（一） 自動(dòng)閉塞制式

在鐵路上通常將兩個(gè)相鄰車(chē)站之間的線(xiàn)路稱(chēng)為站間區間。為使列車(chē)安全運行，在一個(gè)區間同一個(gè)時(shí)間內，只允許一個(gè)列車(chē)運行，這種保證列車(chē)按空間間隔運行的技術(shù)方法稱(chēng)為閉塞。用于辦理行車(chē)閉塞的設備叫做閉塞設備，目前鐵路上的閉塞設備有自動(dòng)閉塞、自動(dòng)站間閉塞和半自動(dòng)閉塞。

自動(dòng)閉塞是由運行中的列車(chē)自動(dòng)完成閉塞作用。自動(dòng)閉塞的行車(chē)制度是用通過(guò)信號機將站間區間分成若干個(gè)閉塞分區，閉塞分區的長(cháng)度根據列車(chē)的制動(dòng)距離和區間所需要提高的用過(guò)能力來(lái)決定的，一般在1200—3000m。自動(dòng)閉塞通過(guò)信號機的顯示狀態(tài)是以顯示通過(guò)信號作為定位的，只有列車(chē)占用該信號機所防護的閉塞分區或發(fā)生故障時(shí)，才顯示停車(chē)信號。

區間采用自動(dòng)閉塞后，可以大大縮短列車(chē)運行的時(shí)間間隔，增加行車(chē)密度。同時(shí)，由于能不間斷的向司機預告前方閉塞分區狀態(tài)，從而提高了列車(chē)運行速度，這樣顯著(zhù)增加了列車(chē)在區間的通過(guò)能力。

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

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

對于地面信號機來(lái)說(shuō)，為了區別綠燈、黃燈和紅燈，需要三種電碼。因此，在每個(gè)信號點(diǎn)均設有一個(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)信號點(diǎn)還有一套接收設備。接收設備包括軌道繼電器、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，控制地面信號機給出相應顯示。極性頻率脈沖自動(dòng)閉塞設備由發(fā)送器、接收器，信號機、軌道電路和電源設備等構成。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)作相應得信號繼電器，給出信號顯示。

（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低頻調制型號，根據不同頻率控制信號機給出相應顯示。低頻調制信號為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(chē)占用閉塞分區，信號機顯示紅燈，同時(shí)向其后架信號機發(fā)出26（20）Hz低頻信號；架信號機接收到上述低頻信號，黃燈繼電器動(dòng)作，信號機顯示黃燈，并向第二架信號機接收到上述低頻信號，黃燈繼電器動(dòng)作，信號機顯示黃燈，并向第二架信號機發(fā)出15（11）Hz低頻信號；第二架信號機接收到上述定頻信號，綠燈繼電器動(dòng)作，信號機顯示綠燈，并向第三架喜好及發(fā)出11（15）Hz低頻信號。如果這時(shí)第三架信號機防護的閉塞分區也有車(chē)占用，上述經(jīng)軌道傳輸的低頻信號被列車(chē)短路，第三架信號機就接收不到第二架信號機移頻箱發(fā)出的低頻信號 ，這時(shí)第三號信號機顯示紅燈。

從上面介紹的幾種自動(dòng)閉塞的制式來(lái)看，它直接與行車(chē)有關(guān)，是指示列車(chē)運行的命令。由于它的作用關(guān)系到安全、準確、迅速、經(jīng)濟的組織列車(chē)運行，提高鐵路通過(guò)能力，因此自動(dòng)閉塞設備對供電的要求有較高的標準，要求不間斷的供電。隨著(zhù)鐵路現代化的發(fā)展，電子計算機、工業(yè)電視、雷達測速裝置的采用，自動(dòng)閉塞設備對供電的要求不僅在帶能源的可靠程度上越來(lái)越高，并且對電壓、頻率的穩定性都有一定的要求。由于供電對象的不同，鐵路電力系統在某些方面有其獨特的運行特點(diǎn)。

（二） 鐵路電力系統運行特點(diǎn)

從大的范圍來(lái)看，鐵路電力系統工作于公共電網(wǎng)的末端，屬于電力系統發(fā)電、輸電、供電三個(gè)環(huán)節中的供配電環(huán)節，但其對供電可靠性的要求卻非常高。以沿線(xiàn)車(chē)站信號機為例。鐵路部門(mén)為保證列車(chē)的行車(chē)安全，要求鐵路信號機必須安全、可靠的工作。為了保證鐵路沿線(xiàn)信號燈不掉電，鐵路電力系統的配電站一般采用雙電源供電方式，沿線(xiàn)每一個(gè)供電區間雙端供電，供電區間之間一般采用專(zhuān)門(mén)為自動(dòng)閉塞信號機供電的10KV自閉電力線(xiàn)路和10KV貫通電力沿線(xiàn)，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間供電方式

