針對電動減速器工程設計中所遇問題的解決方案

史志強

(1．北京全路通信信號研究設計院集團有限公司，北京 100070；2．北京市高速鐵路運行控制系統工程技術研究中心，北京 100070)

電動車輛減速器是采用電力直接驅動的一種新型減速器調速設備，主要用于鐵路編組站駝峰溜放車輛的調速，通過對溜放中的車輛進行速度控制，從而使進入調車線的車輛之間可以安全連掛[1]。電動車輛減速器因采用電機直接作動力裝置，無空壓機管道、儲風缸等設施，避免了其他能源減速器的漏油、漏風等現象，是一種無污染的節能環保產品。電動車輛減速器較風動和液壓減速器有比較明顯的優越性：無污染、用電耗能少、維護費用低等特點[2]。由于電動減速器具有以上優點，近年來一部分中小能力駝峰場開始使用電動車輛減速器。為了充分發揮電動減速器的使用效果，必須采用有針對性的工程設計方案。

1 供電方式

電動車輛減速器屬于一級負荷設備，必須要有兩路獨立的外部電源。根據《鐵路駝峰信號及編組站自動化系統設計規范》TB 10069-2017[3]（以下簡稱“駝規”）7.2.3 條 “駝峰信號控制系統、駝峰動力供應系統、編組站自動化系統中心設備應由不同變壓器供電” 規定，可以理解為在設置電動車輛減速器變壓器時，不能和駝峰控制系統所用變壓器合設。因為駝峰動力供應系統（如空壓站中的打風機，電動減速器采用的電機）啟動時，瞬間啟動電流過大，會對同一臺變壓器的其他輸出回路有明顯影響。因此在駝峰場針對電動車輛減速器應設置2套專用變壓器，分別作為主用電源和備用電源。同時為了減少電能在傳輸過程中的損耗，變壓器盡量設置在靠近駝峰信號樓的地方。

2 電力容量計算

電力系統供電采用三相四線制供電系統，其容量應能滿足駝峰作業最繁忙時負荷的需求，不應小于駝峰場同一時刻所有可以動作的電動減速器用電總和。電動系統的電源容量按公式（1）（考慮電動機容量和同時動作減速器臺數）計算。

公式（1）中：Q為電源設計容量，kVA。

k 為電源容量余量系數；減速器電動機為堵轉工作制式時，k=1.5 ～2；減速器電動機為連續轉動工作制式時，k=2 ～3。

U 為電動機額定工作線電壓，V。

I 為電動機線電流，A；減速器電動機為堵轉工作制式時， I 為電動機堵轉電流；減速器電動機為連續轉動工作制式時，I 為電動機額定線電流。

n 為每臺減速器電動機數量。

N 為最大同時動作減速器臺數。

3 蓄能裝置

駝規要求“駝峰動力供應系統應不間斷地向全場供給動力”、“駝峰動力供應系統蓄能容量應保證在發生停電時，對峰頂已摘鉤的溜放鉤車進行有效制動和緩解”。如不設置UPS 等蓄能裝置，電動車輛減速器在兩路電源發生倒換時，將短時間沒有動力供應，并且在兩路電源都發生故障停電時，減速器無法對已摘鉤的溜放鉤車進行有效制動和緩解。這兩類情況都會導致超速、夾停等事故發生。所以設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接至電動車輛減速器所用低壓配電柜，通過低壓配電柜重新把電力分配輸送至每個股道減速器旁的控制箱。電纜型號可以采用銅芯聚氯乙烯絕緣、鋼帶鎧裝聚乙烯護套電力電纜。電纜纜芯截面應經計算確定，以免導線壓降過大使設備電壓不足而不能正常工作。[4]在計算時，應根據電纜敷設的長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工程造價的高低、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股道敷設電力電纜，即單獨供電方式，如圖1 所示；另一種是從低壓配電柜引出一根電力電纜，將每個股道的電氣控制箱并聯連接后，再接引至低壓配電柜，即環網供電方式，如圖2 所示。這兩種徑路方式敷設電纜時，要注意和信號控制電纜分開敷設。[5]

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

單獨供電方式下，每一個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同時動作即可，截面積較小。在這種方式下，由于每個股道電機的電壓、電流、電機的數量為固定參數條件，所需電纜截面積的計算過程比較簡單。但是由于每股道單獨供電，電纜數量較多，所需電纜總長度也隨之變長,在施工時有一定的難度。由于配電柜至每個股道只敷設了一根電纜，當該電纜出現問題時，該股道減速器會因斷電而失去動力。

圖2 環網供電電纜徑路圖Fig.2 Ring network power supply cable route

環網供電方式下，電纜要按照全場減速器最大負荷進行設計，截面積的計算相對而言比較困難。這是因為針對某一個駝峰場，如何確定同一時刻可以動作的減速器數量是個難題。在一定條件下，駝峰場規模越小，電纜截面積越小，工程造價較低；規模越大，電纜截面積越大，工程造價較高。此種供電方式下，每個股道的控制箱可以接引兩個不同路徑的電纜，當某一路電纜故障時，另一路電纜仍然可以正常供電，供電質量更加可靠。

5 電力監測

電動車輛減速器以電力為動力源，可靠的電力供應是減速器正常工作的前提，相應的專用變壓器、低壓配電柜、電氣控制箱3 種設備必須納入監測系統。目前，變壓器可以通過電力遠動系統進行監測，而對于低壓配電柜和電氣控制箱卻缺少專用的監測系統。為了對這兩種設備監測，需要采用繼電電路、駝峰控制系統、駝峰監測系統相結合的方式進行實現。低壓配電柜應設置雙電源自動切換裝置，對于兩路交流輸入電源，當一路發生斷電或斷相時，應能夠自動切換到另一路,具有電源電壓、電流、頻率的監測功能，并通過標準通信協議將以上信息傳遞給駝峰微機監測系統。低壓配電柜應可以提供3個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磁電源吸起，常態為吸起狀態。當低壓配電柜的兩路輸入電源或輸出電源發生故障時，繼電器能夠斷電落下，如圖3 所示。

圖3 監測示意圖Fig.3 Monitoring schematic diagram

駝峰控制系統采集到任意一個繼電器落下時，給出聲光報警，并且立即關閉駝峰信號機，停止駝峰作業[6]。此時，電動車輛減速器可以通過蓄能裝置提供的電力，對已經處于溜放狀態的車輛進行動作。待故障處理完畢后，再進行正常作業。

為了實現對電氣控制箱的監測，每股道減速器電氣控制箱提供一組常閉接點，正常情況下，接通相關報警電路；當室外電動減速器電力供應出現斷電、欠壓、缺相等異常情況時，接點斷開，切斷相關報警電路，如圖4 所示。

圖4 報警電路圖Fig.4 Alarm circuit diagram

我國絕大多數駝峰采用車輛減速器來實現調速，是因為減速器制動效果好[7]。電動車輛減速器作為其中一種類型的減速器，無需空壓站或液壓站，結構比較簡單，投資較低。[8]只有充分考慮電動車輛減速器的供電、電力容量、電纜徑路的選擇等工程設計問題，才能在工程實踐過程中充分發揮使用效果。