包兰线惠银段增建二线工程站间安全信息传输实施方案研究

曹 岩,王学军

(1.兰州交通大学电子与信息工程学院,兰州 730070;2.中铁二十一局集团电务电化工程有限公司,兰州 730000)

包兰线惠银段增建二线工程站间安全信息传输实施方案研究

曹 岩1,王学军2

(1.兰州交通大学电子与信息工程学院,兰州 730070;2.中铁二十一局集团电务电化工程有限公司,兰州 730000)

为了实现两站间的自动闭塞站联信息和方向电路信息的安全传输,采用基于光通信技术安全的信息传输设备,结合在建包兰线惠银段增建二线工程站间安全信息传输实施的具体方案,阐述安全信息传输系统的系统组成及功能,最后结合工程实际探讨具体的施工过程。该工程方案不但提高系统可靠性并有效降低工程成本。

站间信息;包兰线惠银段;光通信技术;安全传输;实施方案

伴随着我国铁路高速跨越式发展,采用的铁路信号新技术也不断涌现,在包兰线惠农至银川段增建二线并提速至200 km/h改造工程信号方案中,工程技术人员充分利用通信专业提供的光纤通道及信号列控中心设备实现站间透明信息及方向电路信息的传输。不但提高了系统的可靠性,并且降低了投资成本,此类技术必将在越来越多的铁路信号工程中得到应用。

1 基于光通信技术的站间安全信息传输方式

1.1 系统功能概述

站间安全传输系统采用计算机和现代通信技术,以安全计算机为核心,通过继电器与联锁及自动闭塞系统接口,在两站或多站点间利用光缆进行信号信息交换,完成区间信息采集、传输及站间联系信息传输功能,同时根据信号系统制式可实现对区间运行方向改变的控制功能。

系统采集本站轨道电路及其他相关信息的继电器接点状态,通过光缆双向、点对点传输到邻站,直接驱动相应的继电器。两车站站间联系条件互传,为站间联系电路提供所需信息,并满足故障-安全原则。

1.2 系统组成

系统主要由传输设备与传输通道构成,系统结构示意如图1所示。

由源站传输设备采集本地站间条件后,通过通信通道传送给目的站,目的站传输设备根据接收到的站间信息输出相应条件。

(1)传输通道

站间传输通道采用冗余的专用光纤通道或专用2M数字通道。

①采用专用光纤通道

光纤模式:单模光纤;

采用FC、SC或ST接口。

光纤衰减应符合表1要求。

图1 系统结构示意

表1 光纤衰减要求

②采用由通信传输系统(SDHMSTP)提供的专用2M通道

应符合ITU-T G.703标准的E1通道。

通信机械室至信号机械室应采用BNC接头、75Ω非平衡同轴电缆。

当通信机械室至信号机械室电缆路径长度超过50m,应采用光纤通道和光接口设备连接。

(2)传输设备

传输设备一般由以下部分构成。

①主机单元:逻辑处理和系统控制。

②输入输出(I/O)接口单元:条件采集和驱动。

③通信接口单元:数据接收与发送。

1.3 系统特点

(1)采用模块化设计,输入/输出通过接线端子来实现,易于施工安装,外形结构简单。

(2)系统扩容能力强,便于将来信息扩展。

(3)系统的安全可靠性较高,系统不会由于人为操作错误而出现的故障造成不安全因素,实现系统故障导向安全。

1.4 站间信息传输内容

(1)半自动闭塞、自动站间闭塞应用时,传输设备采集和输出车站闭塞电路ZDJ和FDJ继电器接点条件。

(2)站、场间联系应用时,传输设备采集和输出站、场间联系相关继电器接点条件。

2 包兰线惠农至银川段安全信息传输方案

2.1 工程概况

包兰二线惠农至银川段线路全长约97.863 km,涉及8个车站和7个区间。主要技术标准是:Ⅰ级双线;电力牵引;牵引质量:5 000 t;到发线有效长度1 050m;路段旅客列车设计行车速度:200 km/h。

