廣州地鐵1號線信號系統更新改造倒接方案研究

張文洲

(廣州地鐵集團有限公司， 510145， 廣州∥工程師)

北京、上海、廣州等地的部分城市軌道交通線路運營開通時間較長，其信號系統主要采用20世紀90年代的技術，已接近或達到生命周期年限，存在著信號系統可用性降低、故障率升高、維護成本增加等問題[1]。這些線路多為城市公共交通的重要骨干線路，其信號系統的制式和性能已不能滿足城市軌道交通線網發展對線路行車間隔、運營效率等方面的要求。為了徹底解決信號系統設備老化問題，進一步提升信號系統性能，提高線路運營服務水平[2]，需要對這些線路的既有信號系統進行更新改造。

在既有信號系統更新改造期間，為了盡量避免改造對線路運營造成影響，應對新系統與既有系統進行完全隔離，即：在夜間進行新系統的安裝及調試，在白天仍由既有系統保障線路的正常運營。因此，在既有信號系統更新改造工程中需要設計專用的信號倒接裝置，以實現新、舊兩套系統共用的設備/接口能夠安全、快速倒接。信號倒接工作需要持續到新系統完成調試并正式投入運營。

應用倒接裝置實現既有系統與新系統間的倒接，國內已有成功先例。相關論文對倒接開關電氣原理、施工接入及拆除[3]、倒接方案[4]、舊系統倒接的倒接電路[5]進行了研究。本文根據廣州地鐵1號線信號系統更新改造工程的系統倒接方案，分析倒接裝置的設計原則、選型、工作原理及安裝方式，并結合工程實際研究論述了新、舊兩套系統對ZD6轉轍機的控制倒接方案。

1 倒接裝置的設計原則

與新建的城市軌道交通線路信號系統建設相比，既有線的信號系統更新改造工程存在實施周期長、夜間調試作業多(新系統調試均需要在夜間進行)、實施風險高等困難。為了降低項目的實施風險，需要實現新、舊系統共用的設備/接口在兩套系統間安全、快速的倒接，不影響線路的正常運營。為此，需要為既有線的信號系統更新改造工程設計專用的倒接裝置。通過倒接裝置，不僅可以實現既有系統與新系統的完全隔離、互不干擾，還可以有效縮短系統倒接時間、提高倒接的正確性和可靠性。倒接裝置應按以下原則進行設計：

1) 倒接裝置接入新、舊兩套系統，不會對信號系統的功能及安全性造成影響。

2) 倒接裝置有且只有兩種狀態，分別為“既有系統”和“新系統”兩種狀態。不管倒接裝置處于哪種狀態時，既有系統設備與新系統設備都處于電氣隔離狀態，從而確保兩套系統完全隔離、互不干擾。

3) 控制倒接裝置的應用范圍以盡量減少倒接點為原則，以降低倒接作業的復雜度及風險。

4) 倒接裝置應安裝在設備集中站信號設備房內，以實現對區域倒接設備的遠程控制，提高倒接作業效率。

5) 倒接裝置應采用插頭/插座的方式與新、舊兩套系統連接，以便于快速處理倒接裝置硬件故障。

6) 倒接裝置應便于拆除，在新系統正式投入運營后，應盡早拆除倒接裝置，以徹底消除倒接裝置故障給運營帶來的風險。

2 倒接裝置的選型和工作原理

基于新、舊兩套系統完全隔離、互不干擾的設計原則，倒接裝置應具有強制導向接觸點結構，且內部多個接觸點不會同時處于導通狀態。安全型繼電器[6]內部強制導向接觸點結構及多個接觸點不會同時導通的特性，保證了新、舊兩套系統共用的設備/接口狀態對系統輸出的唯一性，可作為信號系統的倒接裝置。

選用安全型繼電器時，應結合工程倒接方案，考慮倒接設備相關電氣參數，選擇適用的型號，如選用的安全繼電器工作電流應大于需要倒接設備(如轉轍機)的工作電流。

廣州地鐵1號線信號系統更新改造工程采用德國DOLD安全繼電器作為倒接裝置，其內部電路如圖1所示。其中：① SSI_1至SSI_4為常閉接觸點端子，與既有系統相連接，繼電器失電時接觸點閉合，繼電器得電時接觸點斷開；② SICAS_1至SICAS_4為常開接觸點端子，與新系統相連接，繼電器失電時接觸點斷開，繼電器得電時接觸點閉合；③ 兩套系統共用設備(如轉轍機等)的“開關量”信號與安全繼電器Out_1至Out_4接觸點連接。

繼電器常閉接點(失電閉合)與既有系統連接，在繼電器失電狀態下，兩套系統共用的設備/接口與既有系統連接，保障白天線路正常運營。繼電器常開接點與新系統連接，只有在夜間開展新系統調試時使繼電器得電，此時常閉接點斷開，常開接點閉合，兩套系統共用的設備/接口與新系統連接，進行新系統調試。

注：GND——接地；NC——常閉接點。

若在新系統與既有系統倒接時，繼電器內部任意1個或多個接觸點發生故障，則無法完成系統倒接。此時，在系統中會產生類似控制電路中斷的報警信息，在終端設備上無法對兩套系統共用的設備/接口進行控制。技術人員更換繼電器故障件后，系統將恢復正常。

3 倒接裝置的安裝設計

倒接裝置需要安裝在專用的柜體內，柜內裝有電源引入端子、電源轉換模塊和多組接線端子。在機柜門上應設置倒接開關，可通過倒接開關完成對機柜的上電或斷電操作，實現對柜內所有倒接裝置的集中控制。

