烏茲別克斯坦鐵路平交道口防護系統設計

王 杰

(中鐵第一勘察設計院集團有限公司,西安 710043)

烏茲別克斯坦鐵路線平交道口多,分布密集,多位于公路人流和車流較大的交通區域,對平交道口的安全性要求高,防護設備的配置要求車列經過道口時能夠及時自動發出警報,對于有人看守道口還要求能夠有效阻止搶行車輛進入道口同時亦可使困在道口內的車輛及時駛出,有效保證鐵路道口的運營安全。Tukimachi至Angren鐵路線全長約114 km,共有14處道口要求配置道口自動通知[1-4]、道口自動信號[1-5]設備,其中11處有人看守道口還要求配置自動欄木[1-5]和道口阻隔設備(以下簡稱“COD”),COD能夠實現對道口的冗余安全防護。道口自動通知、自動信號、自動欄木和COD要求相互關聯,按照俄羅斯技術標準形成一套遵循安全動作邏輯的高安全性道口防護系統。

1 平交道口防護系統的構成

1.1 有人看守道口防護系統的構成

位于車站和區間的有人看守平交道口配備繼電型道口防護系統。道口防護系統由公路防護信號機、公路報警電鈴、半式欄木、計軸軌道檢查裝置、控制盤[1-4]、遮斷保護信號機[2]、道口電源、道口阻隔設備(COD)、電纜和繼電邏輯控制設備[1]構成。區間平交道口需要獨立配置遮斷保護信號機,站內平交道口利用地面主體列車和調車信號機作為其遮斷保護信號。道口繼電邏輯控制設備將道口各組成設備按照規定的安全動作邏輯關系互相聯系起來自動工作。其中用于道口自動通知的計軸設備、道口電源設備和遮斷保護信號機采用中國設備,其他設備均采用俄羅斯設備。區間有人看守平交道口防護系統簡要構成見圖1。區間有人看守道口典型設備布置見圖2。

圖1 區間有人看守平交道口防護系統簡要構成

圖2 區間有人看守道口典型設備布置(單位：m)

1.2 無人看守道口防護系統的構成

位于區間的無人看守平交道口也配備繼電型道口防護系統。道口防護系統由公路防護信號機、公路報警電鈴、計軸軌道電路、道口電源、電纜和繼電邏輯控制設備構成。

2 道口接近通知時間及接近通知距離

道口接近通知時間[1-4]及接近通知距離[1-4]采用烏茲別克斯坦本地計算方法得來,通常單線鐵路區間道口公路僅與一條鐵路線平交,道口防護的寬度為12 m,道口接近通知時間為30 s。結合本線120 km/h的設計速度道口接近通知距離為1 km,站內道口由于經過線路數量不一樣，接近通知時間和接近通知距離各不相同,需要根據不同道口防護的寬度和列車最高運行速度等條件計算確定。

道口自動通知采用計軸設備,站內道口接近通知計軸點和恢復計軸點與站內用于區段檢查的計軸點盡量合用,區間道口的接近通知計軸點和恢復計軸點獨立設置,計軸設備根據計算設置在區間道口附近,區間道口計軸設備布置示意如圖2所示。

3 道口報警方案

3.1 列車報警方案

3.1.1 站內道口列車報警方案

(1)發車報警方案

發車按一次通知[3,6]設計。列車從股道發車,股道占用發車進路建立后發出道口告警通知信號,出站信號機延時1 min開放,道口收到列車接近告警通知信號后聲光信號自動報警,道口欄木和COD延時動作。

(2)接車報警方案

接車按一次通知設計。接車時列車壓入計軸接近通知點時發出接車接近告警通知信號,道口收到接近通知信號后聲光信號自動報警,道口欄木和COD延時動作。

(3)通過報警方案

列車通過按一次通知設計。當有通過進路時列車壓入報警點(一般為股道另一端入口計軸點處)且前方出站信號開放時發出道口告警通知信號,如果告警時間太長影響公路通行，則在列車壓入報警點內方后延時發出告警通知信號,道口收到列車接近告警通知信號后聲光信號自動報警,道口欄木和COD延時動作。

3.1.2 區間道口報警方案

道口報警按一次通知[2,4,6]設計。列車壓入計軸接近通知點,接近通知軌道繼電器落下經道口復原電路物理判斷后發出道口告警通知信號,道口收到列車接近告警通知信號后聲光信號自動報警,道口欄木和COD延時動作。