(1)自动闭塞设备采用ZPW -2000A制式。

(2)双线方向运行,正方向采用四显示自动闭塞,反方向按自动站间闭塞设计。

(3)站联电缆取消,站联信息及方向电路信息传输由具有安全信息传输功能的列控中心实现。

2.2 站间安全信息传输

以惠农—燕子墩下行区间为例,该区段长26.635 km,下行线设置18架通过信号机,惠农—燕子墩区间各管辖9个信号点。站间安全信息传输数量根据本站边界区段发L5或L3码确定;L5码需要邻站7个闭塞分区/进路状态,L3码需要邻站5个闭塞分区/进路状态。本线设计速度200 km/h,惠农—燕子墩区间下行线分界区段按发L5码考虑,因此燕子墩站需要给惠农站传以下自动闭塞信息及站联条件:GJF、DJF、XGJ、1GJ～6GJ;同时接收对方站的XGJ(邻)、GJ(邻)。

燕子墩站采集本站站间联系、小轨道等继电器条件,通过本站列控中心安全、可靠的通过站间敷设的线路两侧冗余的4芯光缆传输到惠农站列控中心,惠农站设备通过处理输出相应继电器条件或信息。

反之,上行区间惠农站需要通过列控中心给燕子墩站传以下自动闭塞信息及站联条件:GJF、DJF、XGJ、1GJ～6GJ;同时接收对方站的XGJ(邻)、GJ(邻)。

从上可以看出,站联电缆取消后,站间安全信息传输完全可以通过设于两站的列控中心设备及通信光通道实现。

2.3 方向电路信息传输

传统站联方式信号电缆不仅传输站间安全信息,同时还要传输方向电路信息。包兰线惠银段自闭方向电路信息采用列控中心(具备安全信息传输功能)传输,通过对四线制改方向电路进行微机化处理,取消联系电缆及自闭组合,每个接(发)车口仅设置2个改方向继电器。该方案区间自动闭塞方向逻辑控制由列控中心设备实现,列控中心需获得整个区间轨道电路占用/出清状态,并能控制方向电路的切换,轨道电路编码需获得当前区间的方向,主要接口电路如下。

(1)与方向继电器的接口

方向继电器采用JYXC -660型极性保持继电器,在每个发车口设置1个,用于表示区间运行方向,并在站间传输系统发生故障时保持区间方向不变。

每个发车口设置2个改方向继电器,采用JWXC-1700型继电器,由站间信息安全传输系统控制。每个发车口的FJ由相应的改方向继电器带动动作。同时列控中心实时采集各口FJ的前后节点,对FJ的动作情况进行闭环检查。

(2)与区段方向继电器的接口

每个轨道区段设置区段正向继电器及区段反向继电器各1个,采用JWXC -1700型继电器,用于本轨道区段的发送、接收电缆切换及编码方向的控制。区段方向继电器由相应发车口的FJ带动动作。在改变方向时,为获得区间每个轨道区段的发送、接收端是否成功转换,列控中心需要采集每个进站口所有区间轨道的QZJ及QFJ前接点信息(前接点可以串联后采集)。

(3)与轨道继电器的接口

为了实现对区间方向的控制,列控中心需要获得整个区间轨道电路占用/出清状态。列控中心采集本站管辖范围内的QGJ继电器条件,通过光缆把QGJ状态信息复示到对方站,同时接收邻站的QGJ信息,从而获得整个区间轨道电路占用/出清状态。

该方案用数字方向逻辑取代了原方向电路的继电器逻辑,节省了大量继电器,使得系统简单、可行,代表了安全信息传输系统的发展方向。

3 包兰线安全信息施工技术

3.1 SPTYWPL型电缆测试流程

SPTYWPL型电缆单盘测试方法流程:一般检查→确认AB端→绝缘测试→直流电阻测试→不平衡电阻测试→电容测试→电缆封端。

3.2 测试方法

一般检查:测试前对每一单盘电缆进行统一编号;检查外包装是否完整、电缆外观是否有破损等现象;用气压表测量电缆内气压值、并与电缆出厂气压值比较,检查电缆护套密封性能;当电缆内无气压时,在铝护套内充入压力为0.4 MPa的干燥空气,气压稳定后保持6 h内气压不降低为合格。

