（一） 自動閉塞制式

在鐵路上通常將兩個相鄰車站之間的線路稱為站間區(qū)間。為使列車安全運行，在一個區(qū)間同一個時間內，只允許一個列車運行，這種保證列車按空間間隔運行的技術方法稱為閉塞。用于辦理行車閉塞的設備叫做閉塞設備，目前鐵路上的閉塞設備有自動閉塞、自動站間閉塞和半自動閉塞。

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

區(qū)間采用自動閉塞后，可以大大縮短列車運行的時間間隔，增加行車密度。同時，由于能不間斷的向司機預告前方閉塞分區(qū)狀態(tài)，從而提高了列車運行速度，這樣顯著增加了列車在區(qū)間的通過能力。

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

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

對于地面信號機來說，為了區(qū)別綠燈、黃燈和紅燈，需要三種電碼。因此，在每個信號點均設有一個電動發(fā)碼器它可以產生三種電碼，綠點碼、黃電碼和紅電碼。每個信號點還有一套接收設備。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）    極性頻率脈沖自動閉塞。極性頻率脈沖自動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動作相應得信號繼電器，給出信號顯示。

（3）    移頻自動閉塞。移頻自動閉塞的特點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(qū)按上、下行交替使用，下行用550Hz和750Hz交替，上行用650Hz和850Hz交替。

列車占用閉塞分區(qū)，信號機顯示紅燈，同時向其后架信號機發(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。如果這時第三架信號機防護的閉塞分區(qū)也有車占用，上述經軌道傳輸的低頻信號被列車短路，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 ，這時第三號信號機顯示紅燈。

從上面介紹的幾種自動閉塞的制式來看，它直接與行車有關，是指示列車運行的命令。由于它的作用關系到安全、準確、迅速、經濟的組織列車運行，提高鐵路通過能力，因此自動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，自動閉塞設備對供電的要求不僅在帶能源的可靠程度上越來越高，并且對電壓、頻率的穩(wěn)定性都有一定的要求。由于供電對象的不同，鐵路電力系統(tǒng)在某些方面有其獨特的運行特點。

（二） 鐵路電力系統(tǒng)運行特點

從大的范圍來看，鐵路電力系統(tǒng)工作于公共電網的末端，屬于電力系統(tǒng)發(fā)電、輸電、供電三個環(huán)節(jié)中的供配電環(huán)節(jié)，但其對供電可靠性的要求卻非常高。以沿線車站信號機為例。鐵路部門為保證列車的行車安全，要求鐵路信號機必須安全、可靠的工作。為了保證鐵路沿線信號燈不掉電，鐵路電力系統(tǒng)的配電站一般采用雙電源供電方式，沿線每一個供電區(qū)間雙端供電，供電區(qū)間之間一般采用專門為自動閉塞信號機供電的10KV自閉電力線路和10KV貫通電力沿線，雙路供電至低壓雙電源切換裝置，兩路電源互為備用，失壓自動切換。

1.    繁忙鐵路雙回路配電室及區(qū)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，供電方式為專盤專線，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運行，單母線分段全負荷備用的運行方式。

在正常運行時，母聯斷路器在分開位，兩路進線電源各帶自己一段母線。當任何一個段遠停電時，閉合母聯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段和貫通母線段供電。調壓隔離變壓器有兩個作用：①當系統(tǒng)電壓過高或者過低時由調壓器進行調壓，確保電壓在合格范圍內；②因自閉電力線路和貫通電力線路很長，一旦發(fā)生故障就會影響到電源系統(tǒng)，調壓隔離變壓器起著電磁隔離的作用。

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

在信號點的供電中，在貫通電力線路和自閉電力線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切換功能，當其中某一路失電后自動切換至另一路供電，確保信號設備能夠正常工作。

2.    干線鐵路配電站及區(qū)間供電方式

（1）    配電站運行方式。在一些鐵路區(qū)段或支線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-主-備隔離開關分段帶高壓調壓的主接線。

（2）    區(qū)間的供電方式。在供電區(qū)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絡的辦法。正常供電時，變壓器分別供給自己的信號點，當某一個變壓器故障或高壓電力線路停電檢修時，打開不同的高壓隔離開關及通過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題

