普速鐵路自動閉塞站間聯系應急傳輸裝置的研究

于海波

（哈爾濱鐵路局哈爾濱電務段,黑龍江 哈爾濱）

概述

目前，普速鐵路自動閉塞（ZPW-2000 系列無絕緣軌道電路設備）站聯信息傳輸通道為站間貫通電纜。當在運用中站聯電纜發生故障時，導致站間聯系信息中斷，影響列車在區間的正常通行，由于站間距離長（一般10 km），查找電纜故障時間長，如果電纜斷裂重新接續時間長（如果是冬天時間更長），很容易造成D21 事故，這種情況下對運輸生產影響較大。

根據用戶實際需求，為降低對行車的影響，提出采用便攜式應急裝置先恢復再搶修的應急處理方案。

1 系統結構

替代站間聯系電纜的實現方案主要考慮極性電壓的可靠識別、安全信息傳輸、驅動極性電壓安全輸出、站間光通道的適應性，如圖1 所示。系統包括本站應急傳輸裝置、鄰站應急傳輸裝置、終端設備及站間FE 光通道。其中，終端設備可使用筆記本電腦。另外，站間通道可利用邏輯檢查在用1 路光通道。

圖1 應急傳輸裝置系統結構圖

當站間聯系電纜出現故障，兩站分別將站間聯系電纜從分線盤拆下，通過應急裝置配套線束對應直接連接至分線盤端子上，用光纖跳線將應急傳輸裝置與區間邏輯檢查設備在用的站間光通道連接到一起，用信號機械室照明電給應急傳輸裝置供電，當應急傳輸裝置顯示站間通道連通時，站間聯系電路信息通過應急傳輸裝置傳遞到對方站，恢復站間聯系電路正常工作。

圖2 所示為應急傳輸裝置采用便攜式機箱結構。

圖2 應急裝置結構示意圖

應急傳輸裝置正面示意圖如圖3 所示，應急傳輸裝置的供電、光通道、電源、繼電器、USB 接口、以太網口、電源/繼電器設置等接口連接均在面板上操作。并設置了電源供電表示燈、通信狀態表示燈、裝置報警表示燈、輸出極性電壓表示燈、驅動繼電器表示燈。

圖3 應急傳輸裝置正面示意圖

2 工作原理

應急傳輸裝置主要包括主控卡（MCU）、輸入輸出卡（IOU）、電源卡（PCU）、顯示連接卡、總線板、防護板及光轉換器，見圖4。

圖4 應急傳輸裝置原理框圖

應急傳輸裝置共有12 路采集本站向對方站發送電源電壓接口和12 路對方站向本站發送電源電壓接口。這里我們把本站向對方站發送電源電壓稱之為“電源”，把對方站向本站發送電源電壓稱之為“繼電器”。其中，雙極性“電源”共4 路，單極性“電源”共8路；雙極性“繼電器”共4 路，單極性“繼電器”共8 路。使用時根據現場實際站間聯系電路情況進行選用。

2.1 雙極性電路工作原理

如圖5 所示，以哈佳線站間聯系電路為例，當乙站1GJ↑、GJ↑時，正極性的直流電壓接入應急傳輸裝置，應急傳輸裝置雙CPU 將直流電壓的模擬信號轉換為數字信號，然后乙站的應急傳輸裝置通過站間光通道將數字信號傳遞給甲站的應急傳輸裝置，甲站將接收到的數字信號通過應急裝置的雙CPU 進行譯碼，最后驅動DJ（鄰）↑、2GJ↑，此時繼電器兩端電壓為正極性。

圖5 雙極性電路工作原理圖

當乙站1GJ↓、GJ↑時，負極性的直流電壓接入應急傳輸裝置，應急傳輸裝置雙CPU 將負極性的模擬信號轉換為數字信號，然后乙站的應急傳輸裝置通過站間光通道將數字信號傳遞給甲站的應急傳輸裝置，其次甲站將接收到的數字信號通過應急傳輸裝置的雙CPU 進行譯碼，最后驅動DJ（鄰）↑、2GJ↓，此時繼電器兩端電壓為負極性。

