交流轉轍機全電子執行單元監測數據采集功能的實現方案

張春瓏

（中鐵第一勘察設計院集團有限公司，陜西 西安 710043）

1 項目背景

黃大鐵路車站設置CTC 行車指揮系統、聯鎖系統、微機監測系統、防雷系統等信號設備。聯鎖系統采用安全冗余型計算機聯鎖設備，97 型25Hz 相敏軌道電路，信號機采用鋁合金機構LED 發光盤，道岔配置三相交流電液轉轍設備。閉塞、聯鎖系統及機車信號地面編碼電路等的室內執行部分均采用全電子執行單元。

全電子執行子系統由電子執行單元、光端機、機柜組成，執行單元分為上下行咽喉執行機，全電子化執行單元由道岔模塊、信號模塊、軌道模塊、其他模塊等組成。模塊采用無觸點式控制技術，具有過載和負載短路自動保護功能，取消了電路熔絲，故障排除后自動恢復；模塊具有電源監測功能，能夠有效判斷出電源斷相、相序錯誤等故障并及時報警；模塊支持熱插拔，允許用戶不間斷系統進行更換。

微機監測系統執行《鐵路信號集中監測系統技術條件》（運基信號[2010]709 號）。在黃大電務公司所在地東營西新建微機監測中心，在東營西、無棣電務工隊設車間機，聯網至東營西基地監測中心，實現網絡化管理。監測本線的聯鎖、閉塞、CTC、智能電源屏、計軸、電碼化等信號設備，實現信號設備運用過程中數據的動態實時的監測、記錄、統計分析。

2 目前狀況

根據《鐵路信號集中監測系統技術條件》（運基信號【2010】709 號）文第 5.1.4.2.2 條：“交流轉轍機監測內容：道岔轉換過程中轉轍機動作功率、電流、動作時間、轉換方向。”第5.1.4.2.3 條：“監測點：電壓采樣在斷相保護器輸入端，電流采樣在斷相保護器輸出端。”

三相交流轉轍機動作功率采集，需同時采集道岔交流轉轍機的三相電壓和三相電流，然后計算功率數值。在繼電電路作為執行部分的計算機聯鎖車站中，微機監測系統對交流道岔繼電控制電路的輔助組合進行了以下修改：

為了獲得交流道岔轉換過程中轉轍機動作功率，在道岔輔助組合第11 位增加設置了交流轉轍機功率采集器，采集斷相保護器輸入端11、31、51 上的電壓，同時將轉轍機交流電源屏380V 電壓的中心線配到監測采集組合，用作三相電源的相電壓采集參考信號。

為了監測交流轉轍機電流，在道岔輔助組合背面繼電器7，8 之間設置了交流轉轍機電流采集傳感器，電流采集穿芯線與原組合配線相同，斷開原有DBQ 與1DQJ/1DQJF 之間的啟動線，按照順序穿過互感器后恢復配線，采集斷相保護器輸出端電流。

圖1 繼電控制電路的三相交流道岔功率采集電路原理圖

圖2 JDF/JDFI/JDFII/TDF 組合背面采集模塊安裝示意圖

為了監測道岔動作的起始和結束時間，以繪制完整的道岔曲線，在道岔輔助組合背面繼電器1，2 之間設置了轉轍機開關量采集器采集道岔1DQJ/1DQJF 的動作狀態；當道岔不動作時，1DQJ/1DQJF 落下，采集模塊4 和5之間的回路處于閉合狀態，此時模塊端子3 上有12V 電壓輸出到采集單元。當道岔動作時，1DQJ/1DQJF 吸起，采集模塊4 和5 之間的回路斷開，模塊端子3 至采集單元的12V 電壓消失，監測程序以此判斷道岔開始轉動。當道岔動作結束時，1DQJ/1DQJF 落下，采集模塊4 和5 之間的回路重新閉合，模塊端子3 至采集單元的12V 電壓恢復，監測程序以此判斷道岔轉動結束。

為了監測轉換方向，采集了道岔輔助組合DBJ、FBJ 分表示狀態，并采集了位于分線盤處對應道岔的定位、反位表示交直流電壓。

繼電控制電路的三相交流道岔功率采集電路原理如圖1 所示，采用采集模塊安裝JDF/JDFI/JDFII/TDF 組合背面的實施方案，如圖2所示。

3 存在的問題

現黃大線信號工程采用電子執行單元代替繼電器作為聯鎖設備的執行部分，微機監測廠家不能再比照繼電電路自行采集相關繼電器接點獲得所需信息。通過電子執行單元維護主機為微機監測系統提供模塊監測信息，維護主機提供一個標準通信接口，可將信號點燈、實時測量的軌道電壓值、道岔的動作情況及電流曲線傳至微機監測系統；模塊具備自檢、報警功能，模塊的工作狀態可傳至微機監測系統。接口如圖3 所示。

本項目也采用三相交流五線制控制電液轉轍機，道岔采用多機牽引，三相交流轉轍機的參數跟實時狀態和時序相關，現有全電子執行單元沒有處理這部分信息的功能，因此傳輸的監測信息中沒有三相交流轉轍機動作的功率等相關數據。該工程前的采用全電子執行單元的線路車站多采用直流轉轍機，未遇過到此問題。

圖3 微機監測和全電子執行單元采集原理圖

圖4 五線制道岔控制結構示意圖

圖5 五線制道岔表示結構示意圖

4 改進方案

為滿足《鐵路車站計算機聯鎖技術條件》（TB/T 3027-2015）具體條文內容“13.5 電子執行單元宜具備室外信號設備運行參數的采集功能，采集到的參數可通過通信通道傳送到信號集中監測等其他設備”的要求，全電子執行單元模塊利用自身模塊采集驅動原理及程序設定原理，即五線制全電子道岔模塊驅動交流五線制轉轍機，由執行聯鎖機下發控制命令來控制道岔的轉動，并實時監測道岔的表示狀態。采用交替采集定位及反位信號方式，形成動態采集波形，通過全電子執行單元維護機監測通道查看表示電壓，交替采集處于定位（或反位）正半波-負半波表示電壓大于30V，四開或相反位置狀態表示電壓小于20V。根據交流五線制道岔采集道岔模塊定位反位的正弦波、負弦波數值，推導并采用合適電壓數值公式，利用程序設定計算后得出電壓值。在電路中增加定反位自閉檢測電路及三相電流檢測元件如圖4 所示，增加定反位電流組合元件如圖5 所示，軟硬件共同實現道岔動作電流曲線、動作電流平均值、動作功率、動作時間和轉換方向的監測，通過CAN 通信口傳送至全電子執行單元維護機，再由維護機再經以太網口提供給微機監測設備使用。

本方案同時新增了過流和短路自動保護功能，過流后有60s 的停止輸出保護，新增了擠岔保護功能及輸入電源檢查功能，能夠檢查輸入的三相電源電壓過高、過低、缺相、逆相等故障，報警并停止輸出。

5 應用意義

通過理論分析、設備功能開發，以及現場監測數據驗證，及時調整完善了設計方案，滿足了現場信號設備狀態監測功能需求，實現了信號設備管理、發現設備隱患、分析設備故障原因、輔助故障處理的監測功能，指導現場維修，提高電務部門維護效率，進而有效保障了行車安全。本文所述技術方案已應用于墩格鐵路改建工程，同時為后續類似工程或技術問題提供可借鑒、有價值的工程技術案例。