3.2 站內調車報警方案

調車報警按一次通知設計。當辦理了經過道口的調車進路后，進路建立調車信號開放,調車信號機接近區段有車占用時發出告警通知信號,道口欄木和COD延時動作。

3.3 非聯鎖區調車防護信號報警方案

道口值班員在道口控制盤上先按壓道口關閉按鈕,道口提前關閉,再按下調車信號按鈕,當半式欄木關閉到位后非聯鎖區調車信號立即開放,司機視道口情況進行調車作業；當值班員確認調車車列完全出清道口后,拔出調車信號按鈕和按壓道口恢復按鈕,道口防護系統自動恢復。

3.4 道口遮斷防護信號與閉塞和信號聯鎖方案

站內道口通過地面主體信號機進行防護,當道口發生突發緊急情況時,道口看守員破鉛封按壓道口遮斷保護信號按鈕,此時防護道口的列車主體進出站信號機不能開放,調車信號也不能開放,站內聯鎖需要不間斷檢查遮斷保護信號按鈕是否按下信息。

對于區間道口,當往道口所在區間辦理閉塞或發車時,聯鎖要檢查道口遮斷保護信號按鈕的狀態,如果該按鈕按下遮斷保護信號開放紅燈,則不能辦理區間自動站間閉塞,車站出發信號機不能開放。遮斷保護信號的開放方式采用道口控制盤人工開放方式。

3.5 道口防護系統復原方案

3.5.1 站內道口復原方式

站內道口為人工復原,由道口值班人員人工確認車列出清道口后按壓道口恢復按鈕(也是欄木保持按鈕)使道口復原。雖然采用人工復原,但是人工復原是建立在自動復原基礎之上的,即當車列出清道口所在區段時聯鎖經過運算使相關道口通知報警繼電器恢復給出道口自動復原條件,此時可對道口進行人工復原,否則,按下道口人工復原按鈕道口也不能進行復原。站內道口采用自動報警人工復原，故被稱為半自動操作模式。

3.5.2 區間道口復原方式

區間道口為自動復原,由道口專用計軸設備給出道口復原所需的恢復條件,即接近和到達軌道區段條件,當列車出清道口恢復通知計軸點即構成道口復原電路復原條件,經道口復原電路進行物理判斷后道口報警繼電器重新勵磁吸起報警條件解除,道口防護系統自動恢復。區間道口采用自動報警自動復原，故被稱為自動操作模式。

3.5.3 道口人工復原方式

有人看守道口在自動告警設備失效情況下可通過道口控制盤人工關閉和打開道口,按下控制盤“關閉”按鈕可打開道口信號機和關閉道口欄木,當火車通過道口后拔出道口“關閉”按鈕,按壓“打開”按鈕可關閉道口信號機和打開道口欄木。

COD設備的自動升起與降落是與欄木一起動作的,因此沒有設置獨立升起的關閉和打開按鈕。但COD控制盤上設置有出口1和出口3兩個人工打開出口按鈕,用于在特定情況下打開和關閉出口1和出口3的阻隔設備放行公路車輛。

3.6 站內道口報警與車站聯鎖的接口

站內道口的報警時機都是由車站聯鎖實現的,車站與道口的信息交換采用繼電接口,聯鎖根據報警方案驅動道口發車通知繼電器、接車通知繼電器、通過通知繼電器、調車通知繼電器,車站通過聯系電纜向道口傳遞這些告警信息,再由道口收到的告警通知繼電信息觸發道口箱的告警繼電器使道口防護系統自動工作。

4 獨特的道口防護系統

4.1 道口閃光電路的工作特點

道口在收到接近通知告警信息后,通過觸發脈動發生器觸發兩個動作時序相反的脈動繼電器,脈動繼電器從收到道口接近通知告警信息后持續工作到道口報警條件解除(半式欄木升起到垂直位置)后才停止工作,由于脈動繼電器直接用于公路信號機點燈故同時配有脈動監督電路,脈動監督電路對脈動繼電器工作狀態進行監督并報警。

4.2 道口防護信號機及電鈴的工作特點

道口防護信號機點燈電路由脈動繼電器、脈動監督繼電器、道口報警繼電器、燈絲繼電器等條件構成,在收到道口接近通知報警條件后公路防護信號機開始交替閃紅燈,同時室外電鈴開始鳴響,電鈴在半式欄木完全降低到水平位置后自動停止鳴響,待道口報警條件解除,半式欄木完全恢復到公路通行位置后公路信號機停止閃紅燈進入滅燈狀態。無人道口公路信號機采用三燈位平時閃白燈,電鈴在道口報警期間內一直鳴響。

