現地式道岔監控技術研究與應用*

任建新 蔡小成

(1.湖南省高鐵運行安全保障工程技術研究中心,412006,株洲; 2.湖南鐵道職業技術學院,412006,株洲∥第一作者,副教授)

自我國鐵路實施第六次大提速以來,鐵路信號控制技術實現了跨越式發展。目前,幾乎全部的鐵路正線及干線都配備了基于計算機技術的信號控制系統[1]。2022年,中國國家鐵路集團有限公司發布了《新時代交通強國鐵路先行規劃綱要》,明確提出近期發展目標:鐵路自主創新能力和產業鏈現代化水平全面提升,鐵路科技創新體系健全完善,關鍵核心技術裝備自主可控、先進適用、安全高效,智能高速鐵路率先建成,智慧鐵路加快實現[1]。

道岔是軌道交通運輸系統的關鍵設備,是信號控制系統重點的監督對象。提升道岔運用水平是智能高速鐵路和智慧鐵路建設中最主要的內容之一[2]。現地式道岔技術為最新的道岔技術。開展現地式道岔監控技術的研究是保障全電子化控制及列車控制聯鎖一體化等關鍵技術研發的重要舉措,也是提升道岔運用水平、推動信號控制系統進一步集成化發展的重要舉措。

1 現地式道岔監控技術的技術要求

現地式道岔監控技術是對道岔進行軌旁局部監控的技術總稱。采用了現地式道岔監控技術的裝置即為現地式道岔監控裝置。

現地式道岔監控技術須滿足GB/T 25338.1—2019《鐵道道岔轉轍機第一部分:通用技術條件》技術要求和鐵路建筑物限界要求,并須滿足TB/T 3482—2017《鐵路車站計算機聯鎖技術條件》中有關道岔監控的全部技術要求[3]。此外,現地式道岔監控技術還要滿足以下7項特殊技術要求。

1) 能可靠地實現道岔監控模式切換。常態時,采用聯鎖集中控制模式進行道岔監控;在遇到施工維護或應急處置等情況時,需切換室內外聯控道岔模式,將道岔監控權限下放給現地式監控裝置。

2) 能實現1DQJ(道岔第一啟動繼電器)工作的正確邏輯。采用現地式道岔監控技術時,1DQJ的勵磁電路需要特殊處理,以保障操作互切、道岔單獨鎖閉及道岔解鎖功能的實現。

3) 能實現軌道區段狀態與道岔監控功能的正確邏輯。道岔控制電路需采集DGJ(道岔軌道繼電器)前接點的狀態,通過對DGJ控制電路的特殊化處理,來實現道岔故障鎖閉、占用鎖閉和控制方式切換等功能。

4) 采用現地式道岔監控技術時,聯鎖道岔監控裝置與現地式道岔監控裝置能各自實現道岔位置狀態功能。道岔位置狀態表示電路無需作特殊處理,聯鎖道岔監控裝置和現地式道岔監控裝置通過各自的位置狀態獲取電路來采集道岔位置狀態信息,并能在位置丟失時給予報警。

5) 現地式道岔監控技術允許采用多類型繼電器的定型組合。現地式道岔監控裝置采用的繼電器組合與室內聯鎖系統組合不一定一致。

6) 現地式道岔監控裝置所用電纜不影響聯鎖道岔監控裝置所用電纜。采用現地式道岔監控技術時,電纜需單獨敷設,可與聯鎖系統電纜同溝敷設,但不可共用同根電纜,以確保現地式道岔監控信號與聯鎖道岔監控信號可靠隔離。

7) 其他要求,主要為針對防雷電引入和工程化的設計要求。采用現地式道岔監控技術,必須防止雷電侵入室內電子系統,故宜采用獨立電源供給方式。現地式道岔監控技術應具有廣泛適用性,適用于單動、雙動及多動道岔,適用于單機型、雙機型及多機型的道岔轉轍機組合,適用于普速鐵路、城市軌道交通及地方專用鐵路。

2 現地式道岔監控的關鍵技術

2.1 特殊控制繼電保護的電路設計

現地式道岔監控技術的關鍵技術為繼電器工作狀態確認與現地式道岔監控裝置中各手動式按鈕接點的邏輯。

本文研究的現地式道岔監控技術確定道岔軌道電路的狀態為占用或出清的方式為現場確認方式,而不是軌道電路繼電器接點確認方式。

圖1為現地式道岔監控技術中的特殊電路原理。特殊控制繼電保護的電路設計要點如下:

a) 道岔鎖閉防護繼電器電路

1) 通過1個帶防護罩的非自復式QHA(切換按鈕)來實現聯鎖道岔監控功能與現地式道岔監控功能切換。常態下,道岔由聯鎖道岔監控裝置集中監控;QHA在定位狀態可靠地防護現地局部式1DQJ,其設計電路原理如圖1 e)所示。

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2) 通過DSA(單鎖按鈕)來實現單獨鎖閉,DSA電路原理如圖1 b)所示。