每個倒接裝置有5類接線端子，分別為接入接地線端子、電源線端子、連接既有系統的常閉接觸點端子、連接新系統的常開接觸點端子，以及連接共用設備的輸出接觸點端子。在工程實施配線階段需要對不同作用的線纜用顏色區分，作清晰的標識。

如圖2所示，倒接裝置通過底座安裝在萬可端子上。每個萬可端子有2組接線孔，接線孔1與接線孔2內部短接、接線孔3與接線孔4內部短接。在倒接電路設計中，接線孔1和接線孔2連接導通，接線孔3和接線孔4連接導通。為了便于現場操作，通過不同萬可端子的接線孔1連接新系統/既有系統，通過接線孔4連接兩套系統共用的設備/接口的信號線纜。這樣的設計便于在新系統完成調試并正式投用后，對這些倒接裝置及相關連接線纜予以拆除。

根據倒接方案，確定倒接裝置的應用范圍，核對需要進行倒接的設備/接口的控制電路及相關線纜數量，進而配置滿足倒接方案要求的倒接裝置及機柜尺寸。

注：數字為接線孔的編號。

4 轉轍機倒接方案

本文以該倒接工程的轉轍機倒接方案為例，對轉轍機在新系統與既有系統間的倒接電路和主要實施步驟進行論述。根據倒接裝置設計及應用原則，為提高倒接作業效率，將倒接裝置設置在設備集中的信號設備房內，對區域內需要倒接的設備/接口進行集中式倒接操作。當轉轍機室外電纜經分線架接入倒接裝置后，轉轍機在新、舊兩套系統的倒接作業只需要操作倒接機柜上的倒接開關即可完成。

廣州地鐵1號線采用四線制單機牽引的直流ZD6轉轍機，其倒接電路原理如圖3所示。1臺直流ZD6轉轍機的倒接電路中需要配置2塊倒接裝置，其中：倒接裝置1連接既有電纜終端架4根轉轍機控制電纜，倒接裝置2連接轉轍機表示二極管。新系統轉轍機控制模塊可輸出直流電，所以新系統在轉轍機控制電路中不需要設置二極管，如圖3所示，倒接裝置2內SICAS_1和SICAS_2短接導通。

注：數字表示接線端子編號。

圖3為倒接裝置接入既有系統后ZD6轉轍機與既有系統連接的狀態。此時，既有的室外轉轍機至室內終端架的4根控制電纜已斷開。室外轉轍機通過新軌旁盒與倒接裝置連接，再通過倒接裝置分別與室內既有電纜終端架和新電纜終端架連接。其中，既有電纜終端架與倒接裝置內的常閉接觸點端子SSI_1至SSI_4連接，新電纜終端架與倒接裝置內的常開接觸點端子SICAS_1至SICAS_4連接。

通過控制倒接裝置的斷電或得電，以實現兩套系統共用的轉轍機在既有系統與新系統之間的倒接。白天運營時，倒接裝置斷電，既有系統對轉轍機進行控制，保障正常運營。夜間新系統調試期間，倒接裝置得電，新系統對轉轍機進行控制，開展新系統調試工作。

通過倒接操作，新、舊兩套系統可分別對轉轍機進行控制，為此需要將倒接裝置接入既有系統。其主要的實施步驟為：

1) 在倒接裝置接入既有系統前完成新軌旁盒、切換裝置的安裝，新軌旁盒至切換裝置Out接觸點端子的線纜、倒接裝置內SICAS_1至SICAS_4常開觸點端子至新電纜終端架的線纜都需要完成敷設及配線。而新軌旁盒至轉轍機內的線纜，以及倒接裝置內SSI_1至SSI_4常閉接觸點端子至既有電纜終端架的線纜完成敷設后做好清晰的標識即可，暫不需要進行配線。另外，還需要完成倒接裝置的上電測試，確保倒接裝置狀態良好。

2) 在倒接裝置接入既有系統期間，需要斷開室外轉轍機內部至既有軌旁盒的連接及既有軌旁盒至既有電纜終端架的連接，并接通室外轉轍機內部至新軌旁盒的連接及倒接裝置內SICAS_1至SICAS_4常開觸點端子至新電纜終端架的連接。每次至少更換1臺轉轍機所有控制線纜的相關配線，針對該臺轉轍機倒接裝置的配線、調試及啟用需要在同1個夜間作業點內完成，以免影響次日的運營。

3) 在倒接裝置接入既有系統后，需要在既有系統下通過室內終端工作站、轉轍機控制模塊及室外轉轍機狀態來核對設備狀態的一致性。只有核對結果符合預期，才能投入次日的載客運行。

在倒接裝置成功接入既有系統后，意味著倒接裝置正式投用，倒接裝置即時納入運營管理，只有在運營主管單位同意的情況下才能操作倒接裝置。在白天運營期間，倒接開關處在“既有系統”狀態位置，保障正常運營秩序。在夜間新系統調試時，倒接開關處在“新系統”狀態位置，開展新系統調試。當新系統完成調試并正式投入運營后，再逐步拆除倒接裝置及相關線纜。

5 結語

在城市軌道交通既有線路信號系統更新改造工程實施中，新系統與既有系統能否做到安全、快速的倒接是改造工程實施的關鍵之一。本文以廣州地鐵1號線信號系統更新改造工程為依托，從倒接裝置的設計及應用原則、選型、工作電路原理進行分析，并以ZD6轉轍機倒接方案為例，論述了轉轍機實現新、舊兩套系統間的倒接方式及主要實施步驟，可為國內開通運營較早且有計劃進行信號系統更新改造的線路(如廣州地鐵的2號線和3號線)提供參考。