确认A、B端:电缆盘外端电缆开剥长度为150～200mm、内端电缆开剥长度为150～200mm;面对电缆端头,绿色四线组在红色四线组的顺时针方向侧为A端,反之为B端;面对电缆端头,在一个四线组内绿色单芯线在红色单芯线的顺时针方向侧为A端,反之为B端。

绝缘测试:将电缆盘外端所有的芯线、钢带、铝护套、内屏蔽层及排流线用导线连接到高阻计测试端,然后从连接后的电缆芯线中的任意一根与高阻计的另一个测试端连接;将电缆盘内端的电缆芯线全部开路;进行单根芯线及金属护层的绝缘电阻测试;将测试完的单根芯线与未测试芯线分开,依次测量;全部芯线测试完后,填写测试记录,并在电缆盘上标注。绝缘电阻≥1 000MΩ。

直流电阻测试:将屏蔽四线组待测芯线的两端分别连接到直流电桥的测试端子上,测量电阻值;当周围环境温度达不到20℃时,根据换算公式将测试值换算成20℃时的电阻值。工作电阻≤23.5Ω。

不平衡电阻计算:工作线对2根导体的测试值换算成20℃时的电阻值之差与其之和的比值,通过计算检验电缆的出厂质量。

电容测试:将电缆盘内端电缆的芯线全部开路;将电缆盘外端所有的芯线、钢带、铝护套、内屏蔽层及排流线用导线连接,连接后接到测试仪表的接地端;将电缆外端任意一组内屏蔽线的红、白线对,蓝、绿线对连接到电容测试仪的测试端子上,将测试电容值填写在记录表中。

电缆封端:用热缩端帽封端法将测试的电缆盘内端和外端密封。用钢锯将电缆测试端整齐锯断,清洁电缆端头,然后用砂布对电缆端头外护套100 mm部分进行打磨,选择电缆外径相适合的热缩端帽套在电缆端头上,用喷灯对热缩端帽均匀加热,当热缩端帽均匀包裹在电缆上且热溶胶流出后停止加热。

3.3 信号SPTYWPL型数字电缆成端施工

电缆做头:用清洁布擦干净做头部分外护套,将电缆穿入保护管和密封套,电缆芯线开剥长度满足箱盒配线要求长度,切除电缆外护套,保留10 mm钢带,保留铝护套10mm,露出内屏蔽层;用砂纸打毛铝护套和钢带;保留40mm内屏蔽层,露出电缆芯线,除去屏蔽层端口绝缘层25mm,剥开屏蔽层纵缝;用电缆的编号扎纱将芯线组缠紧保持电缆芯组的自然排序。

接地引出:钢带和铝护套分别用U形屏蔽连接夹固定牢固,按环接方式引出2根长500 mm的7× 0.52mm屏蔽连接线;屏蔽四线组的屏蔽层地线连接时将截面积1.5mm2扁平铜网和排流线放在屏蔽连接压接管和金属内屏蔽层之间,用压接钳压接后引出,依次类推,将扁平铜网与其他屏蔽四线组环连压接后,引出2根长500mm屏蔽引出线。

固定电缆:将密封套退回到满足灌注冷封胶要求的灌胶位置;将电缆用固定卡箍固定在保护管与辅助保护管之间,随后将辅助保护管与箱盒固定。

灌注冷封胶:使A、B两种胶液充分混合,沿芯线侧方灌注胶液,随即松动芯线使冷封胶更加充分进入线间,胶面要求平整且高于金属内屏蔽层20 mm以上。

接地引出线的接地连接:室外电缆接地引出线的接地连接时将分支地线端头压接25 mm2φ10 mm舌形接线片后与接地端子排牢固连接;将钢带及铝护套的接地引出线端头压接2.5mm2φ6mm舌形接线片后与接地端子排牢固连接;将2.5mm2φ6mm舌形接线片压接在屏蔽四线组的屏蔽引出线端头上后与接地端子排牢固连接。