（1）    配電站運行方式。鐵路配電站電源取自地方供電局的變電站，供電方式為專(zhuān)盤(pán)專(zhuān)線(xiàn)，電壓等級一般為：110、35KV或10KV，少量使用220KV。35KV正逐步消失，10KV應用廣泛。鐵路配電站為例提高供電可靠性，一般采用雙電源同時(shí)運行，單母線(xiàn)分段全負荷備用的運行方式。

在正常運行時(shí)，母聯(lián)斷路器在分開(kāi)位，兩路進(jìn)線(xiàn)電源各帶自己一段母線(xiàn)。當任何一個(gè)段遠停電時(shí)，閉合母聯(lián)斷路器又不停電的電源帶全部負荷。兩路電源分別帶各自的調壓隔離變壓器向自閉母線(xiàn)段和貫通母線(xiàn)段供電。調壓隔離變壓器有兩個(gè)作用：①當系統電壓過(guò)高或者過(guò)低時(shí)由調壓器進(jìn)行調壓，確保電壓在合格范圍內；②因自閉電力線(xiàn)路和貫通電力線(xiàn)路很長(cháng)，一旦發(fā)生故障就會(huì )影響到電源系統，調壓隔離變壓器起著(zhù)電磁隔離的作用。

（2）    區間的供電方式。鐵路電力系統通常以供電段作為基本行政管理單位，供電線(xiàn)路沿鐵路線(xiàn)分布，每40~60KM設一個(gè)配電站。配電站的電源進(jìn)線(xiàn)取自地方電力系統，兩個(gè)配電站之間構成一個(gè)供電區間，每個(gè)供電段管理若干個(gè)供電區間。目前，有的區段只有貫通電力線(xiàn)路供電，而許多區段為了保證信號供電的可靠性還建有自動(dòng)閉塞信號專(zhuān)用電力線(xiàn)路給信號系統供電，貫通電路作為二路電源備用。

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

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

2.    干線(xiàn)鐵路配電站及區間供電方式

（1）    配電站運行方式。在一些鐵路區段或支線(xiàn)鐵路由于運量和重要程度原因，在信號供電設計中僅設計了自閉電力線(xiàn)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(xiàn)-主-備隔離開(kāi)關(guān)分段帶高壓調壓的主接線(xiàn)。

（2）    區間的供電方式。在供電區間，為了保證信號供電的可靠，一般采用的是兩臺信號變壓器或3臺信號變壓器互相聯(lián)絡(luò )的辦法。正常供電時(shí)，變壓器分別供給自己的信號點(diǎn)，當某一個(gè)變壓器故障或高壓電力線(xiàn)路停電檢修時(shí)，打開(kāi)不同的高壓隔離開(kāi)關(guān)及通過(guò)低壓箱中的繼電器互相切換達到相互供電的目的。

（三） 目前鐵路信號供電存在的問(wèn)題

鐵路專(zhuān)線(xiàn)信號電源始于20世紀60年代，初為單回路10KV供電，稱(chēng)自閉電力線(xiàn)路。40~60km設譯出配電站。配電站之間為一個(gè)供電臂，一個(gè)供電臂的大負荷為3~5A左右，屬于長(cháng)距離送點(diǎn)。小負荷用電的特殊線(xiàn)路。由于受當時(shí)設備的限制，為了滿(mǎn)足兩配電站間想自動(dòng)閉塞電力饋出轉換不大于150ms的要求，配電站向自閉電力線(xiàn)路供電采取了高、低、高供電的方式。就是將10KV進(jìn)線(xiàn)電壓降到380V,再升壓至10KV向自閉電力線(xiàn)路送出，在低壓380V側實(shí)現繼電保護和投切。

單回路自閉電力線(xiàn)路供電可靠性較低，40~60km長(cháng)得自閉電力線(xiàn)路沿鐵路線(xiàn)架設，因各種原因造成的故障率很高。當電力線(xiàn)路發(fā)生故障后，故障查找處理一般需要3~4h，如果在山區查找時(shí)間會(huì )更長(cháng)，長(cháng)時(shí)間的一個(gè)供電臂通電，造成信號不能使用，對運輸的干擾是很大的，由此誘發(fā)的停電事故也是常見(jiàn)的。

20世紀80年代末到90世紀初，為了提高信號供電的可靠性，開(kāi)始增建管傳統電力線(xiàn)路。貫通電力線(xiàn)路除了完成對信號的供電外，還承擔了沿線(xiàn)通信、紅外線(xiàn)、無(wú)電站的供電任務(wù)。貫通電力線(xiàn)路的建設與自閉電力線(xiàn)路形成了對信號系統的可靠供電，隨著(zhù)10Kv快速真空開(kāi)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。在目前的信號供電中從電源情況看，備用程度已經(jīng)相當高了，但信號電源供電中斷故障仍然時(shí)有發(fā)生，影響了列車(chē)的安全行駛。

