关于铁路电动转辙机控制距离的研究

于军之

摘要：电动转辙机是铁路信号控制设备中用来控制铁路车站道岔开通方向的关键设备，铁路车站咽喉区的长短与道岔控制距离紧密相关。在大型铁路车站，由于站场比较大，咽喉区比较长，远端道岔的有效控制往往成了车站控制系统设计的关键，在现场往往采用增加控制电缆去回线芯线数来延长电动转辙机的控制距离，这种方法会随着控制距离的延长工程成本也会大幅增加。本文通过研究影响电动转辙机控制距离的因素，以求找到一个即延长了转辙机的控制距离又降低工程成本的解决方案。

关键词：ZD6型电动转辙机；道岔；电动机电压；控制电压；线路压降。

0  引言

在铁路信号车站控制系统室外电缆径路设计过程中，往往会遇到因为车站比较大、咽喉区比较长而带来的电动转辙机不能可靠工作的问题，解决这一问题通常采用增加电动转辙机的信号电缆去回线数量的方法，即采用加芯并线的方法来降低线路压降增加电动转辙机电动机电压，来保证电动转辙机可靠动作，但是在超长控制距离下，这种方法会带来工程成本的大幅上升。通过我们对电动转辙机控制系统中影响控制距离各种因素的研究，提出了在超长控制距离的情况下，采用提高电动转辙机控制电压的方法，以达到减少电动转辙机控制电缆芯线的数量、延长控制距离、降低工程成本、提高电动转辙机的可靠性的目的。

1ZD6型电动转辙机控制系统

1.1电动转辙机简介

电动转辙机是铁路微机联锁和电气集中联锁车站信号控制系统的关键设备，它主要是用来转换道岔控制列车的走行方向，目前铁路车站主要使用的转辙机型号有：ZD6型直流电动转辙机、ZDJ9型三相交流电动转辙机、S700K型三相交流电动转辙机、ZYJ7型电液转辙机，ZD6型电动转辙机控制电源电压为直流220V，ZDJ9、S700K、ZYJ7型转辙机控制电源电压均为三相交流380V，另外，这几种电动转辙机的表示电源电压均为单相交流150V。本文要研究的电动转辙机是ZD6型电动转辙机。

1.2ZD6型电动转辙机的控制电路

ZD6型电动转辙机在铁路车站集中联锁控制系统中使用时间是最长的，它的特点是结构简单、动作可靠、易于维护、价格比较便宜，因此使用非常广泛，ZD6型电动转辙机控制电路如下：

 

图1.1  ZD6型电动转辙机控制电路

ZD6型电动转辙机控制电路是由室内控制电路、室外电缆、室外电缆盒、电动转辙机四个部分组成，室内电路通过室外电缆和电缆盒与电动转辙机连接，每组转辙机正常状态下使用四根电缆芯线。

室内电路由电源屏向电动转辙机控制电路提供直流220V控制电源和单相交流220V表示电源，这两组电源分别是DZ220/DF220和DJZ220/DJF220，DZ220/DF220分别是直流220V电源的正负电源，这组电源用来驱动室外电动转辙机的直流电动机带动道岔转换。DJZ220/DJF220分别是单相交流220V电源的相线和零线，这组电源经过室内控制电路中的变压器BB降压到150V后，向电动转辙机表示电路提供电源。

2ZD6型电动转辙机常规控制电压下的电路分析

2.1电动转辙机控制距离与室外电缆芯线的关系

在电动转辙机正常控制直流电源DZ220/DF220电压220V不变的情况下，ZD6型电动转辙机最大控制距离为604米，如果从机械室到远端控制距离超过最大控制距离，电缆芯线上的电压降将会增加，电动机电压下降，电动转辙机的工作可靠性将会下降。在实际应用中一般都采用增加电缆芯线（加芯并线）的方法增大电缆芯线的截面积，以降低电缆芯线的电阻，从而减少电缆芯线上的电压降，提高电动机上的电压，保证转辙机的动作电圧满足要求，实现远程端电动转辙机正常工作，由于电动转辙机的表示电源DJZ220/DJF220是交流电，而且定、反表继电器电流比较小，因此道岔表示电路受电缆长度的影响不是很大，在以下的分析中我们主要讨论道岔控制电路与电缆长度和芯线的关系。