3) 由于不能同時進行定位操作與反位操作,故采用雙按鈕互切操作。雙按鈕互切電路原理如圖1 c)及圖1 d)所示。

2.2 道岔位置狀態的監督功能

采用現地式道岔監控技術時,道岔位置狀態表示電路仍由室外部分和室內部分組成。,為保障道岔位置監控的可靠性,對道岔位置狀態表示電路不做特殊處理;當采用現地式道岔監控技術時,室內聯鎖道岔監控裝置獲取道岔位置狀態信息不受影響。

2.3 現地式道岔監控裝置的電源設計

現地式道岔監控裝置的電源設計方案有兩個:方案一,直接由信號系統電源屏直接供電;方案二,在現地式道岔監控裝置中加裝獨立的電源供給模塊。

2.3.1 方案一

方案一的工作電路示意圖如圖2所示。經分析,方案一將增大道岔轉轍機信號系統工程的電纜用量,使計算機聯鎖系統的電纜用量翻倍(道岔轉轍設備工程項目)。此外,將由室內引出的電源電纜配接在現地式道岔監控裝置控制柜零層,會增加雷電侵入室內計算機設備的可能性,不符合安全要求[4]。可見,方案一存在明顯不足,不建議選用。

圖2 方案一工作電路示意圖

2.3.2 方案二

方案二的電源模塊采用三相對稱電源輸入,能通過室內獨立的三相電源配電柜提供3路輸出電流,包括DC 220 V電流(供直流轉轍機使用)、AC 220 V電流(供轉轍機位置狀態表示設備使用)及DC 24 V電流(繼電器邏輯電源)。

注:JKG—接口柜;ZH—組合柜。

現地式道岔監控裝置控制柜零層的電源模塊電源端子如圖4所示。在現地式道岔監控裝置控制柜零層的電源模塊中,輸出側的DKZ及DKF是1對DC 24 V電源,供現地監控系統特殊繼電器電路使用;AC 380 V電源供交流道岔轉轍機使用;DC 220 V電源供直流道岔轉轍機使用;AC 24 V電源供現地式道岔監控裝置中表示層指示燈使用;PE端子是現地式道岔監控裝置的保護地接線端子,若工程項目中有綜合防雷接地,PE端子可與綜合防雷接地相接[5]。

圖4 現地式道岔監控裝置控制柜零層的電源模塊電源端子示意圖

3 現地式道岔監控技術的應用

本文采用1組CN6118AS道岔開展全部的道岔監控試驗,研究現地式道岔監控技術的應用情況。該組試驗道岔受控于1套有5臺轉轍機的系統(5臺轉轍機型號均為S700K型,其中3臺用于尖軌部分,2臺用于心軌部分)。

首先,工程設計中的現地式道岔監控裝置采用電源獨立供出方式,基于此對現地監控技術實施工程化應用,以驗證技術要求。

其次,電纜敷設是現地式道岔監控裝置安裝施工的重要環節。電纜的放置,要考慮軌道交通停車場及車輛段日后升級擴容的需要,并做了相應預留。試驗道岔的信號系統電纜排布如圖5所示。

注:TDD—提速道岔主組合;TDF—提速道岔輔助組合; FXH—分線盒; D-5—第五個道岔電纜盒。

最后,在現地式道岔監控裝置中,需要新增1臺7方向電纜分線盒,即FXH。監控所用按鈕均在監控機柜中安裝到位,并完成線纜配線。DSA的按鈕配置及現地式道岔監控裝置操作模式均需符合鐵路標準[6]。TDD繼電器組合和TDF繼電器組合的電路參照北京華鐵信息技術有限公司研制生產的TYJL-ADX計算機聯鎖系統S700K五機牽引道岔組合定型原理[7]設計。

根據CN6118AS型道岔的現地式道岔監控技術試驗項目的應用效果,得到如下結論:

1) 采用獨立電源模塊可以有效地防止雷電引入,降低電源屏系統負荷。

2) 現地式道岔監控技術有助于提升道岔應急處置水平,在非正常時,防止人工手搖道岔錯誤發生。

3) 應用現地式道岔監控技術后,道岔監控系統可單機、雙機或多機使用,還可用于專用線鐵路,能替代握柄式道岔操作設備。

4) 應用現地式道岔監控技術,不會對聯鎖集中式監控有負面影響。二者監控優先級明確,道岔運用的可靠性有保障。

5) 聯鎖集中式監控系統與現地式道岔監控裝置的電纜通道各異,可按需在電纜連接箱盒中進行預留。

4 結語

采用現地式道岔監控技術的工程設計及施工需根據鐵路信號工程設計施工的相關規范進行。本文總結了已實施現地式道岔監控技術的項目應用經驗。應用經驗表明,本方案有明確的控制模式優先級,可靠的模式切換功能;其安全性、可靠性、可維護性及可用性達到了信號專業標準。