遷曹重載鐵路站間安全信息傳輸系統應用研究

王友珍

(中鐵第一勘察設計院集團有限公司通號處,西安 710043)

1 概述

鐵路單線區段通常采用半自動閉塞或自動站間閉塞,兩站間需傳輸涉及行車安全的站間閉塞信息。兩站間一般以1對電纜實回線作為通信傳輸媒介,通過繼電閉塞結合電路傳輸閉塞信息,實現站間閉塞。近年來,隨著計算機、通信、鐵路信號控制等技術的發展,基于光通信的站間安全信息傳輸系統應運而生,并在遷曹線2萬t重載工程中得到了應用。

遷曹鐵路作為大秦線2億t擴能改造工程開辟的新出海通道,屬國鐵Ⅰ級2萬t重載鐵路,曹妃甸段從曹妃甸北站引出2路,經陸海分界大堤分別至曹妃甸南和曹妃甸西站,曹妃甸北至曹妃甸南全長約28 km,曹妃甸北至曹妃甸西全長約18 km[1-3]。受到傳輸距離、工程投資等因素影響,兩站間未敷設通信電纜,僅設有通信光纜,站間閉塞信息通過光纜進行傳輸。

因此對傳統的基于通信電纜的站間安全信息傳輸系統進行改造,通過增加模擬或數字數據接口設備,修改繼電閉塞結合電路實現基于光通信的站間閉塞信息安全傳輸。

2 系統傳輸結構

基于光通信的站間閉塞信息傳輸系統通常是在兩車站各設1套光電轉換傳輸設備,將原站間閉塞的正負電脈沖信息轉換成計算機處理的數據信息,記錄有關繼電器動作和按鈕操作信息,站間計算機系統利用光纜通道進行數據通信,實現站間閉塞安全信息交換。其系統傳輸結構如圖1所示。

在遷曹線工程設計中,光電轉換傳輸設備設置于信號機械室組合柜內,站間信息經由尾纖由通信機械室引入信號機械室內。

3 系統構成及工作原理

3.1 系統構成

(1)系統由控制機箱和配套的繼電器輔助組合組成：控制機箱用于信息采集、轉換和傳輸,驅動相關動態單元,操作記錄,故障記錄和故障診斷；繼電器輔助組合有反映線路條件的ZXJ、FXJ安全型繼電器和動態單元,保障故障-安全的AGZJ、BGZJ繼電器。其勵磁電路如圖2所示。

(2)系統采用主從式雙機熱備結構,主機與備機結構完全相同,當主機故障時,可以自動切換到備機(零切換時間)。若因故障檢修需要,可隨時人工關閉主機或備機而不影響系統正常工作。

圖1 系統傳輸結構

圖2 系統驅動電路

(3)系統可在線連接兩路通信通道,并能進行通道間的自動倒換。

(4)系統硬件配置按照模塊化結構的原則,按功能劃分為幾個相對獨立的模塊,以方便今后對系統進行調整和擴充。

3.2 工作原理

(1)取消“與單線半自動閉塞結合電路”定型圖中閉塞外線電纜X1/X2,接受或者發送閉塞信號脈沖改為由光纖和光電轉換設備共同完成,仍然保留了ZDJ、FDJ、ZXJ、FXJ4個安全型繼電器,各子系統之間通過安全型繼電器接口,原定型電路圖改動小[4-6]。

(2)正線路繼電器(ZXJ)和負線路繼電器(FXJ)由光電轉換驅動盒驅動(電路見圖2)：并對ZXJ、FXJ繼電器的狀態進行回采進行校核,確保輸出結果的正確性。當繼電器狀態與輸出結果不一致時,系統立即報警,并切斷所有輸出。系統同時采集ZDJ、FDJ、SGAJ、BSAJ、FUAJ的接點條件,電路如圖3所示,在ZDJ或FDJ勵磁狀態下,ZXJ、FXJ不能勵磁,即向鄰站發送信息時,不能接收對方的驅動信息以及對ZXJ或FXJ進行驅動[7-9]。

(3)兩站之間辦理閉塞時,甲站作為發車站請求發車,發送端信號連續不斷的發送,作為接車站乙站的光電轉換設備把接收到的編碼信息,通過系統譯碼,經由動態采集驅動板將脈動的電信號送到驅動盒里,再由驅動盒送出電源使得乙站ZXJ↑,同時,動態采集驅動板通過回采ZXJ信息進行校核,確保輸出結果正確性。電路中的FXJ與ZXJ工作原理相同。