室内电缆接地引出线的接地连接时,当分线柜与引入口的距离大于5 m时,对每根进入室内的电缆钢带增加1次接地;当分线柜与引入口的距离小于5 m时,只在分线柜做钢带、铝护套、排流线及内屏蔽的屏蔽连接与接地;在电缆引入口将每一根电缆的聚乙烯外护套剥开10mm×10mm的口,将6mm2多股铜芯塑料软铜线一端焊接在钢带上,用热缩带包裹密封,接地线另一端用专用压接钳压接6mm2φ8mm的舌形接线片,并用M8×35mm螺栓与电缆引入口处的室内汇集铜制接地端子排固定牢固,用塑料绑线将接地线绑扎整齐,配线长短一致;在分线柜处将每根成端后的电缆屏蔽引出线用专用压接钳压接截面积2.5mm2φ6mm舌形接线片,用M6×35mm铜制螺栓将屏蔽引出线和分线柜的铜制接地端子排固定牢固,配线长短一致,美观大方。

清理现场:成端工作完成后,将成端处切割废弃的电缆外护套、铝护套、钢带、芯线外皮等集中收集作为垃圾集中处理。

3.4 ZPW -2000A型轨道电路施工

3.4.1 施工流程(图2)

图2 ZPW-2000A型轨道电路施工流程

3.4.2 施工方法

补偿电容器安装:按设计图要求测定补偿电容安装位置,在两轨枕中间钢轨用 φ9.8 mm钻头钻孔(50 kg/m钢轨:孔中心距轨面83.5 mm。60 kg/m钢轨:孔中心距轨面97mm),将补偿电容置于两轨枕间,塞钉两端引接线用钢轨卡具固定,补偿电容及两端引接线用专用水泥枕或水泥槽防护。

钢轨接续线安装:冷挤压接续线安装时,用φ9.8mm钻头在夹板两端处打眼,使用液压钳将铜套压入孔中,使铜套与孔内壁充分紧密接触,将940 mm长钢轨接续线塞钉打入铜套中,塞钉露头螺栓部分用φ6mm螺帽固定。接续线安装在钢轨外侧,与夹板上部密贴,50 kg/m钢轨钻孔中心位置距轨面83.5 mm,孔中心距夹板边缘80mm,60 kg/m钢轨孔中心距轨面97mm,孔中心距夹板边缘65mm。焊接线焊在钢轨两端,两焊点中心距离为70～150 mm,焊接头低于钢轨踏面11mm,与夹板固定螺母竖向中心线的间距不小于10mm,焊接线焊后涂防锈专用涂料。

导通调试:从分线柜每个闭塞分区送、受电端子处向室外送电,检查电缆网络的完整性,同时将匹配变压器参数进行调整。

自检整理:试验完后进行清扫和自检,发现缺陷及时处理。

联通试验:调整发送器电压,按参数表调整主轨道及小轨道接收电压,实现轨道电路一次调整,轨道电路各参数符合要求,用0.15Ω分路线在轨道电路区段任一点分路,接收端设备可靠停止工作;机车进入轨道区段入口端最小信号电流至出口端接收最大信号电流,能使机车信号可靠工作;核对轨道电路区段与轨道继电器状态二者一致。

3.5 道岔转辙装置安装调试

成立道岔转辙装置安装作业工班,成员5人。统一标准,统一操作规程,做到道岔安装偏差值不超标,施工流程如下:施工准备→工务现场调查配合→外锁闭装置安装→安装装置安装→机械调试→电机单独送电试验→室内模拟试验→室内外联调。

准备阶段:对照施工安装图,核对每一牵引点处所用材料的种类、数量是否齐全、正确,各牵引点电转机型号与伸出方向是否与现场一致。准备施工所需机具、通信联络设备及安全防护用品。

现场调查、配合工务整治:核对道岔轨距、尖轨与基本轨密贴度,有无道岔吊板现象。安装电转机托板的眼距是否满足要求,尖轨、基本轨边缘有无飞边,牵引点处枕木是否垂直于道岔主线,是否满足两枕木间距为650mm,与牵引点相邻的两处岔枕间距为575mm。

