單線雙方向區間自動閉塞結合電路工程設計優化方案

葉慧敏

目前，我國大部分鐵路單線區間采用傳統64D半自動閉塞，或基于計軸、軌道電路的自動站間閉塞。然而對于重要的長大干線單線區間，隨著線路運量不斷增加，列車運行速度不斷提升，既有線路的運輸能力趨于飽和，急需對既有單線區間進行擴能改造。雖然修建復線可以大幅提高區間通過能力和列車運行速度［1-2］，但投資巨大，建設周期長，無法短期內應對日趨增加的運能需求。因此，為及時緩解線路運輸壓力、減少工程投資、縮短施工周期，目前行之有效的單線區間擴能方案之一是升級既有的閉塞制式，由64D半自動閉塞或自動站間閉塞改造為單線雙方向自動閉塞［3］。

與復線自動閉塞相同，單線雙方向自動閉塞區段的車站也需設置自動閉塞結合電路。然而，近年來有關專家學者對自動閉塞結合電路的研究多數聚焦于復線，針對單線自動閉塞結合電路的研究則較少：文獻［4］針對復線不同短區間的特殊情況，分析車站接近鎖閉區段的設置原則，給出了接近、離去區段在聯鎖控制臺的顯示處理方案；文獻［5］分析了復線區間只有1 架通過信號機和無通過信號機2種特殊情況下車站接近/離去區段的特殊定義；文獻［6］和文獻［7］著重分析了站間區間小于3 個閉塞分區情形下的JGJ電路。在工程實踐中，單線區間采用復線自動閉塞結合電路后，聯鎖和閉塞系統雖然能夠正常工作，但該電路存在固有缺陷：計算機聯鎖控顯終端界面無法分開顯示車站同一進站口接近/離去表示燈，燈的顯示不能很好地與區間實際運行方向相結合，人機交互體驗較差。因此，需進一步研究單線雙方向自動閉塞結合電路，優化計算機聯鎖人機交互界面接近/離去表示燈的顯示方式，以滿足現場實際運輸需要。

1 現狀描述

單線區間64D半自動閉塞或自動站間閉塞升級為單線雙方向四顯示自動閉塞后，車站的每個進站口一般需設置3 個接近區段和4 個離去區段，并對應設置自動閉塞結合電路，負責向站內提供下列區間信息：列車接近鎖閉所需的接近軌道區段信息，車站出站信號機開放所需的離去軌道區段信息，聯鎖控制臺所需的接近/離去區段狀態顯示、接近音響通知、區間報警條件、站內電碼化編碼條件［8］。在車站計算機聯鎖控顯終端界面分別設置第1、第2、第3 接近表示燈，第1、第2、第3 離去表示燈，向車站工作人員展示1JG、2JG、3JG、1LQ、2LQ、3LQ軌道區段的占用情況［9］。

如圖1所示，XD 進站口區間上/下行通過信號機以差置或并置形式設置于同一線路兩側，其接近區段和離去區段的設置并非完全重疊，故XD 進站口的接近表示燈和離去表示燈應分開設置，即設置XD1JG、XD2JG、XD3JG、SH1LQ、SH2LQ 和SH3LQ共6個表示燈。單線雙方向四顯示區段的自動閉塞結合電路采用區間各閉塞分區軌道電路GJF前接點作為JGJ和LQJ的勵磁條件，XD進站口自動閉塞結合電路見圖2。計算機聯鎖系統通過繼電器接口分別采集JGJ 和LQJ 前/后接點狀態，當JGJ 和LQJ的前接點斷開、后接點閉合時，計算機聯鎖判定JGJ和LQJ為落下狀態，表明此時GJF落下，相應接近/離去區段為占用狀態，控顯終端界面相應接近/離去表示燈點亮紅燈［10-11］。

