現(xiàn)地式道岔監(jiān)控技術(shù)研究與應(yīng)用*

任建新 蔡小成

(1.湖南省高鐵運(yùn)行安全保障工程技術(shù)研究中心,412006,株洲; 2.湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院,412006,株洲∥第一作者,副教授)

自我國鐵路實(shí)施第六次大提速以來,鐵路信號控制技術(shù)實(shí)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(jì)算機(jī)技術(shù)的信號控制系統(tǒng)[1]。2022年,中國國家鐵路集團(tuán)有限公司發(fā)布了《新時(shí)代交通強(qiáng)國鐵路先行規(guī)劃綱要》,明確提出近期發(fā)展目標(biāo):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(guān)鍵核心技術(shù)裝備自主可控、先進(jìn)適用、安全高效,智能高速鐵路率先建成,智慧鐵路加快實(shí)現(xiàn)[1]。

道岔是軌道交通運(yùn)輸系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備,是信號控制系統(tǒng)重點(diǎn)的監(jiān)督對象。提升道岔運(yùn)用水平是智能高速鐵路和智慧鐵路建設(shè)中最主要的內(nèi)容之一[2]。現(xiàn)地式道岔技術(shù)為最新的道岔技術(shù)。開展現(xiàn)地式道岔監(jiān)控技術(shù)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(guān)鍵技術(shù)研發(fā)的重要舉措,也是提升道岔運(yùn)用水平、推動信號控制系統(tǒng)進(jìn)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(shù)的技術(shù)要求

現(xiàn)地式道岔監(jiān)控技術(shù)是對道岔進(jìn)行軌旁局部監(jiān)控的技術(shù)總稱。采用了現(xiàn)地式道岔監(jiān)控技術(shù)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(shù)須滿足GB/T 25338.1—2019《鐵道道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)第一部分:通用技術(shù)條件》技術(shù)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(jì)算機(jī)聯(lián)鎖技術(shù)條件》中有關(guān)道岔監(jiān)控的全部技術(shù)要求[3]。此外,現(xiàn)地式道岔監(jiān)控技術(shù)還要滿足以下7項(xiàng)特殊技術(shù)要求。

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

2) 能實(shí)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(shù)時(shí),1DQJ的勵磁電路需要特殊處理,以保障操作互切、道岔單獨(dú)鎖閉及道岔解鎖功能的實(shí)現(xiàn)。

3) 能實(shí)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(diǎn)的狀態(tài),通過對DGJ控制電路的特殊化處理,來實(shí)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(shù)時(shí),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(shí)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(shí)給予報(bào)警。

5) 現(xiàn)地式道岔監(jiān)控技術(shù)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(nèi)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(shù)時(shí),電纜需單獨(dú)敷設(shè),可與聯(lián)鎖系統(tǒng)電纜同溝敷設(shè),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(shè)計(jì)要求。采用現(xiàn)地式道岔監(jiān)控技術(shù),必須防止雷電侵入室內(nèi)電子系統(tǒng),故宜采用獨(dú)立電源供給方式。現(xiàn)地式道岔監(jiān)控技術(shù)應(yīng)具有廣泛適用性,適用于單動、雙動及多動道岔,適用于單機(jī)型、雙機(jī)型及多機(jī)型的道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)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(guān)鍵技術(shù)

2.1 特殊控制繼電保護(hù)的電路設(shè)計(jì)

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

本文研究的現(xiàn)地式道岔監(jiān)控技術(shù)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(rèn)方式,而不是軌道電路繼電器接點(diǎn)確認(rèn)方式。

圖1為現(xiàn)地式道岔監(jiān)控技術(shù)中的特殊電路原理。特殊控制繼電保護(hù)的電路設(shè)計(jì)要點(diǎn)如下:

a) 道岔鎖閉防護(hù)繼電器電路

1) 通過1個帶防護(hù)罩的非自復(fù)式QHA(切換按鈕)來實(shí)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(hù)現(xiàn)地局部式1DQJ,其設(shè)計(jì)電路原理如圖1 e)所示。

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2) 通過DSA(單鎖按鈕)來實(shí)現(xiàn)單獨(dú)鎖閉,DSA電路原理如圖1 b)所示。

3) 由于不能同時(shí)進(jìn)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(shù)時(shí),道岔位置狀態(tài)表示電路仍由室外部分和室內(nèi)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(dāng)采用現(xiàn)地式道岔監(jiān)控技術(shù)時(shí),室內(nèi)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(shè)計(jì)

現(xiàn)地式道岔監(jiān)控裝置的電源設(shè)計(jì)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(dú)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(zhuǎn)轍機(jī)信號系統(tǒng)工程的電纜用量,使計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的電纜用量翻倍(道岔轉(zhuǎn)轍設(shè)備工程項(xiàng)目)。此外,將由室內(nèi)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(nèi)計(jì)算機(jī)設(shè)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(nèi)獨(dú)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(zhuǎn)轍機(jī)使用)、AC 220 V電流(供轉(zhuǎn)轍機(jī)位置狀態(tài)表示設(shè)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(cè)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(zhuǎn)轍機(jī)使用;DC 220 V電源供直流道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)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(hù)地接線端子,若工程項(xiàng)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(shù)的應(yīng)用

本文采用1組CN6118AS道岔開展全部的道岔監(jiān)控試驗(yàn),研究現(xiàn)地式道岔監(jiān)控技術(shù)的應(yīng)用情況。該組試驗(yàn)道岔受控于1套有5臺轉(zhuǎn)轍機(jī)的系統(tǒng)(5臺轉(zhuǎn)轍機(jī)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(shè)計(jì)中的現(xiàn)地式道岔監(jiān)控裝置采用電源獨(dú)立供出方式,基于此對現(xiàn)地監(jiān)控技術(shù)實(shí)施工程化應(yīng)用,以驗(yàn)證技術(shù)要求。

其次,電纜敷設(shè)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(kuò)容的需要,并做了相應(yīng)預(yù)留。試驗(yàn)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(jī)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(biāo)準(zhǔn)[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(shù)有限公司研制生產(chǎn)的TYJL-ADX計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)S700K五機(jī)牽引道岔組合定型原理[7]設(shè)計(jì)。

根據(jù)CN6118AS型道岔的現(xiàn)地式道岔監(jiān)控技術(shù)試驗(yàn)項(xiàng)目的應(yīng)用效果,得到如下結(jié)論:

1) 采用獨(dú)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(fù)荷。

2) 現(xiàn)地式道岔監(jiān)控技術(shù)有助于提升道岔應(yīng)急處置水平,在非正常時(shí),防止人工手搖道岔錯誤發(fā)生。

3) 應(yīng)用現(xiàn)地式道岔監(jiān)控技術(shù)后,道岔監(jiān)控系統(tǒng)可單機(jī)、雙機(jī)或多機(jī)使用,還可用于專用線鐵路,能替代握柄式道岔操作設(shè)備。

4) 應(yīng)用現(xiàn)地式道岔監(jiān)控技術(shù),不會對聯(lián)鎖集中式監(jiān)控有負(fù)面影響。二者監(jiān)控優(yōu)先級明確,道岔運(yùn)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(jìn)行預(yù)留。

4 結(jié)語

采用現(xiàn)地式道岔監(jiān)控技術(shù)的工程設(shè)計(jì)及施工需根據(jù)鐵路信號工程設(shè)計(jì)施工的相關(guān)規(guī)范進(jìn)行。本文總結(jié)了已實(shí)施現(xiàn)地式道岔監(jiān)控技術(shù)的項(xiàng)目應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)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(hù)性及可用性達(dá)到了信號專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。