現(xiàn)地式道岔監(jiān)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(yè)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(xiàn)了跨越式發(fā)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(tǒng)[1]。2022年,中國國家鐵路集團有限公司發(fā)布了《新時代交通強國鐵路先行規(guī)劃綱要》,明確提出近期發(fā)展目標:鐵路自主創(chuàng)新能力和產(chǎn)業(yè)鏈現(xiàn)代化水平全面提升,鐵路科技創(chuàng)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(xiàn)[1]。

道岔是軌道交通運輸系統(tǒng)的關鍵設備,是信號控制系統(tǒng)重點的監(jiān)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(xiàn)地式道岔技術為最新的道岔技術。開展現(xiàn)地式道岔監(jiān)控技術的研究是保障全電子化控制及列車控制聯(lián)鎖一體化等關鍵技術研發(fā)的重要舉措,也是提升道岔運用水平、推動信號控制系統(tǒng)進一步集成化發(fā)展的重要舉措。

1 現(xiàn)地式道岔監(jiān)控技術的技術要求

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

現(xiàn)地式道岔監(jiān)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(lián)鎖技術條件》中有關道岔監(jiān)控的全部技術要求[3]。此外,現(xiàn)地式道岔監(jiān)控技術還要滿足以下7項特殊技術要求。

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

2) 能實現(xiàn)1DQJ(道岔第一啟動繼電器)工作的正確邏輯。采用現(xiàn)地式道岔監(jiān)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(xiàn)。

3) 能實現(xiàn)軌道區(qū)段狀態(tài)與道岔監(jiān)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(tài),通過對DGJ控制電路的特殊化處理,來實現(xiàn)道岔故障鎖閉、占用鎖閉和控制方式切換等功能。

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

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

6) 現(xiàn)地式道岔監(jiān)控裝置所用電纜不影響聯(lián)鎖道岔監(jiān)控裝置所用電纜。采用現(xiàn)地式道岔監(jiān)控技術時,電纜需單獨敷設,可與聯(lián)鎖系統(tǒng)電纜同溝敷設,但不可共用同根電纜,以確保現(xiàn)地式道岔監(jiān)控信號與聯(lián)鎖道岔監(jiān)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(xiàn)地式道岔監(jiān)控技術,必須防止雷電侵入室內電子系統(tǒng),故宜采用獨立電源供給方式。現(xiàn)地式道岔監(jiān)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(xiàn)地式道岔監(jiān)控的關鍵技術

2.1 特殊控制繼電保護的電路設計

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

本文研究的現(xiàn)地式道岔監(jiān)控技術確定道岔軌道電路的狀態(tài)為占用或出清的方式為現(xiàn)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(xiàn)地式道岔監(jiān)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(xiàn)聯(lián)鎖道岔監(jiān)控功能與現(xiàn)地式道岔監(jiān)控功能切換。常態(tài)下,道岔由聯(lián)鎖道岔監(jiān)控裝置集中監(jiān)控;QHA在定位狀態(tài)可靠地防護現(xiàn)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(xiàn)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(tài)的監(jiān)督功能

采用現(xiàn)地式道岔監(jiān)控技術時,道岔位置狀態(tài)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(jiān)控的可靠性,對道岔位置狀態(tài)表示電路不做特殊處理;當采用現(xiàn)地式道岔監(jiān)控技術時,室內聯(lián)鎖道岔監(jiān)控裝置獲取道岔位置狀態(tài)信息不受影響。

2.3 現(xiàn)地式道岔監(jiān)控裝置的電源設計

現(xiàn)地式道岔監(jiān)控裝置的電源設計方案有兩個:方案一,直接由信號系統(tǒng)電源屏直接供電;方案二,在現(xiàn)地式道岔監(jiān)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(jīng)分析,方案一將增大道岔轉轍機信號系統(tǒng)工程的電纜用量,使計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)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(xiàn)地式道岔監(jiān)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(tài)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(xiàn)地式道岔監(jiān)控裝置控制柜零層的電源模塊電源端子如圖4所示。在現(xiàn)地式道岔監(jiān)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(xiàn)地監(jiān)控系統(tǒng)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(xiàn)地式道岔監(jiān)控裝置中表示層指示燈使用;PE端子是現(xiàn)地式道岔監(jiān)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(xiàn)地式道岔監(jiān)控裝置控制柜零層的電源模塊電源端子示意圖

3 現(xiàn)地式道岔監(jiān)控技術的應用

本文采用1組CN6118AS道岔開展全部的道岔監(jiān)控試驗,研究現(xiàn)地式道岔監(jiān)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(tǒng)(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(xiàn)地式道岔監(jiān)控裝置采用電源獨立供出方式,基于此對現(xiàn)地監(jiān)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(xiàn)地式道岔監(jiān)控裝置安裝施工的重要環(huán)節(jié)。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(tǒng)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(xiàn)地式道岔監(jiān)控裝置中,需要新增1臺7方向電纜分線盒,即FXH。監(jiān)控所用按鈕均在監(jiān)控機柜中安裝到位,并完成線纜配線。DSA的按鈕配置及現(xiàn)地式道岔監(jiān)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(chǎn)的TYJL-ADX計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)S700K五機牽引道岔組合定型原理[7]設計。

根據(jù)CN6118AS型道岔的現(xiàn)地式道岔監(jiān)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(tǒng)負荷。

2) 現(xiàn)地式道岔監(jiān)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(fā)生。

3) 應用現(xiàn)地式道岔監(jiān)控技術后,道岔監(jiān)控系統(tǒng)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(xiàn)地式道岔監(jiān)控技術,不會對聯(lián)鎖集中式監(jiān)控有負面影響。二者監(jiān)控優(yōu)先級明確,道岔運用的可靠性有保障。

5) 聯(lián)鎖集中式監(jiān)控系統(tǒng)與現(xiàn)地式道岔監(jiān)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(xiàn)地式道岔監(jiān)控技術的工程設計及施工需根據(jù)鐵路信號工程設計施工的相關規(guī)范進行。本文總結了已實施現(xiàn)地式道岔監(jiān)控技術的項目應用經(jīng)驗。應用經(jīng)驗表明,本方案有明確的控制模式優(yōu)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(yè)標準。