當乙站GJ↓、DJF↓時，乙站應急傳輸裝置沒有采到電壓，因此，甲站應急傳輸裝置沒有輸出驅動電壓，則DJ（鄰）↓、2GJ↓，此時繼電器兩端電壓為0。

2.2 單極性電路工作原理

如圖6 所示，當甲站GJ↑時，直流電壓接入應急傳輸裝置，應急傳輸裝置雙CPU 將直流電壓的模擬信號轉換為數字信號，然后甲站的應急傳輸裝置通過站間光通道將數字信號傳遞給乙站的應急傳輸裝置，其次乙站將接收到的數字信號通過應急裝置的雙CPU 進行譯碼，最后驅動GJ（鄰）↑吸起。

圖6 單極性電路工作原理

當甲站GJ↓時，甲站應急傳輸裝置沒有采到電壓，因此，乙站應急傳輸裝置沒有輸出驅動電壓，則GJ（鄰）↓，此時繼電器兩端電壓為0。

3 項目關鍵技術研究

應急傳輸裝置產品研發、設計、制造、應用及維護滿足《Q/CR 623-2017 基于光通信的站間安全信息傳輸系統》[1]規定的要求，采用雙CPU 硬件結構、輸出驅動源采用動態脈沖，并按“二取二”原則輸出、驅動執行單元采用“安全與”硬件電路等措施保證設備故障導向安全；數據的傳輸滿足《TB/T 3528.1-2018 鐵路信號安全通信協議 第1 部分：Ⅰ型協議》[2]的要求，采用了時間戳、超時檢查、源標識符SID 識別、接收錯誤時反饋消息及32 位CRC循環冗余校驗和32 位系統檢測字雙重校驗等安全防御技術。有效地克服了數據接收時可能出現的數據幀重復、數據幀丟失、數據幀插入、數據幀次序混亂、數據幀錯誤及數據幀傳輸超時等六種安全威脅，保證了控制信息的功能安全[3]。

3.1 雙極性電壓的采集與識別

雙極性電壓的極性是根據電路中相關繼電器動作條件決定的，應急傳輸裝置只與分線盤站間聯系電路接線端子連接，來獲得本站送到對方站電壓的極性，為了保證極性電壓采集的準確性，在采集電壓入口增加防護電路，并確定電壓有效范圍在DC15V～DC 60V、DC-60V～DC -15V 間。如圖7 所示，在應急裝置中增加站間聯系電路線間直流電壓極性鑒別電路，并通過光電隔離輸出，將電壓極性變成開關量信息，再由應急裝置雙CPU 采集，傳輸到對方站應急傳輸裝置。

圖7 雙極性電壓的采集與識別原理框圖

3.2 驅動繼電器電壓的輸出

本站應急傳輸裝置接收到對方站應急傳輸裝置極性電壓，也因為應急傳輸裝置只與分線盤站間聯系電路接線端子連接，為了保證電壓極性安全地驅動繼電器，在應急傳輸裝置內部設置小型繼電器，該繼電器為故障導向安全繼電器，安全完整性等級達到SIL4級。如圖8 所示，選擇用2 個JWXC-1700 安全型繼電器（1 個是正電繼電器，1 個是負電繼電器），由應急傳輸裝置驅動，當收到對方站傳遞信息為正極性電壓時，驅動正電繼電器；當收到對方站傳遞信息為負極性電壓時，驅動負電繼電器。

圖8 繼電器驅動原理圖

3.3 適應邏輯檢查設備在用FE 光通道

應急傳輸裝置利用區間邏輯檢查設備在用的站間通道實現站間聯系信息的傳輸，在哈爾濱局管內邏輯檢查設備使用站間光通道有兩種類型，一種是同一個IP 網段內的FE 光通道（2 層通信通道），這種通道占絕大多數；另一種是在兩個網段的FE 光通道（3 層通信通道），需要設置IP 地址和網關地址，這種通道較少，哈爾濱局管內普速自動閉塞線路有7 個。為了適應區間邏輯檢查設備使用的2 種類型站間FE 光通道，選擇通用光通信轉換模塊。

4 結論

本應急傳輸裝置適用于普速鐵路自動閉塞（ZPW-2000 系列無絕緣軌道電路設備）站間聯系信息的傳輸，解決普速鐵路自動閉塞線路運用中發生站聯電纜故障恢復時間較長的問題，為實現先恢復再搶修的應急處理提供了解決辦法?，F場實際試驗，應急裝置能適應區間邏輯檢查設備使用的站間FE 光通道,僅用15 分鐘完成站間聯系電路的恢復使用，這種快速恢復站間聯系電路正常工作采取的技術措施，大大降低了對運輸生產的影響。