1.    電源污染嚴重，諧波含量較大

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

    鐵路沿線(xiàn)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重。

2.    諧波危害的分析

     諧波污染對電力設備的危害是嚴重的。初步歸納起來(lái)主要表現為：過(guò)負荷和發(fā)熱、增加戒指應力和過(guò)電壓、干擾和危害以及破壞電子設備和保護控制設備的性能和正常工作，引起系統鐵磁諧振。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，其表現形式可能是單相、、兩相、三相對地電壓升高，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虛幻接地現象和不正確的接地指示，或者在電壓互感器中出現過(guò)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)機發(fā)生反轉現象。

根據TB 10069-2000信號設計規范，6.3供電6.3.2“三相電源各相相序在設計中應力求平衡”。三相電源應設有錯序、斷相監督和報警設備。

在運行中信號電源屏為了保證相序的一致性，在兩路電源轉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(lèi)相序繼電器對電源中的諧波較為敏感，當電源中諧波含量達到一定值時(shí)相序繼電器就會(huì )啟動(dòng)。相許繼電器啟動(dòng)將切斷信號電源屏接觸器的電源，是輸入電源無(wú)法送到電源屏上。

3.    兩路電源同時(shí)停電現象時(shí)有發(fā)生

在繁忙干線(xiàn)雖然增設了感通電力線(xiàn)路。但是自閉電力線(xiàn)路和貫通電力線(xiàn)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(xiàn)新鄉站至七里營(yíng)站間因暴風(fēng)雨造成自閉、貫通電力線(xiàn)路同時(shí)停電，行車(chē)信號無(wú)法正常顯示，車(chē)站只能改變行車(chē)組織方式。。在事故處理中電力線(xiàn)路時(shí)有電時(shí)無(wú)電，信號指示也時(shí)有時(shí)無(wú)，由于163次火車(chē)司機不能正確理解行車(chē)憑證的內容盲目行車(chē)。結果造成163次列車(chē)與停留在區間的貨物列車(chē)追尾，造成重大旅客行車(chē)事故。死亡40人，重傷9人，輕傷39人，影響下行正線(xiàn)行車(chē)11h15min。給國家造成了惡劣的政治影響，給人民的生命財產(chǎn)造成了重大經(jīng)濟和人員損失。這次事故的直接原因是司機未按規定的運行方式行車(chē)，而間接原因是暴風(fēng)雨造成了自閉、管用電力線(xiàn)路不能正常供電所致。

目前在主要繁忙干線(xiàn)對信號供電都建成了雙回路,但在相同一部分鐵路線(xiàn)上還有單回路供電的問(wèn)題。而且在這些地區大部分都在山區或在交通不方便的地區，在這些地區電力線(xiàn)路一旦發(fā)生故障很難在短時(shí)間內恢復，對于運輸影響很大。因此有些鐵路局提出在繁忙鐵路區段增加第三路電源的設想。

4.    配電站從牽引變電站接引27.5KV/10KV電源貫通電力線(xiàn)路使用存在的問(wèn)題

“TB/10008---2006鐵路電力設計規范”電源及供電系統規定：

鐵路供配電系統的電源，應優(yōu)先采用公共電網(wǎng)可靠電源。在電氣化區段，技術(shù)經(jīng)濟合理時(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。當所在地區偏僻，原理公共電網(wǎng)，設置自卑電源較從外部取得電源技術(shù)經(jīng)濟合理，宜設置自備電源或在牽引變電站二次測設動(dòng)力變壓器取得電源。

     向一級負荷供電的10（6）KV配電站和35KV及以上變電站，當一級負荷的兩路電源均由本站提供時(shí)，應有兩路獨立電源。當電源電壓為10（6）KV及以下時(shí)，其中一路宜為專(zhuān)盤(pán)專(zhuān)線(xiàn)，另一路亦應可靠。為特大型客站供電的變、配電站宜設第三路電源。

      為自動(dòng)閉塞電力線(xiàn)路、電力貫通線(xiàn)路供電的10KV配電站電源有一路宜為專(zhuān)盤(pán)專(zhuān)線(xiàn)。相鄰兩變、配電站電源應互相獨立且其中一個(gè)變、配電站的帶能源宜為兩路電源。

      從設計規范中可以看出宮自閉10KV配電站的電源應設兩路，一路為專(zhuān)盤(pán)專(zhuān)線(xiàn)，一路可以從混合線(xiàn)路接引。在電氣化區段變配電站的電源應首選地方電源。在實(shí)際設計中有些地區很難找到符合規范要求的電源。在找不到兩路電源的情況下普遍采用了從地方供電系統找一路10KV電源，第二路電源從牽引變電站27.5KV 側再加裝一臺降壓變壓器，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側與牽引變壓器為同一變壓器，所以電源內諧波含量很高，電壓波動(dòng)劇烈。所供出去的10KV電力線(xiàn)路經(jīng)常會(huì )因諧波含量打大發(fā)生燒損用電設備的問(wèn)題。比較容易燒損的用電設備有：貫通線(xiàn)分段控制器、時(shí)間繼電器內的壓敏電阻、鋪配電站呢直流電源柜和微機繼電保護裝置及沿線(xiàn)車(chē)站的充電機電源、不間斷電源UPS、照明燈具、信號機械室設備等。



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