)系統(tǒng)、編組站自動(dòng)化系統(tǒng)中心設(shè)備應(yīng)由不同變壓器供電” 規(guī)定，可以理解為在設(shè)置電動(dòng)車輛減速器變壓器時(shí)，不能和駝峰控制系統(tǒng)所用變壓器合設(shè)。因?yàn)轳劮鍎?dòng)力供應(yīng)系統(tǒng)（如空壓站中的打風(fēng)機(jī)，電動(dòng)減速器采用的電機(jī)）啟動(dòng)時(shí)，瞬間啟動(dòng)電流過(guò)大，會(huì)對(duì)同一臺(tái)變壓器的其他輸出回路有明顯影響。因此在駝峰場(chǎng)針對(duì)電動(dòng)車輛減速器應(yīng)設(shè)置2套專用變壓器，分別作為主用電源和備用電源。同時(shí)為了減少電能在傳輸過(guò)程中的損耗，變壓器盡量設(shè)置在靠近駝峰信號(hào)樓的地方。

2 電力容量計(jì)算

電力系統(tǒng)供電采用三相四線制供電系統(tǒng)，其容量應(yīng)能滿足駝峰作業(yè)最繁忙時(shí)負(fù)荷的需求，不應(yīng)小于駝峰場(chǎng)同一時(shí)刻所有可以動(dòng)作的電動(dòng)減速器用電總和。電動(dòng)系統(tǒng)的電源容量按公式（1）（考慮電動(dòng)機(jī)容量和同時(shí)動(dòng)作減速器臺(tái)數(shù)）計(jì)算。

公式（1）中：Q為電源設(shè)計(jì)容量，kVA。

k 為電源容量余量系數(shù)；減速器電動(dòng)機(jī)為堵轉(zhuǎn)工作制式時(shí)，k=1.5 ～2；減速器電動(dòng)機(jī)為連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)工作制式時(shí)，k=2 ～3。

U 為電動(dòng)機(jī)額定工作線電壓，V。

I 為電動(dòng)機(jī)線電流，A；減速器電動(dòng)機(jī)為堵轉(zhuǎn)工作制式時(shí)， I 為電動(dòng)機(jī)堵轉(zhuǎn)電流；減速器電動(dòng)機(jī)為連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)工作制式時(shí)，I 為電動(dòng)機(jī)額定線電流。

n 為每臺(tái)減速器電動(dòng)機(jī)數(shù)量。

N 為最大同時(shí)動(dòng)作減速器臺(tái)數(shù)。

3 蓄能裝置

駝規(guī)要求“駝峰動(dòng)力供應(yīng)系統(tǒng)應(yīng)不間斷地向全場(chǎng)供給動(dòng)力”、“駝峰動(dòng)力供應(yīng)系統(tǒng)蓄能容量應(yīng)保證在發(fā)生停電時(shí)，對(duì)峰頂已摘鉤的溜放鉤車進(jìn)行有效制動(dòng)和緩解”。如不設(shè)置UPS 等蓄能裝置，電動(dòng)車輛減速器在兩路電源發(fā)生倒換時(shí)，將短時(shí)間沒有動(dòng)力供應(yīng)，并且在兩路電源都發(fā)生故障停電時(shí)，減速器無(wú)法對(duì)已摘鉤的溜放鉤車進(jìn)行有效制動(dòng)和緩解。這兩類情況都會(huì)導(dǎo)致超速、夾停等事故發(fā)生。所以設(shè)置蓄能裝置十分必要。

4 電纜選擇

從專用變壓器接引的電纜應(yīng)接至電動(dòng)車輛減速器所用低壓配電柜，通過(guò)低壓配電柜重新把電力分配輸送至每個(gè)股道減速器旁的控制箱。電纜型號(hào)可以采用銅芯聚氯乙烯絕緣、鋼帶鎧裝聚乙烯護(hù)套電力電纜。電纜纜芯截面應(yīng)經(jīng)計(jì)算確定，以免導(dǎo)線壓降過(guò)大使設(shè)備電壓不足而不能正常工作。[4]在計(jì)算時(shí)，應(yīng)根據(jù)電纜敷設(shè)的長(zhǎng)度考慮電壓壓降影響，從配電柜至股道控制箱的電壓壓降應(yīng)小于輸出電源電壓的10%。

低壓配電柜至控制箱之間電力電纜的徑路選擇對(duì)工程造價(jià)的高低、施工難易程度均有很大的影響。一般而言，有兩種徑路方式可以選擇：一種是從低壓配電柜至電氣控制箱逐個(gè)股道敷設(shè)電力電纜，即單獨(dú)供電方式，如圖1 所示；另一種是從低壓配電柜引出一根電力電纜，將每個(gè)股道的電氣控制箱并聯(lián)連接后，再接引至低壓配電柜，即環(huán)網(wǎng)供電方式，如圖2 所示。這兩種徑路方式敷設(shè)電纜時(shí)，要注意和信號(hào)控制電纜分開敷設(shè)。[5]