圖1 車站接近/離去區段示意

圖2 XD進站口自動閉塞結合電路

當區間以XD 進站信號機接車方向組織行車時，根據自動閉塞結合電路原理，隨著列車順序占壓Q5G—Q10G，計算機聯鎖控顯終端界面XD 進站口車站接近/離去表示燈顯示狀態見表1。

表1 XD進站口車站接近/離去表示燈顯示狀態

由表1 可知，當列車占壓某一軌道區段時，相應的接近/離去表示燈存在同時點亮紅燈的情形。然而在此情景下，僅XD1JG、XD2JG、XD3JG 接近表示燈的紅燈顯示具有實際意義，車站工作人員僅需關注該方向上相應接近表示燈的狀態；SH1LQ、SH2LQ、SH3LQ 離去表示燈的紅燈顯示在該運行方向上無實際意義，接近/離去表示燈同時點亮紅燈會擾亂工作人員視線，容易誤判列車運行方向，影響車站工作人員準確掌握列車的運行情況，給行車指揮帶來不便。

因此，車站運營維護單位要求：在不改變計算機聯鎖軟件的前提下，聯鎖控顯終端界面車站接近/離去區段表示燈顯示應表明區間開通運行方向。即對于同一進站口，列車接近車站時，車站工作人員僅通過接近表示燈判斷列車占用接近區段的狀態，此時離去表示燈不起作用；列車離開車站時，車站工作人員僅通過離去表示燈判斷列車占用離去區段的狀態，此時接近表示燈不起作用。

2 方案設計

為消除計算機聯鎖控顯終端界面同一進站口接近/離去表示燈同時點亮紅燈的現象，需在既有自動閉塞結合電路中，增加與區間運行方向相關的繼電器條件，將自動閉塞結合電路中JGJ和LQJ的動作時機分隔。目前大部分普速車站仍采用繼電式四線制方向電路［12］，其中方向繼電器FJ2、軌道區段區間正方向繼電器QZJ、軌道區段區間反方向繼電器QFJ 的接點狀態均能表示區間運行方向。由于FJ2繼電器接點數量有限，因此可在JGJ、LQJ 既有勵磁電路的基礎上增加四線制方向電路中的QZJ、QFJ 接點條件。區間方向繼電器QZJ、QFJ 勵磁電路見圖3。

圖3 區間方向繼電器QZJ、QFJ勵磁電路

2.1 方案一：區間方向繼電器接點與GJF接點串聯

2.1.1 電路修改

對于正向進站口，將QZJ 前接點串聯至XD1JGJ～XD3JGJ 勵磁電路，將QFJ 前接點串聯至SH1LQJ～SH3LQJ 勵磁電路；對于反向進站口，將QZJ 前接點串聯至XD1LQJ～XD3LQJ 勵磁電路，將QFJ 前接點串聯至SH1JGJ～SH3JGJ 勵磁電路。

如圖1 所示，XD 進站信號機外方第1 個閉塞分區為 XD3JG 或 SH1LQG， 而 XD3JG 和SH1LQG 均由Q9G 和Q10G 構成，故其既有信號開放繼電器KXJ 勵磁電路中使用了XD3JG 的軌道繼電器接點作為KXJ的勵磁條件［13］，見圖4。當辦理區間改方時，FJ、FJ2的反位接點131-133接通，證明運行方向已經改變，本站為發車站，且XD3JG 的軌道繼電器勵磁吸起，KXJ 勵磁吸起，KXJ 的吸起狀態作為本站出站信號機的開放條件。當改方完成后，為避免因QZJ 失磁落下導致XD3JGJ 失磁落下，KXJ 勵磁電路被切斷，車站出站信號機無法正常開放，因此KXJ 勵磁電路中的XD3JG 軌道繼電器條件不應受QZJ 或QFJ 控制。對于本站XD 正向進站口，還應在既有自動閉塞結合電路基礎上增加1個僅由原GJF 勵磁條件控制的XD3JGJ1。若SH 反向進站口的KXJ 勵磁電路也采用SH3JG軌道繼電器條件，則SH進站口也應增加1 個僅由原GJF 勵磁條件控制的SH3JGJ1。在原GJF 勵磁條件基礎上串聯QZJ 或QFJ 條件的JGJ、LQJ用于計算機聯鎖系統采集，僅由原GJF接點構成勵磁條件的JGJ1 用于四線制方向電路的KXJ 電路，區間方向繼電器接點與GJF 接點串聯方案自動閉塞結合電路修改示意見圖5。考慮區間所有閉塞分區的QZJ、QFJ狀態一致，因此可選擇該區間內任意軌道區段的QZJ、QFJ接點搭建此電路。

