膠濟(jì)線站間信息安全傳輸系統(tǒng)的應(yīng)用分析

李衛(wèi)鋒 黃仁清

（中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，成都 610031）

2006年在膠濟(jì)鐵路線高密至即墨段提速250 km/h改造工程中，利用光纖通道，西門(mén)子AzS（M）350U型站間信息安全傳輸系統(tǒng)首次進(jìn)行了站間透明信息6GJ、7GJ（機(jī)車(chē)信號(hào)L4、L5碼）的傳輸。2008年，膠濟(jì)客運(yùn)專(zhuān)線（簡(jiǎn)稱(chēng)“膠濟(jì)線”）工程從濟(jì)南東（含）至即墨（不含）段各站均采用該系統(tǒng)成功進(jìn)行了站間透明信息傳輸（方向電路信息除外），并積累了一定的工程經(jīng)驗(yàn)，對(duì)以后類(lèi)似工程的設(shè)計(jì)有較好借鑒和參考作用。

1 傳統(tǒng)站間聯(lián)系電路方式

1.1 傳輸通道

以電氣化區(qū)段ZPW-2000（UM）系列軌道電路組成的四顯示自動(dòng)閉塞區(qū)段為例，其傳輸通道一般采用國(guó)產(chǎn)SPTYWL23型綜合扭絞數(shù)字信號(hào)電纜，控制距離一般按10 km設(shè)計(jì)。為節(jié)省電纜，聯(lián)系電路采用JWXC-1000型和JPXC-1000型繼電器。為防止電路接點(diǎn)轉(zhuǎn)換過(guò)程中信號(hào)閃燈，JWXC-1000型繼電器需要設(shè)計(jì)JWXC-H340型復(fù)示繼電器。

1.2 傳輸信息

（1）站間透明信息

分界點(diǎn)運(yùn)行方向前方分區(qū)向后方分區(qū)傳輸信號(hào)機(jī)燈絲DJ、軌道繼電器1GJ～6GJ（最高碼序?yàn)長(zhǎng)5，以下同）、小軌道繼電器XGJ（納入閉塞控制時(shí)）信息；分界點(diǎn)運(yùn)行方向后方分區(qū)向前方分區(qū)傳輸GJ、XGJ（納入閉塞控制時(shí)）信息。站間距離較短時(shí)，還應(yīng)考慮進(jìn)站信號(hào)機(jī)LXJ、ZXJ、YXJ、LUXJ、TXJ、1DJ、UUSJ的傳輸信息及出站信號(hào)機(jī)LXJ等的傳輸信息。

（2）方向電路控制信息

主要含監(jiān)督區(qū)間軌道空閑條件信息JQ、JQH和方向電路控制信息FQ、FQH。

1.3 傳統(tǒng)站間聯(lián)系電路的缺點(diǎn)

（1）采用多芯信號(hào)電纜傳輸，工程投資大。

（2）電纜故障不易查找排除。

（3）信息交換容量有限，不利于提速改造。

（4）受站間閉塞電路中電阻電容老化、閉塞電源性能下降的影響，閉塞電路會(huì)隨時(shí)間推移而出現(xiàn)工作不穩(wěn)定現(xiàn)象。

（5）電纜傳輸通道對(duì)設(shè)備防雷、電磁兼容要求高，傳輸距離和抗干擾能力比光纜通道差。

2 西門(mén)子AzS(M)350U型站間信息安全傳輸系統(tǒng)

西門(mén)子AzS（M）350U型站間信息安全傳輸系統(tǒng)采用基于SIMIS計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的符合故障-安全的二取二結(jié)構(gòu)，具有1個(gè)用于連接任何聯(lián)鎖系統(tǒng)的通用接口，該接口采用繼電器接點(diǎn)輸出，光耦輸入。站間信息的傳輸主要利用光纜進(jìn)行信息交換，完成站間信息采集、輸出以及站間聯(lián)系信息傳輸功能。