圖1 單獨(dú)供電電纜徑路圖Fig.1 Separate power supply cable route

單獨(dú)供電方式下，每一個(gè)股道所用的電力電纜截面積只需滿足本股道的減速器所有電機(jī)同時(shí)動(dòng)作即可，截面積較小。在這種方式下，由于每個(gè)股道電機(jī)的電壓、電流、電機(jī)的數(shù)量為固定參數(shù)條件，所需電纜截面積的計(jì)算過(guò)程比較簡(jiǎn)單。但是由于每股道單獨(dú)供電，電纜數(shù)量較多，所需電纜總長(zhǎng)度也隨之變長(zhǎng),在施工時(shí)有一定的難度。由于配電柜至每個(gè)股道只敷設(shè)了一根電纜，當(dāng)該電纜出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，該股道減速器會(huì)因斷電而失去動(dòng)力。

圖2 環(huán)網(wǎng)供電電纜徑路圖Fig.2 Ring network power supply cable route

環(huán)網(wǎng)供電方式下，電纜要按照全場(chǎng)減速器最大負(fù)荷進(jìn)行設(shè)計(jì)，截面積的計(jì)算相對(duì)而言比較困難。這是因?yàn)獒槍?duì)某一個(gè)駝峰場(chǎng)，如何確定同一時(shí)刻可以動(dòng)作的減速器數(shù)量是個(gè)難題。在一定條件下，駝峰場(chǎng)規(guī)模越小，電纜截面積越小，工程造價(jià)較低；規(guī)模越大，電纜截面積越大，工程造價(jià)較高。此種供電方式下，每個(gè)股道的控制箱可以接引兩個(gè)不同路徑的電纜，當(dāng)某一路電纜故障時(shí)，另一路電纜仍然可以正常供電，供電質(zhì)量更加可靠。

5 電力監(jiān)測(cè)

電動(dòng)車輛減速器以電力為動(dòng)力源，可靠的電力供應(yīng)是減速器正常工作的前提，相應(yīng)的專用變壓器、低壓配電柜、電氣控制箱3 種設(shè)備必須納入監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。目前，變壓器可以通過(guò)電力遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，而對(duì)于低壓配電柜和電氣控制箱卻缺少專用的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。為了對(duì)這兩種設(shè)備監(jiān)測(cè)，需要采用繼電電路、駝峰控制系統(tǒng)、駝峰監(jiān)測(cè)系統(tǒng)相結(jié)合的方式進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。低壓配電柜應(yīng)設(shè)置雙電源自動(dòng)切換裝置，對(duì)于兩路交流輸入電源，當(dāng)一路發(fā)生斷電或斷相時(shí)，應(yīng)能夠自動(dòng)切換到另一路,具有電源電壓、電流、頻率的監(jiān)測(cè)功能，并通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議將以上信息傳遞給駝峰微機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。低壓配電柜應(yīng)可以提供3個(gè)互不干擾的鐵路專用安全型繼電器，繼電器采用低壓配電柜提供的勵(lì)磁電源吸起，常態(tài)為吸起狀態(tài)。當(dāng)?shù)蛪号潆姽竦膬陕份斎腚娫椿蜉敵鲭娫窗l(fā)生故障時(shí)，繼電器能夠斷電落下，如圖3 所示。

圖3 監(jiān)測(cè)示意圖Fig.3 Monitoring schematic diagram

駝峰控制系統(tǒng)采集到任意一個(gè)繼電器落下時(shí)，給出聲光報(bào)警，并且立即關(guān)閉駝峰信號(hào)機(jī)，停止駝峰作業(yè)[6]。此時(shí)，電動(dòng)車輛減速器可以通過(guò)蓄能裝置提供的電力，對(duì)已經(jīng)處于溜放狀態(tài)的車輛進(jìn)行動(dòng)作。待故障處理完畢后，再進(jìn)行正常作業(yè)。

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)電氣控制箱的監(jiān)測(cè)，每股道減速器電氣控制箱提供一組常閉接點(diǎn)，正常情況下，接通相關(guān)報(bào)警電路；當(dāng)室外電動(dòng)減速器電力供應(yīng)出現(xiàn)斷電、欠壓、缺相等異常情況時(shí)，接點(diǎn)斷開，切斷相關(guān)報(bào)警電路，如圖4 所示。

圖4 報(bào)警電路圖Fig.4 Alarm circuit diagram

我國(guó)絕大多數(shù)駝峰采用車輛減速器來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)速，是因?yàn)闇p速器制動(dòng)效果好[7]。電動(dòng)車輛減速器作為其中一種類型的減速器，無(wú)需空壓站或液壓站，結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，投資較低。[8]只有充分考慮電動(dòng)車輛減速器的供電、電力容量、電纜徑路的選擇等工程設(shè)計(jì)問(wèn)題，才能在工程實(shí)踐過(guò)程中充分發(fā)揮使用效果。