外锁闭装置安装:按照安装图的要求连接2个锁闭杆,锁闭杆连接要平直,与绝缘垫板、夹板配合良好,螺栓、螺母联结紧固。用撬棍将尖轨拨到需要位置,拨尖轨时选择2个点,并同时用力,以免损坏道岔。将各螺栓穿入基本轨或尖轨对应的螺栓孔中,安装一侧锁闭框,安装左、右尖轨连接铁和尖端铁;在安装装置调试前,除锁闭杆外所有的部件不紧固。

锁闭杆凸台放入锁钩缺口后一起穿入锁闭框中,对侧锁闭杆凸台放入锁钩缺口后套入锁闭框,穿入固定导向销的开口销,并将锁闭框连到钢轨上,穿入销轴将锁钩和左、右尖轨连接铁连接,穿入销轴上的开口销,装两侧锁闭铁并用固定螺栓固定。

调试完成后安装合适的限位圈,使其在锁闭侧和锁闭框的距离小于2mm。

转辙装置安装:将拖板安装在混凝土枕上,用M24螺栓将拖板连接后先不完全紧固,以便于电转机的安装。

将电转机固定在拖板上,用撬棍将道岔拨到四开位置,先将动作连接杆与外锁闭杆连接,摇动电转机动作杆将电转机动作杆连接,安装好绝缘管。道岔表示杆通过尖端铁与尖轨连接,表示杆连接后,先不要与电转机连接,同时要在道岔调整好密贴和开口后再紧固有抠轴套和无抠轴套,安装后绝缘套。

机械调试:先统一调试一侧,后调试另一侧,最后综合平衡调试。在调整检测杆缺口前,表示杆先不要与电转机连接。

首先对道岔进行静态调整。调整牵引点处两锁闭框,使两侧锁闭框对正,达到外锁闭杆、安装装置动作连接杆、电转机动作杆保持在同一直线上,并垂直于直股基本轨。保证外锁闭装置在定、反位转换过程中动作平稳,调整电转机垂直方向,达到安装装置动作连接杆、电动机动作杆所在直线与外锁闭杆平行。

在静态调整基本完成后,再进行动态调整,同时摇动两牵引点电转机,在摇动过程中注意感觉各点的受力情况,阻力大或受力不均匀时,观察锁钩与锁闭铁结合面是否良好,锁闭杆在转动过程中是否有别卡现象,锁闭侧锁钩用检查锤敲击有微量摆动,通过调整外锁闭装置,使电转机受力良好,然后调整动作杆上接头旋入量的大小,确保电转机内部动作杆锁闭块落槽,使电转机伸出或拉入到底。

接着调整锁闭铁和锁闭框之间调整片的数量,使两侧尖轨密贴,调整动作杆上接头旋入量的大小使道岔两侧锁闭量均匀。将表示杆与电转机的检测杆连上,统一调试一侧的电转机表示,通过旋转安装装置的无扣轴套和有扣轴套使电转机的缺口指标对准检测杆缺口中心,达到调试的要求。

道岔表示调试完成后,用螺母将无扣轴套和有扣轴套紧固。通过调整锁闭铁和锁闭框之间调整片的数量,使尖轨满足2mm锁闭和4mm不锁闭要求。

3.6 联锁试验(图3)

室外调试:先对室外连结设备的各电缆芯线从室外分线盘到设备终端的通道导通测试。从室内分线盘对应设备单独送电检查室外信号机、道岔、轨道电路室外电路的完整性,试验其部分电气性能。

室内模拟试验:制作模拟盘,用模拟盘钮子开关代替站场轨道区段,用模拟盘上的低压表示灯。代替站场信号机的灯位,在道岔组合中增加临时配线,形成道岔试验模拟电路,电源屏开机输出KZ、KF、JZ、JF、SJZ及JJZ、JJG电源,进行模拟试验,其他不用电源做醒目标记,严禁使用,模拟试验时先处理影响试验的混电烧熔断器的故障,然后按联锁表逐条进路进行试验。室内外联锁试验:模拟试验完成后,拆除模拟条件,恢复站场信号机,轨道电路、道岔,严格按联锁表中所列项目进行联锁试验。然后通过轨道车或机车对站场进行压道确认试验,压道试验完毕后即可开通使用。在试验同时,电务段进行同步验收。