2.1 系統(tǒng)組成

該系統(tǒng)僅作為信息通道方案時(shí)，由4部分組成：信息安全傳輸設(shè)備、調(diào)制解調(diào)器、通道轉(zhuǎn)換設(shè)備及不間斷電源，這4部分全部放置于1個(gè)23U的機(jī)柜內(nèi)，系統(tǒng)組成如圖1所示。需注意：當(dāng)用戶(hù)只能提供一個(gè)站間通道時(shí)，不需要通道轉(zhuǎn)換設(shè)備和備用調(diào)制解調(diào)器。

站間信息的傳輸是適時(shí)、雙向的。信息傳輸設(shè)備采集本站站間透明信息的接點(diǎn)條件，經(jīng)編碼后通過(guò)站間通道傳送到鄰站的信息傳輸設(shè)備，解碼后驅(qū)動(dòng)鄰站的相應(yīng)繼電器，輸入與輸出一一對(duì)應(yīng)。1個(gè)站的信息傳輸設(shè)備在傳輸信息量允許的情況下，可向2個(gè)咽喉傳送數(shù)據(jù)。

2.2 主要技術(shù)性能

（1）信息數(shù)量：站間最大可雙向傳送24路信息。

（2）傳輸速率：9 600 bit/s或1 200 bit/s。

（3）傳輸可靠性：漢明距離= 964 bit安全碼。

（4）輸入：光電耦合。

（5）輸出：繼電器接點(diǎn)或驅(qū)動(dòng)復(fù)示繼電器。

（6）通道：主、備用通道自動(dòng)切換；主、備用通道均中斷或受到干擾時(shí)，設(shè)備將所有的輸出置于安全狀態(tài)。如果設(shè)備重新完成連接，則又自動(dòng)返回信息傳送的實(shí)際狀態(tài)。

2.3 膠濟(jì)線站間信息傳輸概況

膠濟(jì)線只進(jìn)行了站間透明信息（自動(dòng)閉塞站間聯(lián)系條件）的傳輸，典型的站間信息傳輸內(nèi)容及傳輸結(jié)構(gòu)如圖2所示。需注意：圖2為昌樂(lè)至濰坊間上行方向傳輸內(nèi)容，下行方向傳輸原理同上。傳輸通道采用光纜，控制距離不小于40 km，輸入為繼電器接點(diǎn)閉合信息，輸出繼電器采用JWXC-1700型。

由圖2可以看出，每個(gè)進(jìn)站口方向需要輸入9路信息、輸出2路信息，每個(gè)咽喉需要輸入11路信息、輸出11路信息，共計(jì)22路信息。膠濟(jì)線站間信息安全傳輸系統(tǒng)采用雙通道熱備自動(dòng)轉(zhuǎn)換裝置保證傳輸通道的可靠性。為降低傳輸設(shè)備故障對(duì)行車(chē)運(yùn)輸?shù)挠绊懛秶z濟(jì)線對(duì)應(yīng)車(chē)站每個(gè)咽喉采用1套西門(mén)子站間信息安全傳輸系統(tǒng)，因此，每個(gè)車(chē)站（含中繼站）需要2套站間信息安全傳輸系統(tǒng)。

2.4 經(jīng)濟(jì)效益分析

膠濟(jì)線工程從濟(jì)南東（含）至即墨（不含）段線路全長(zhǎng)304 km，含10個(gè)車(chē)站、8個(gè)中繼站，共設(shè)置站間信息安全傳輸系統(tǒng)34套，合計(jì)578萬(wàn)元。全段鋪設(shè)SPTYWL23型12芯電纜約792萬(wàn)元，全段鋪設(shè)GYTA53型4芯單模光纜約165萬(wàn)元。采用站間信息安全傳輸系統(tǒng)和電纜傳輸方向電路的方式共需投資約1 535萬(wàn)元。

若采用傳統(tǒng)站間聯(lián)系電路，全段需鋪設(shè)SPTYWL23型42芯電纜約1 782萬(wàn)元；全段站間透明信息站間聯(lián)系電纜需要防雷保安器約816只，計(jì)36.7萬(wàn)元；分線柜防雷底座約20層，計(jì)11萬(wàn)元；防雷分線柜約9個(gè)，計(jì)31.5萬(wàn)元。采用傳統(tǒng)站間聯(lián)系電路，共需要投資約1 861.2萬(wàn)元。