圖4 XD進站口四線制方向電路的KXJ勵磁電路

圖5 XD進站口自動閉塞結合電路修改示意（串聯方案）

2.1.2 電路動作原理

區間按正方向組織行車時，圖3所示的四線制方向電路中，FJ2 繼電器121-122 接點接通區間Q5G～Q10G 各軌道區段的QZJ 勵磁電路，QZJ勵磁吸起，QFJ 失磁落下，圖5 中XD 進站口的SH1LQJ～SH3LQJ 勵磁電路被 QFJ 切斷，XD1JGJ～XD3JGJ 勵磁電路不受影響；區間按反方向組織行車時，FJ2 繼電器的121-123 接點接通各區段的QFJ勵磁電路，QZJ失磁落下，QFJ勵磁吸起，XD1JGJ～XD3JGJ 的勵磁電路被QZJ 切斷，SH1LQJ～SH3LQJ 的勵磁電路不受影響，XD3JGJ1 仍然保持吸起狀態，KXJ 能夠正常吸起，車站出站信號機可正常開放。在自動閉塞結合電路中串聯QZJ、QFJ前接點，將同一軌道區段GJF 勵磁條件按區間運行方向分隔開來，保證了同一時刻JGJ、LQJ勵磁電路僅有一個在工作狀態，進而實現計算機聯鎖控顯終端界面接近/離去表示燈根據區間運行方向分開顯示的功能，同時不影響四線制方向電路中KXJ的正常動作。

2.2 方案二：區間方向繼電器接點與GJF接點并聯

2.2.1 電路修改

對于正向進站口，在XD1JGJ～XD3JGJ 原GJF 勵磁條件的基礎上并聯QFJ 前接點，在SH1LQJ～SH3LQJ 原GJF 勵磁條件的基礎上并聯QZJ 前接點；對于反向進站口，在SH1JGJ～SH3 JGJ 原GJF 勵磁條件的基礎上并聯QZJ 前接點，在XD1LQJ～XD3LQJ 原GJF 勵磁條件的基礎上并聯QFJ前接點。

如圖4 所示，KXJ 勵磁電路中含有XD3JG 軌道繼電器前接點條件，若采用上述并聯了QFJ 接點的XD3JGJ作為KXJ的勵磁條件，當區間改方完成后，QFJ 勵磁吸起，由Q9G-QFJ 前接點構成了XD3JGJ 的第2 條勵磁通路。在極端情況下，若Q9G-GJF 或Q10G-GJF 因故失磁落下，而此時XD3JGJ 仍然由QFJ 前接點構成其勵磁電路保持吸起，則XD3JGJ 無法真實反映相應軌道區段的狀態，后續可能造成KXJ 錯誤吸起，使車站出站信號機錯誤開放，給行車安全帶來隱患。因此，對于XD 正向進站口，也應增加1 個僅由原GJF 勵磁條件控制的XD3JGJ1 繼電器；對于SH 反向進站口，增加1個僅由原GJF勵磁條件控制的SH3JGJ1繼電器，以使電路滿足故障導向安全原則。增加QZJ、QFJ 條件的JGJ 和LQJ 用于計算機聯鎖系統采集，維持原GJF勵磁條件的JGJ1和LQJ1用于四線制方向電路的KXJ 電路，XD 進站口區間方向繼電器接點與GJF 接點并聯方案自動閉塞結合電路修改示意見圖6。