铁路某较大型的铁路站场，最远端控制距离达到了3500米以上，近端也在2500米以上，站场集中联锁控制道岔有50组，按照常规设计，道岔所用电缆芯线总数将达到800芯以上，如果再考虑电缆的备用芯线数，该站场将会使用48芯电缆20条以上，并且要使用带铝护套的电缆，因此，该项工程的投资将会非常大。在这种情况下，就不能仅仅使用加芯的方法来解决超长控制距离的电动转辙机控制的问题了。

2.2  电动转辙机控制距离与电路中电压的关系

     (1)电动转辙机控制距离的计算

     以采用较多的四线制道岔为例，动作线为3条（表示线不做分析），即定位、反位（2根去线），一根共用回线（简称回线），采用如下的公式计算：

 L =

式中L----芯线长度（m）

    r---电缆单芯每米阻值（0.0235ᾨ）

        i----动作电流（2A）

∆UL---允许电缆线路压降

        ZQ、ZH（去线、回线电缆芯线数）

电动转辙机控制电源为DZ220/DF220，电压为直流220V，转辙机中的电动机额定电压为160V，电动机上的电压公式为：

U电动机=UM=UDZ220/DF220-U室外电缆线路

U室外电缆线路=UDZ220/DF220-UM=220-160=60（V）

U室外电缆线路=∆UL=60（V）

因此，为保证转辙机正常的工作电流和转辙机的额定电压，制线路压降∆UL必须控制在60V以下。而线路越长，线路电阻增加，压降就会越大，超过60V，去、回线就要增加并线加芯，以降低电缆线路阻值，减小∆UL，提高电动机的电压。

   通过前文分析，我们知道影响电动转辙机控制距离的因素除了电缆线路的电阻以外，还有有一个因素就是电动转辙机的控制电压DZ220/DF220。可以考虑提高电动转辙机控制电源DZ220/DF220的电压，在减少电缆芯线加芯并线数量的情况下，提高∆UL，以补偿因线路压降的增加而减少的电动机电压UM。

    （2）提高∆UL的可行性分析

     我们首先分析DZ220/DF220提高对转辙机电路各部分的影响，主要部分第一是电机，转辙机电机是直流串激电机，它可以满足有效值瞬时交流2000V/min不击穿，第二是电缆，信号电缆电气指标是交流500V、直流1000V。只要电动转辙机的控制电压不超过直流1000V的50%，即直流500V，提高电动转辙机的控制电压是没有问题的。

3ZD6型电动转辙机提高控制电压后电路的分析

3.1 电动转辙机控制电源电压与电缆长度芯线数的分析计算

综合技术性和经济性，在设计电动转辙机控制电路时，我们将采用提高电源电压和并线加芯相结合的方式，寻找一个最佳设计方案。以某较大型站场为例，其最远端道岔在3000m以上，近端大于2000m，正常电压供电时设计近端芯线总数在12芯以上，远端在16芯以上。如何减少电缆芯线数量呢？我们首先把电缆芯线数降为正常设计的一半，即远端8芯以下，近端6芯以下。然后针对远端电动转辙机，将控制电压提高到300V，比正常时的220V提高了80V，线路压降∆UL为140V。考虑到近端电动转辙机的电压不能太高，将近端电动转辙机控制电压设置为260V，比正常时的220V提高了40V，线路压降∆UL为100V。通过计算，电动转辙机控制电压为300V、260V时电缆长度和芯线数计算如下：