綜上所述 ，膠濟(jì)線從濟(jì)南東（含）至即墨（不含）段采用站間信息安全傳輸系統(tǒng)比采用傳統(tǒng)站間聯(lián)系電路節(jié)省投資約1 861.2-1 535=326.2萬(wàn)元，平均每公里節(jié)省投資約1.07萬(wàn)元，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

3 站間信息安全傳輸系統(tǒng)的功能擴(kuò)展方案

膠濟(jì)線西門(mén)子AzS（M）350 U型站間信息安全傳輸系統(tǒng)只進(jìn)行站間透明信息的傳輸，結(jié)合目前站間信息安全傳輸系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展和達(dá)成線的實(shí)驗(yàn)情況，采用安全信息傳輸系統(tǒng)設(shè)備實(shí)現(xiàn)站間閉塞和方向電路控制，其功能擴(kuò)展方案主要有以下2個(gè)。

3.1 傳統(tǒng)繼電電路的控制方案

根據(jù)信息傳輸設(shè)備的特點(diǎn)，該設(shè)備只能一一對(duì)應(yīng)傳輸“0”（斷開(kāi)）、“1”（閉合）信號(hào)，因此，需將四線制方向電路進(jìn)行改進(jìn)，將本站方向電路的狀態(tài)傳輸?shù)洁徴荆⒏鶕?jù)鄰站傳來(lái)方向電路的狀態(tài)（改方操作）實(shí)現(xiàn)運(yùn)行方向的改變。信息傳輸系統(tǒng)僅完成信息傳輸，而由改進(jìn)型方向電路實(shí)現(xiàn)改方／輔助改方邏輯功能。

信息傳輸設(shè)備啟動(dòng)時(shí)，設(shè)備隨機(jī)選擇1個(gè)車(chē)站為發(fā)車(chē)站。若未進(jìn)行改方操作，則該站一直為發(fā)車(chē)站，改方操作后，該站一直為接車(chē)站，直到再次改方操作。

電路的改進(jìn)措施可以取消方向電源和監(jiān)督區(qū)間電源，用KZ/KF代替，取消二線/四線上的調(diào)節(jié)電阻等。

為滿(mǎn)足故障-安全原則，不能出現(xiàn)“雙發(fā)”的要求，以方向繼電器閉合表示“發(fā)車(chē)方向”，方向繼電器釋放表示“接車(chē)方向”，因此，設(shè)備的故障只會(huì)導(dǎo)致“雙接”，不會(huì)出現(xiàn)“雙發(fā)”。

由于繼電式方向電路采用的是成熟電路，只是根據(jù)原理將其進(jìn)行拆分后以數(shù)據(jù)的形式進(jìn)行傳輸，安全性不變。電路結(jié)構(gòu)與原方向電路形式基本相同，利用傳輸系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)通過(guò)光纜進(jìn)行傳輸；同時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)部對(duì)所傳輸方向信息進(jìn)行邏輯判斷，結(jié)合現(xiàn)有方向電路實(shí)現(xiàn)改方或輔助改方操作。本方案簡(jiǎn)單易行，保持了原方向電路的控制臺(tái)及聯(lián)鎖接口，但仍需保留原方向電路的大部分繼電器。

3.2 微機(jī)化方向電路控制方案

區(qū)間自動(dòng)閉塞方向邏輯控制由站間傳輸系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)時(shí)，站間傳輸系統(tǒng)需獲得整個(gè)區(qū)間軌道電路占用/出清狀態(tài)，并能控制方向電路的切換，軌道電路編碼需獲得當(dāng)前區(qū)間的方向。該方案的主要接口電路如下。

（1）與方向繼電器（FJ）的接口

方向繼電器采用JYXC-660型極性保持繼電器，在每個(gè)發(fā)車(chē)口設(shè)置1個(gè)，用于表示區(qū)間運(yùn)行方向，并在站間傳輸系統(tǒng)故障時(shí)保持區(qū)間方向不變。

每個(gè)發(fā)車(chē)口設(shè)置2個(gè)改方繼電器（ZGFJ、FGFJ），采用JWXC-1700型繼電器，由站間信息安全傳輸系統(tǒng)控制。每個(gè)發(fā)車(chē)口的FJ由相應(yīng)的改方繼電器帶動(dòng)動(dòng)作。同時(shí)站間傳輸系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集各車(chē)口FJ的前后節(jié)點(diǎn)，對(duì)FJ的動(dòng)作情況進(jìn)行閉環(huán)檢查。