圖3 系統采集電路

4 可靠性分析

由于基于光通信的站間閉塞信息傳輸系統首次應用于2萬t重載鐵路,站間傳輸光纜受到大牽引電流的影響,能否滿足鐵路信號控制的故障導向安全的要求就顯得十分重要,在系統設計時采取以下幾個措施保證其可靠運行。

(1)開機時和開機后對系統的關鍵單元進行自檢測,并在出現故障時,及時提供相應的報警信息。內部狀態的各種信息,均用1 Byte編碼表示,避免數據在內部運算過程中產生錯碼帶來的危害。同時,信息編碼按最大的碼距設備,可進一步提高系統的安全性[10]。

(2)動態采集驅動板運用光電隔離技術,具有良好的與外部電氣隔離的性能,可最大限度地減少與外部電路的相互影響。主機通過通信不斷將信息發送給熱備機,熱備機對采集信息和通信信息進行一致比較。當主備機之間信息不致時,不執行切換命令[10]。

(3)甲站系統向乙站發出信息后,等待乙站的回執。乙站收到信息后,向甲站發送原碼的反碼。甲站將收到的回執和已發送信息比較,如果信息一致,繼續執行下一步；如果不一致,停止所有輸出,等待人工處理。

(4)站間傳輸信息時,發信號端需要連續不斷地發送信息,以保證在線路故障或傳輸出錯時,及時切斷輸出信號,導向安全。

(5)設計了故障-安全的AGZJ、BGZJ繼電器。其故障報警電路如圖4所示。

圖4 故障報警電路

當控制臺單機故障報警時,表示主機或備機工作繼電器已落下,這時可能是主機故障或備機故障。出現單機故障,不影響正常工作,可繼續辦理。但值班人員一定要通知信號工檢查發生何故障,處理故障并及時恢復。

當控制臺出現雙機故障報警時,表示主機和備機工作繼電器已落下,這時可能是主機和備機都故障或系統檢測到錯誤勵磁或非安全信息等。此時,系統已不能正常工作,值班人員一定要立刻通知信號工檢查發生何故障,處理故障。

5 結語

基于光通信的站間閉塞信息傳輸系統在遷曹線2萬t重載鐵路信號工程中的得到成功應用。實現了取消電纜、以通信光纖為通道對站間閉塞信息進行安全、可靠傳輸,解決了站間距離較長,大牽引電流不平衡電流干擾及站間信息損耗嚴重等問題。系統自投入使用以來,一直穩定可靠,運行良好,驗證了系統結構、原理及結合設計的正確性和合理性。

[1] 鐵道第一勘察設計院.新建鐵路遷曹線灤南至曹妃甸段初步設計總說明書[Z].蘭州：鐵道第一勘察設計院,2005.

[2] 鐵道第一勘察設計院.新建鐵路遷曹線灤南至曹妃甸段初步設計信號說明書[Z].蘭州：鐵道第一勘察設計院,2005．

[3] 鐵道第一勘察設計院.新建鐵路遷曹線灤南至曹妃甸段施工圖信號說明書[Z].西安：鐵道第一勘察設計院,2006．

[4] 何文卿.6502電氣集中電路(修訂本)[M].北京：中國鐵道出版社,1996：188-191.

[5] 中國鐵路通信信號總公司研究設計院.鐵路工程設計技術手冊·信號(修訂版)[M].北京：中國鐵道出版社,1993：205-220．

[6] 中華人民共和國鐵道部.TB10007—2006 鐵路信號設計規范[S].北京：中國鐵道出版社,2006.

[7] 中華人民共和國鐵道部.TB/T2497—94 鐵路半自動閉塞技術條件[S].北京：1994.

[8] 中華人民共和國鐵道部.TB/T2307—92 電氣集中各種結合電路技術條件[S].北京：1992.

[9] 中華人民共和國鐵道部.電號6504. 6502電路與各種設備聯系圖冊[S].北京：電化工程局電務勘測設計處,1977.

[10] 鐵道部運輸局.運基信號[2010]537號 基于光通信的站間安全信息傳輸系統應用技術條件[S].北京：鐵道部運輸局,2010.