表3-1   电动转辙机控制电压为300V时电缆长度和芯线数计算表

	序号	DZ 电压 （V）			转辙机 额定电压 （V）		∆UL 线路压降 （V）		工作电流 （A）	ZQ （去线）（根）		ZH （去线）（根）		ZB （表示线） （根）			合计 芯线数（根）				电缆最大长度（m）
	1	300			160		140		2	1		1		1			4				1455
	2	300			160		140		2	1		2		1			5				1940
	3	300			160		140		2	1		3		1			6				2183
	4	300			160		140		2	2		2		1			7				2911
	5	300			160		140		2	2		3		1			8				3493
	6	300			160		140		2	2		4		1			9				3881
	7	300			160		140		2	3		3		1			10				4366
	8	300			160		140		2	3		4		1			11				4990
	9	300			160		140		2	3		5		1			12				5457
	10	300			160		140		2	4		4		1			13				5821
	11	300			160		140		2	4		5		1			14				6468
	12	300			160		140		2	4		6		1			15				6986
	13	300			160		140		2	5		5		1			16				7277
	14	300			160		140		2	5		6		1			17				7938
	15	300			160		140		2	5		7		1			18				8489
	16	300			160		140		2	6		6		1			19				8732
	17	300			160		140		2	6		7		1			20				9404
	18	300			160		140		2	6		8		1			21				9979
	19	300			160		140		2	7		7		1			22				10187
	20	300			160		140		2	7		8		1			23				10866
	20	300			160		140		2	7		9		1			24				11461
表3-2   电动转辙机控制电压为260V时电缆长度和芯线数计算表
	序号		DZ 电压 （V）	转辙机 额定电压 （V）		∆UL 线路压降 （V）		工作电流（A）		ZQ （去线） （根）		ZH （去线） （根）	ZB （表示线） （根）			合计 芯线数 （根）				电缆最大长度（m）
	1		260	160		100		2		1		1	1			4				1030
	2		260	160		100		2		1		2	1			5				1373
	3		260	160		100		2		1		3	1			6				1545
	4		260	160		100		2		2		2	1			7				2060
	5		260	160		100		2		2		3	1			8				2471
	6		260	160		100		2		2		4	1			9				2746
	7		260	160		100		2		3		3	1			10				3089
	8		260	160		100		2		3		4	1			11				3531
	9		260	160		100		2		3		5	1			12				3862
	10		260	160		100		2		4		4	1			13				4119
	11		260	160		100		2		4		5	1			14				4577
	12		260	160		100		2		4		6	1			15				4943
	13		260	160		100		2		5		5	1			16				5149
	14		260	160		100		2		5		6	1			17				5617
	15		260	160		100		2		5		7	1			18				6007
	16		260	160		100		2		6		6	1			19				6179
	17		260	160		100		2		6		7	1			20				6654
	18		260	160		100		2		6		8	1			21				7061
	19		260	160		100		2		7		7	22		7209
	20		260	160		100		2		7		8	1			23				7689
	20		260	160		100		2		7		9	1			24				8110

4.2电转辙机控制电压电流、电机电压与电缆长度的特性

根据电动转辙机在220V、260V、300V电压和0.5A、1.6A、2A电流作用下的计算结果，我们绘制了电缆长度和芯数与电动转辙机电动机电压的特性曲线，由图4-2所示随着控制距离的延长，电动转辙机电动机的电压是在逐渐下降的，控制距离在1000m以上时，通过并线加芯的方法，电动转辙机的电动机电压基本保持控不变。在电动转辙机正常工作时，电动机电流一般在1.6A-2A，电动机电压UM一般在160V-200V之间。从图4-2上来看，通过加芯并线的方法，控制电压在220V、260V、300V电流在1.6A-2A的情况下，电动转辙机电动机电压UM基本上都能保持在160V-200V，通过图4-1的分析，控制距离超过2000m时，控制电压在260V-300V时降芯效果更加明显，300V时加芯数会更少一下，考虑到工程成本，建议控制距离超过2000m的电动转辙机，将其控制电压设定为300V，在实际应用过程中可以根据现场情况适当下调。

4-2 电压电流、电机电压与电缆长度的特性曲线

  结论

本项目来源于实际铁路车站工程，在以往的工程项目中，电动转辙机的控制电源只有直流220V一种，遇到电动转辙机需要远程控制时，工程项目在电缆上的投入是比较大的。通过本项目的研究，证明通过在铁路车站联锁控制系统的电源屏中增加一组300V的电源模块，单独给远端电动转辙机供电，以此来减少电缆芯数，降低工程造价，保证电动转辙机可靠运行的方案是可行的。