图3 联锁调试流程

CTC系统调试:在开通试验完成后,先进行点对点信息采集试验,将微机和监测串行接口与CTC机柜连接,待信息采集试验完成后,成立联调小组,设专人指挥,设备软件、硬件开发及生产厂家人员集中进行调试,各站设技术人员盯岗,调度配合人员,进行CTC系统调试,做到系统运行正常。

3.7 计算机联锁室内施工(图4)

图4 计算机联锁室内施工流程

计算机联锁试验的常规程序是:断开接口柜接口电路,由软件开发人员和设备生产厂家共同试验联锁程序,校方和施工单位进行局部试验;然后接通接口电路,由校方和施工单位配合进行模拟联锁试验,最后共同完成综合联锁试验。

局部试验:局部试验一般分2个阶段。

第一阶段:校方和施工单位在室内接口电路断开处,对应各继电器给出继电器动作的条件,试验接口电路到各继电器的控制通道的完整,以及各继电器的动作正常,同时处理混电、接地、短路等现象。

第二阶段:向室外各信号机单独送AC220V电源,试验其灯位显示是否正确、主副灯丝转换是否良好、调整信号机显示距离;向室外各轨道电路区段送出25Hz/AC220V电源,调整轨道电路,利用道岔控制器试验各道岔正常转换、机械性能及表示电路。

模拟试验:模拟试验由校方和施工单位配合软件开发人员共同完成,在完成局部试验第一阶段后,校方和施工单位负责制作信号机、轨道电路、道岔的模拟电路。然后将断开的接口电路接通,按联锁表规定的项目进行模拟试验,校方和施工单位主要配合在进路解锁时轨道区段的顺序占用和顺序出清的模拟,同时保证模拟电路的正常动作。模拟试验完成后由电务段进行核对模拟试验。

综合试验:在模拟试验结束后,拆除所有模拟电路,接通接口电路,接通分线盘至室外各信号设备终端的电缆通道,进行综合联锁试验。信号机核对室内微机显示器信号复示器,控制继电器,室外各信号机灯位三者一致;核对轨道区段的占用和出清时室内微机显示器表示光带、控制继电器、室外轨道区段占用状态三者的一致;核对道岔室内微机显示器表示,控制继电器状态、室外现场道岔开通位置三者一致。同时检查轨道电路模拟量、信号和道岔各开关量的实时检查和实时控制。

4 结语

包兰线惠银段增建二线工程站间安全信息传输实施技术方案,在对基于光通信技术的站间信息安全传输系统和传统站联电路方式进行了充分比较后,体现出光通信技术下铁道信号安全信息传输系统在经济、安全、性能等方面有着巨大的优势,势必在以后的铁路信号工程中得到广泛应用。

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Research on Inter-station Safety Information Transm ission Scheme of the Second Line on Baotou-Lanzhou Railway Huilong-Yinchuan Section

Cao Yan1,Wang Xuejun2
(1.Lanzhou Jiaotong University,Lanzhou 730070;2.China Railway 21st Engineering Bureau Group Co.,Ltd.,Lanzhou 730000)

In order to realize the inter-station auto-block information and directional information safety transmission,information transmission equipment based on optical communication technology was adopted. Considering the implementation plan of inter-station safety information transmission project on newly built second line of Baotuo-Lanzhou railway Huilong-Yinchuan section,this paper expounds the composition and functions of safety information transmission system,incorporating the engineering practice,discusses the concrete construction process.

Inter-station information; Baotou-Lanzhou railway Huilong-Yinchuan section; Optical communication technology;Safety transmission;Implementation plan

U283.2

A

1004 -2954(2011)08 -0111 -06

2011-03-22

曹 岩(1982—),男,讲师,2003年毕业于兰州交通大学通信与信息系统专业,工学硕士。