4.3 半式欄木操作方式

站內道口半式欄木采用半自動操作方式,區間道口半式欄木采用自動操作方式。半式欄木操作方式與道口防護系統復原方案相對應。

4.3.1 半自動操作方式

半自動操作方式為欄木自動落下,人工操作升起。即當道口收到接近通知告警信息后,半式欄木延時自動降落,半式欄木的降落依靠其自身重力,當其完全降低到水平位置后關閉道口,當車列出清道口所在區段后,道口自動報警條件解除,此時按下道口人工復原按鈕給出道口復原條件,道口報警繼電器恢復吸起后欄木不會立即動作,而是先動作COD,待其完全恢復到與地平面平齊位置時,欄木才觸發欄木動作繼電器開始升起,欄木升起依賴于動作繼電器控制的電動機。半式欄木在自動落下過程中還具有保持功能,即當道口信號機上的燈光保持閃爍時按壓自復式欄木保持按鈕，可將道口欄木桿支撐在最高位置。

4.3.2 自動操作方式

自動操作方式為欄木自動落下和升起，由其防護系統本身完成,中間沒有人工干預環節。自動操作方式和半自動操作方式的區別僅在于報警繼電器的復原方式不同,自動方式為列車通過道口后,道口復原電路自動判斷給出道口報警繼電器復原條件使其重新勵磁,半式欄木在COD關閉后自動升起打開道口,半自動方式則需要人工確認按壓復原按鈕道口報警繼電器才能重新勵磁。自動操作方式半式欄木亦具有保持功能。

4.4 COD操作模式

COD為道口冗余安全防護設備,由4個獨立的且共同操作的阻隔防護板[7]組成,帶雷達交通探測傳感器,采用自動操作模式,與自動和半自動模式下的防護系統和半式欄木通過繼電邏輯電路相互關聯一起動作,4個阻隔設備的布置見圖2。當自動欄木降低到水平位置后,雷達探測傳感器檢測到阻隔防護板上面沒有車輛和行人時，COD通過時間延遲模塊延時動作升起地面阻隔防護板防護由公路向道口闖入的車輛,從地面起到對闖入車輛的絕對物理阻隔作用,此時阻隔防護板朝著要進入鐵路道口的來車方向與地面呈35°左右的夾角。當列車通過道口道口防護系統解除報警后,COD通過自身系統的電動轉轍機動作阻隔防護板，使其自動恢復進入表層公路地平面位置,待系統檢測到COD完全恢復到位后,觸發欄木升起條件使其自動升起道口重新打開。COD阻隔防護板工作示意見圖3。

圖3 COD阻隔防護板工作照片

4.5 道口控制盤表示燈和按鈕的設置

道口控制盤用于實現對道口設備工作狀態的監控和道口值班員進行本地操作。

有人道口設有2個道口控制盤,1個道口信號控制盤,1個COD控制盤。道口信號控制盤設有表示燈對公路防護信號機、遮斷保護信號機、道口閃光、道口接近通知、道口電源、非聯鎖區調車防護信號等對象進行監控；控制盤上設有道口關閉打開按鈕、道口恢復按鈕(欄木保持按鈕)、遮斷保護信號打開按鈕、計軸復零按鈕等實現道口值班員對道口設備的人工控制要求。

COD控制盤設有表示燈對4個道口阻隔防護板、4個雷達探測傳感器和COD設備工作是否正常進行監控；控制盤上設有4個按鈕,2個人工打開出口按鈕用于特定情況下公路車輛沒有出清道口時人工打開出口1和出口3放行公路車輛,1個雷達探測檢查按鈕用于獨立對雷達探測設備進行故障檢查,1個COD設備正常工作按鈕用于故障情況下斷開與半式欄木自動動作的條件。

4.6 道口電源

道口設備的供電,采用一主一備2路電源獨立輸入,主備電源經切換輸出。電源屏內采取兩級輸入防雷保護和接地措施,確保系統安全可靠運行。

道口電源屏采用智能模塊化電源屏,電源屏容量為4 kVA,現場同時配置室外型UPS,UPS持續供電時間不小于1 h。道口電源屏輸出2路電源,一路不經過UPS切換輸出,一路經UPS輸出電源。不經過UPS輸出電源供給：COD 、半式欄木、室內外照明、維修；經UPS輸出電源供給以下8種單元：計軸設備、遮斷保護信號、道口信號機點燈、控制邏輯電路、控制盤按鈕電路、控制盤表示燈、道口與車站聯系電路、無線列調系統。

