针对电动减速器工程设计中所遇问题的解决方案

史志强

(1．北京全路通信信号研究设计院集团有限公司，北京 100070；2．北京市高速铁路运行控制系统工程技术研究中心，北京 100070)

电动车辆减速器是采用电力直接驱动的一种新型减速器调速设备，主要用于铁路编组站驼峰溜放车辆的调速，通过对溜放中的车辆进行速度控制，从而使进入调车线的车辆之间可以安全连挂[1]。电动车辆减速器因采用电机直接作动力装置，无空压机管道、储风缸等设施，避免了其他能源减速器的漏油、漏风等现象，是一种无污染的节能环保产品。电动车辆减速器较风动和液压减速器有比较明显的优越性：无污染、用电耗能少、维护费用低等特点[2]。由于电动减速器具有以上优点，近年来一部分中小能力驼峰场开始使用电动车辆减速器。为了充分发挥电动减速器的使用效果，必须采用有针对性的工程设计方案。

1 供电方式

电动车辆减速器属于一级负荷设备，必须要有两路独立的外部电源。根据《铁路驼峰信号及编组站自动化系统设计规范》TB 10069-2017[3]（以下简称“驼规”）7.2.3 条 “驼峰信号控制系统、驼峰动力供应系统、编组站自动化系统中心设备应由不同变压器供电” 规定，可以理解为在设置电动车辆减速器变压器时，不能和驼峰控制系统所用变压器合设。因为驼峰动力供应系统（如空压站中的打风机，电动减速器采用的电机）启动时，瞬间启动电流过大，会对同一台变压器的其他输出回路有明显影响。因此在驼峰场针对电动车辆减速器应设置2套专用变压器，分别作为主用电源和备用电源。同时为了减少电能在传输过程中的损耗，变压器尽量设置在靠近驼峰信号楼的地方。

2 电力容量计算

电力系统供电采用三相四线制供电系统，其容量应能满足驼峰作业最繁忙时负荷的需求，不应小于驼峰场同一时刻所有可以动作的电动减速器用电总和。电动系统的电源容量按公式（1）（考虑电动机容量和同时动作减速器台数）计算。

公式（1）中：Q为电源设计容量，kVA。

k 为电源容量余量系数；减速器电动机为堵转工作制式时，k=1.5 ～2；减速器电动机为连续转动工作制式时，k=2 ～3。

U 为电动机额定工作线电压，V。

I 为电动机线电流，A；减速器电动机为堵转工作制式时， I 为电动机堵转电流；减速器电动机为连续转动工作制式时，I 为电动机额定线电流。

n 为每台减速器电动机数量。

N 为最大同时动作减速器台数。

3 蓄能装置

驼规要求“驼峰动力供应系统应不间断地向全场供给动力”、“驼峰动力供应系统蓄能容量应保证在发生停电时，对峰顶已摘钩的溜放钩车进行有效制动和缓解”。如不设置UPS 等蓄能装置，电动车辆减速器在两路电源发生倒换时，将短时间没有动力供应，并且在两路电源都发生故障停电时，减速器无法对已摘钩的溜放钩车进行有效制动和缓解。这两类情况都会导致超速、夹停等事故发生。所以设置蓄能装置十分必要。

4 电缆选择

从专用变压器接引的电缆应接至电动车辆减速器所用低压配电柜，通过低压配电柜重新把电力分配输送至每个股道减速器旁的控制箱。电缆型号可以采用铜芯聚氯乙烯绝缘、钢带铠装聚乙烯护套电力电缆。电缆缆芯截面应经计算确定，以免导线压降过大使设备电压不足而不能正常工作。[4]在计算时，应根据电缆敷设的长度考虑电压压降影响，从配电柜至股道控制箱的电压压降应小于输出电源电压的10%。

低压配电柜至控制箱之间电力电缆的径路选择对工程造价的高低、施工难易程度均有很大的影响。一般而言，有两种径路方式可以选择：一种是从低压配电柜至电气控制箱逐个股道敷设电力电缆，即单独供电方式，如图1 所示；另一种是从低压配电柜引出一根电力电缆，将每个股道的电气控制箱并联连接后，再接引至低压配电柜，即环网供电方式，如图2 所示。这两种径路方式敷设电缆时，要注意和信号控制电缆分开敷设。[5]

图1 单独供电电缆径路图Fig.1 Separate power supply cable route

单独供电方式下，每一个股道所用的电力电缆截面积只需满足本股道的减速器所有电机同时动作即可，截面积较小。在这种方式下，由于每个股道电机的电压、电流、电机的数量为固定参数条件，所需电缆截面积的计算过程比较简单。但是由于每股道单独供电，电缆数量较多，所需电缆总长度也随之变长,在施工时有一定的难度。由于配电柜至每个股道只敷设了一根电缆，当该电缆出现问题时，该股道减速器会因断电而失去动力。

图2 环网供电电缆径路图Fig.2 Ring network power supply cable route

环网供电方式下，电缆要按照全场减速器最大负荷进行设计，截面积的计算相对而言比较困难。这是因为针对某一个驼峰场，如何确定同一时刻可以动作的减速器数量是个难题。在一定条件下，驼峰场规模越小，电缆截面积越小，工程造价较低；规模越大，电缆截面积越大，工程造价较高。此种供电方式下，每个股道的控制箱可以接引两个不同路径的电缆，当某一路电缆故障时，另一路电缆仍然可以正常供电，供电质量更加可靠。

5 电力监测

电动车辆减速器以电力为动力源，可靠的电力供应是减速器正常工作的前提，相应的专用变压器、低压配电柜、电气控制箱3 种设备必须纳入监测系统。目前，变压器可以通过电力远动系统进行监测，而对于低压配电柜和电气控制箱却缺少专用的监测系统。为了对这两种设备监测，需要采用继电电路、驼峰控制系统、驼峰监测系统相结合的方式进行实现。低压配电柜应设置双电源自动切换装置，对于两路交流输入电源，当一路发生断电或断相时，应能够自动切换到另一路,具有电源电压、电流、频率的监测功能，并通过标准通信协议将以上信息传递给驼峰微机监测系统。低压配电柜应可以提供3个互不干扰的铁路专用安全型继电器，继电器采用低压配电柜提供的励磁电源吸起，常态为吸起状态。当低压配电柜的两路输入电源或输出电源发生故障时，继电器能够断电落下，如图3 所示。

图3 监测示意图Fig.3 Monitoring schematic diagram

驼峰控制系统采集到任意一个继电器落下时，给出声光报警，并且立即关闭驼峰信号机，停止驼峰作业[6]。此时，电动车辆减速器可以通过蓄能装置提供的电力，对已经处于溜放状态的车辆进行动作。待故障处理完毕后，再进行正常作业。

为了实现对电气控制箱的监测，每股道减速器电气控制箱提供一组常闭接点，正常情况下，接通相关报警电路；当室外电动减速器电力供应出现断电、欠压、缺相等异常情况时，接点断开，切断相关报警电路，如图4 所示。

图4 报警电路图Fig.4 Alarm circuit diagram

我国绝大多数驼峰采用车辆减速器来实现调速，是因为减速器制动效果好[7]。电动车辆减速器作为其中一种类型的减速器，无需空压站或液压站，结构比较简单，投资较低。[8]只有充分考虑电动车辆减速器的供电、电力容量、电缆径路的选择等工程设计问题，才能在工程实践过程中充分发挥使用效果。