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

單回路自閉電力線路供電可靠性較低，40~60km長得自閉電力線路沿鐵路線架設，因各種原因造成的故障率很高。當電力線路發(fā)生故障后，故障查找處理一般需要3~4h，如果在山區(qū)查找時間會更長，長時間的一個供電臂通電，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，開始增建管傳統(tǒng)電力線路。貫通電力線路除了完成對信號的供電外，還承擔了沿線通信、紅外線、無電站的供電任務。貫通電力線路的建設與自閉電力線路形成了對信號系統(tǒng)的可靠供電，隨著10Kv快速真空開關的研制成功，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，備用程度已經相當高了，但信號電源供電中斷故障仍然時有發(fā)生，影響了列車的安全行駛。

1.    電源污染嚴重，諧波含量較大

    近年來，電力電子技術發(fā)展迅猛，在工業(yè)交通部門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、電力用戶有害影響十分嚴重。

    鐵路沿線配電站的電源大部分是從就近的地方電源接引，而個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。初步歸納起來主要表現為：過負荷和發(fā)熱、增加戒指應力和過電壓、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(tǒng)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，引起絕緣閃絡或避雷器爆炸，或產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機發(fā)生反轉現象。

根據TB 10069-2000信號設計規(guī)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(jiān)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相序繼電器就會啟動。相許繼電器啟動將切斷信號電源屏接觸器的電源，是輸入電源無法送到電源屏上。

3.    兩路電源同時停電現象時有發(fā)生

在繁忙干線雖然增設了感通電力線路。但是自閉電力線路和貫通電力線路同時 停電的故障還是不斷發(fā)生。如1993年7月10日京廣線新鄉(xiāng)站至七里營站間因暴風雨造成自閉、貫通電力線路同時停電，行車信號無法正常顯示，車站只能改變行車組織方式。。在事故處理中電力線路時有電時無電，信號指示也時有時無，由于163次火車司機不能正確理解行車憑證的內容盲目行車。結果造成163次列車與停留在區(qū)間的貨物列車追尾，造成重大旅客行車事故。死亡40人，重傷9人，輕傷39人，影響下行正線行車11h15min。給國家造成了惡劣的政治影響，給人民的生命財產造成了重大經濟和人員損失。這次事故的直接原因是司機未按規(guī)定的運行方式行車，而間接原因是暴風雨造成了自閉、管用電力線路不能正常供電所致。

目前在主要繁忙干線對信號供電都建成了雙回路,但在相同一部分鐵路線上還有單回路供電的問題。而且在這些地區(qū)大部分都在山區(qū)或在交通不方便的地區(qū)，在這些地區(qū)電力線路一旦發(fā)生故障很難在短時間內恢復，對于運輸影響很大。因此有些鐵路局提出在繁忙鐵路區(qū)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電源貫通電力線路使用存在的問題

“TB/10008---2006鐵路電力設計規(guī)范”電源及供電系統(tǒng)規(guī)定：

鐵路供配電系統(tǒng)的電源，應優(yōu)先采用公共電網可靠電源。在電氣化區(qū)段，技術經濟合理時可與牽引變電站共用電源或接觸網供電作為備用電源。當所在地區(qū)偏僻，原理公共電網，設置自卑電源較從外部取得電源技術經濟合理，宜設置自備電源或在牽引變電站二次測設動力變壓器取得電源。

     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，應有兩路獨立電源。當電源電壓為10（6）KV及以下時，其中一路宜為專盤專線，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。

      為自動閉塞電力線路、電力貫通線路供電的10KV配電站電源有一路宜為專盤專線。相鄰兩變、配電站電源應互相獨立且其中一個變、配電站的帶能源宜為兩路電源。

      從設計規(guī)范中可以看出宮自閉10KV配電站的電源應設兩路，一路為專盤專線，一路可以從混合線路接引。在電氣化區(qū)段變配電站的電源應首選地方電源。在實際設計中有些地區(qū)很難找到符合規(guī)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(tǒng)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，電壓波動劇烈。所供出去的10KV電力線路經常會因諧波含量打大發(fā)生燒損用電設備的問題。比較容易燒損的用電設備有：貫通線分段控制器、時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車站的充電機電源、不間斷電源UPS、照明燈具、信號機械室設備等。



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