4.7 道口信號的遠程監控

道口信號的遠程監控由臨近車站聯鎖實現,監控信息通過道口車站聯系電纜傳遞給臨近車站。道口向臨近車站傳遞的繼電監控信息主要包括：反映道口關閉開放狀態的繼電信息、反映道口設備是否故障的繼電信息、反映非聯鎖區防護道口的調車信號關閉與開放的繼電信息和反映無人道口專用計軸設備是否故障的繼電信息等,這些信息被聯鎖采集后集中在控制臺上進行反映,供車站值班員監督。

5 道口邏輯控制電路采用的俄羅斯繼電器和電阻電容器

5.1 俄羅斯繼電器

道口控制電路中采用的俄羅斯繼電器型號主要有：ТШ-65В,1Н-340,АНШМ2-310,НМПШ2-400,НМШ2-900,НМШ1-400,ОМШ2-46,АНШ2-1230,НМШМ1-360,НМШМ1-180,НМШМ1-1120,НМШ3-460/400,НМШ2-4000,НМШ1-1440,МШМ2-3000,ПМПУШ150/150,НМПШЗМ-0,2/250,АПШ-24。繼電器額定工作電壓為DC12V,接點組通常為8組,部分繼電器僅4組奇數接點組可用,部分繼電器僅4組偶數接點組可用。俄羅斯繼電器規格不統一,其中ТШ-65В為大繼電器,其規格為18.6 cm(高)×8.0 cm(寬),小繼電器規格為11 cm(高)×8.0 cm(寬)。中國繼電器規格一般為15.7 cm(高)×4.8 cm(寬)。

5.2 俄羅斯電阻電容器

道口控制電路中采用的電阻電容器型號主要有：КБМШ-1А,КБМШ-4A,КБМШ-4,КБМШ-5,КБМШ-6,ЬКР-76,БКШ-1等類型,經過組合可以滿足不同電路對阻容元件的不同延時需求。電阻電容器安裝設計為繼電器插拔式,在組合中占用一個俄羅斯小繼電器的位置。

6 道口設備本地安裝要求

6.1 道口控制柜的安裝

根據烏茲別克斯坦本國平交道口現狀,道口房僅能滿足道口值班員使用,沒有道口控制設備安裝空間,道口防護系統控制設備采用設置室外機柜方案,Tukimachi至Angren鐵路線也采用設置室外機柜方案,設置的道口室外機柜主要包括電池柜、電源柜、計軸柜、道口信號控制柜和COD控制柜,其中計軸柜和COD控制柜各道口根據具體情況配置。道口信號控制柜,COD控制柜采用俄羅斯機柜,其他機柜采用中國機柜。在中國電源設備、計軸控制設備都安裝在室內,本線設置室外機柜,為滿足本線特殊環境條件要求,室外機柜在生產過程中采取了專門的隔熱通風防寒防盜措施。區間有人看守道口室外機柜布置示意見圖2。

6.2 俄羅斯道口控制柜的布置

俄羅斯道口室外控制機柜的規格為1 735 mm(高)×985 mm(寬)×635 mm(深),控制柜從下到上依次布置為保險電阻等零散設備占一層空間,零層端子板占兩層空間,然后是繼電器安裝層,機柜出廠時繼電器層按照俄羅斯小繼電器規格布設8層安裝位置,一層可以安裝8個俄羅斯繼電器。

7 結語

烏茲別克斯坦Tukimachi至Angren鐵路線道口防護設備已于2010年8月開通運營,設備自投入運營以來一直運行穩定可靠,有效地保證了平交道口的運營安全。目前在我國鐵路營業線上安裝平交道口信號設備的道口共有2 000多處,在世界其他國家和地區鐵路平交道口也廣泛存在,在鐵路道口上裝設合適、安全、可靠的防護設備是保障鐵路行車安全、提高運輸效率、實現交通運輸的安全、正點、暢通目標的必要手段。

[1] 秦滎英.DX3型道口信號設備[M].北京：中國鐵道出版社,1994．

[2] 中華人民共和國鐵道部.TB10070—2000/J76—2001,鐵路區間道口信號設計規范[S].北京：中國鐵道出版社,2001.

[3] GB 10493—89,鐵路站內道口信號設備技術條件[S].

[4] GB 10494—89,鐵路區間道口信號設備技術條件[S].

[5] 俄聯邦交通部.UDC 656.2(083.96),俄羅斯聯邦鐵路鐵路技術管理規程[S].莫斯科：“榮譽”勛章運輸出版社,1993.

[6] 何文卿.6502電氣集中電路[M].北京：中國鐵道出版社,1985.

[7] 楊冰梅,薛駿,王黎,等.鐵路道口預警與防護系統綜述[J].鐵道技術監督,2007(11)：28-32.