（2）與區(qū)段方向繼電器（QZJ、QFJ）的接口

每個(gè)軌道區(qū)段設(shè)置區(qū)段正向繼電器（QZJ）和區(qū)段反向繼電器（QFJ）各1個(gè)，采用JWXC-1700型繼電器，用于本軌道區(qū)段的發(fā)送、接收電纜切換及編碼方向的控制。區(qū)段方向繼電器由相應(yīng)發(fā)車(chē)口的FJ帶動(dòng)動(dòng)作。

在改變方向時(shí)，為獲得區(qū)間每個(gè)軌道區(qū)段的發(fā)送、接收端是否成功轉(zhuǎn)換，站間信息安全傳輸系統(tǒng)需要采集每個(gè)進(jìn)站口所有區(qū)間軌道的QZJ及QFJ前接點(diǎn)信息（前接點(diǎn)可以串聯(lián)后采集）。

（3）與軌道繼電器（QGJ）的接口

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)區(qū)間方向的控制，站間信息傳輸系統(tǒng)需要獲得整個(gè)區(qū)間軌道電路占用/出清狀態(tài)。站間信息傳輸系統(tǒng)采集本站管轄范圍內(nèi)的QGJ繼電器條件，通過(guò)光纜把QGJ狀態(tài)信息復(fù)示到對(duì)方站，同時(shí)接收鄰站的QGJ信息，從而獲得整個(gè)區(qū)間軌道電路占用/出清狀態(tài)。

該方案用數(shù)字方向邏輯取代原方向電路的繼電器邏輯，減少繼電器使用量，使得系統(tǒng)簡(jiǎn)單、可行，代表了安全信息傳輸系統(tǒng)的發(fā)展方向。

4 現(xiàn)有安全信息傳輸設(shè)備的發(fā)展概況

目前，國(guó)內(nèi)現(xiàn)有和正在研制的站間信息安全傳輸專(zhuān)用設(shè)備的廠家及其產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)如表1所示。

表1 站間信息安全傳輸設(shè)備對(duì)照表

通過(guò)比較可以發(fā)現(xiàn)，站間信息安全傳輸專(zhuān)用設(shè)備在向高可靠性和大容量（輸入輸出開(kāi)關(guān)量）的方向發(fā)展。另外，站間信息安全傳輸系統(tǒng)具有較大優(yōu)勢(shì)的性?xún)r(jià)比，以膠濟(jì)線濟(jì)南東（含）至即墨（不含）段為例，本段方向電路電纜投資約792萬(wàn)元（平均每公里2.6萬(wàn)元），若本段站間信息全部由光纜實(shí)現(xiàn)，平均每公里可節(jié)省投資約3.67萬(wàn)元。

5 結(jié)論

通過(guò)分析，針對(duì)列車(chē)最高運(yùn)行速度160 km/h及以下、無(wú)列控中心設(shè)備的新建或改建鐵路工程，或既有線提速200 km/h或250 km/h而列控中心維持既有功能的鐵路工程，推薦采用光纜通道的站間信息安全傳輸系統(tǒng)替代電纜通道的傳統(tǒng)站間聯(lián)系電路，完成站間自動(dòng)閉塞方向電路控制和站間安全信息傳輸功能。既可降低工程投資，又可提高信號(hào)系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，從而實(shí)現(xiàn)電子化站間閉塞和站間聯(lián)系，推動(dòng)信號(hào)系統(tǒng)向高度自動(dòng)化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和集成化方向發(fā)展。

[1] 西門(mén)子信號(hào)有限公司.AzS（M）350 U型信息安全傳輸設(shè)備系統(tǒng)說(shuō)明.西安：西門(mén)子信號(hào)有限公司，2007.

[2] 北京國(guó)正信安系統(tǒng)控制技術(shù)有限公司.WBS-C閉塞傳輸設(shè)備簡(jiǎn)介.北京：北京國(guó)正信安系統(tǒng)控制技術(shù)有限公司，2008.