圖6 XD進站口自動閉塞結合電路修改示意（并聯方案）

2.2.2 電路動作原理

當區間按正方向組織行車時，由四線制方向電路控制Q5G～Q10G 的QZJ 勵磁吸起，QFJ 失磁落下，此時SH1LQJ～SH3LQJ 的原GJF 勵磁條件分別被QZJ 前接點旁路，原GJF 勵磁條件失去作用，SH1LQJ～SH3LQJ 保持吸起狀態不變，XD1 JGJ～XD3JGJ 不受QFJ 接點條件影響，仍然受相應GJF 接點控制。同理，當區間按反方向組織行車時，僅SH1LQJ～SH3LQJ 受相應區段的GJF 控制，XD1JGJ～XD3JGJ 被QFJ 前接點旁路，保持吸起狀態不變?？梢娫贘GJ和LQJ分別并聯QZJ或QFJ 前接點條件后，也可實現JGJ、LQJ 電路根據區間實際運行方向在不同時機動作，這樣接近/離去表示燈的顯示就帶有了方向含義，且滿足了運營維護單位的實際需求。

2.3 方案比選

方案一電路實現方式簡單，對既有配線的改動較少，且無需修改既有組合側面配線中的KZ 電源環線；其缺點是區間按正方向組織行車時，雖然XD1JGJ～XD3JGJ 能夠反映接近區段的實際占用情況，但該電路會使SH1LQJ～SH3LQJ 由常態吸起改為常態落下，計算機聯鎖系統采集相應LQJ狀態后，控顯終端界面上的3 個離去表示燈均常態點亮紅燈，而此時XD 進站口離去表示燈紅燈顯示并無實際意義。在這種情形下，當列車正向運行跨壓2 個接近區段時，控顯終端界面XD 進站口2 個接近表示燈和3 個離去表示燈同時點亮紅燈，車站工作人員無法快速準確判斷列車是以正向接車方向跨壓接近區段，還是以反向發車方向連續跨壓離去區段。同理，區間按反方向組織行車時，XD 進站口的3 個接近表示燈也會常態點亮無實際意義的紅燈，仍然會干擾車站工作人員，不能很好地滿足運營維護需求。

方案二的優點在于區間按某一方向組織行車時，被QZJ或QFJ前接點旁路的JGJ或LQJ常態仍然維持吸起狀態，計算機聯鎖系統采集相應的JGJ和LQJ 狀態后，無實際意義的接近表示燈或離去表示燈顯示為空閑狀態（未啟用狀態），當列車順序占壓軌道區段時，同一時刻只有接近表示燈或離去表示燈可能會點亮紅燈。車站工作人員僅通過觀察控顯終端界面點亮紅燈的是接近表示燈還是離去表示燈，即可快速判斷當前進站口的列車運行方向以及相應軌道區段的占壓情況。該方案的缺點在于對既有配線的改動較多，且需修改既有組合側面配線中的KZ電源環線，配線修改相對復雜。

結合工程實際，建議既有車站升級改造為單線雙方向自動閉塞后，采用區間方向繼電器接點與GJF接點并聯方案作為優化方案。

3 結論

本文以串聯和并聯2 種方式，在JGJ 和LQJ 的原GJF 勵磁電路中增加四線制方向電路中的QZJ、QFJ 條件，同時增設不受QZJ/QFJ 控制的3JGJ1，用于KXJ 勵磁電路，避免引入的區間方向繼電器條件對既有電路造成不良影響。QZJ/QFJ 接點與GJF 接點并聯方案能夠達到更好的人機交互效果，是實現接近/離去表示燈分開顯示的推薦方案。優化后的自動閉塞結合電路有效解決了困擾車站現場作業人員的難題，且無需對計算機聯鎖軟件進行修改，能夠有效縮短工程周期。目前，該方案已在京雄鐵路工程中成功應用，現場反饋效果良好。