乌兹别克斯坦铁路平交道口防护系统设计

王 杰

(中铁第一勘察设计院集团有限公司,西安 710043)

乌兹别克斯坦铁路线平交道口多,分布密集,多位于公路人流和车流较大的交通区域,对平交道口的安全性要求高,防护设备的配置要求车列经过道口时能够及时自动发出警报,对于有人看守道口还要求能够有效阻止抢行车辆进入道口同时亦可使困在道口内的车辆及时驶出,有效保证铁路道口的运营安全。Tukimachi至Angren铁路线全长约114 km,共有14处道口要求配置道口自动通知[1-4]、道口自动信号[1-5]设备,其中11处有人看守道口还要求配置自动栏木[1-5]和道口阻隔设备(以下简称“COD”),COD能够实现对道口的冗余安全防护。道口自动通知、自动信号、自动栏木和COD要求相互关联,按照俄罗斯技术标准形成一套遵循安全动作逻辑的高安全性道口防护系统。

1 平交道口防护系统的构成

1.1 有人看守道口防护系统的构成

位于车站和区间的有人看守平交道口配备继电型道口防护系统。道口防护系统由公路防护信号机、公路报警电铃、半式栏木、计轴轨道检查装置、控制盘[1-4]、遮断保护信号机[2]、道口电源、道口阻隔设备(COD)、电缆和继电逻辑控制设备[1]构成。区间平交道口需要独立配置遮断保护信号机,站内平交道口利用地面主体列车和调车信号机作为其遮断保护信号。道口继电逻辑控制设备将道口各组成设备按照规定的安全动作逻辑关系互相联系起来自动工作。其中用于道口自动通知的计轴设备、道口电源设备和遮断保护信号机采用中国设备,其他设备均采用俄罗斯设备。区间有人看守平交道口防护系统简要构成见图1。区间有人看守道口典型设备布置见图2。

图1 区间有人看守平交道口防护系统简要构成

图2 区间有人看守道口典型设备布置(单位：m)

1.2 无人看守道口防护系统的构成

位于区间的无人看守平交道口也配备继电型道口防护系统。道口防护系统由公路防护信号机、公路报警电铃、计轴轨道电路、道口电源、电缆和继电逻辑控制设备构成。

2 道口接近通知时间及接近通知距离

道口接近通知时间[1-4]及接近通知距离[1-4]采用乌兹别克斯坦本地计算方法得来,通常单线铁路区间道口公路仅与一条铁路线平交,道口防护的宽度为12 m,道口接近通知时间为30 s。结合本线120 km/h的设计速度道口接近通知距离为1 km,站内道口由于经过线路数量不一样，接近通知时间和接近通知距离各不相同,需要根据不同道口防护的宽度和列车最高运行速度等条件计算确定。

道口自动通知采用计轴设备,站内道口接近通知计轴点和恢复计轴点与站内用于区段检查的计轴点尽量合用,区间道口的接近通知计轴点和恢复计轴点独立设置,计轴设备根据计算设置在区间道口附近,区间道口计轴设备布置示意如图2所示。

3 道口报警方案

3.1 列车报警方案

3.1.1 站内道口列车报警方案

(1)发车报警方案

发车按一次通知[3,6]设计。列车从股道发车,股道占用发车进路建立后发出道口告警通知信号,出站信号机延时1 min开放,道口收到列车接近告警通知信号后声光信号自动报警,道口栏木和COD延时动作。

(2)接车报警方案

接车按一次通知设计。接车时列车压入计轴接近通知点时发出接车接近告警通知信号,道口收到接近通知信号后声光信号自动报警,道口栏木和COD延时动作。

(3)通过报警方案

列车通过按一次通知设计。当有通过进路时列车压入报警点(一般为股道另一端入口计轴点处)且前方出站信号开放时发出道口告警通知信号,如果告警时间太长影响公路通行，则在列车压入报警点内方后延时发出告警通知信号,道口收到列车接近告警通知信号后声光信号自动报警,道口栏木和COD延时动作。

3.1.2 区间道口报警方案

道口报警按一次通知[2,4,6]设计。列车压入计轴接近通知点,接近通知轨道继电器落下经道口复原电路物理判断后发出道口告警通知信号,道口收到列车接近告警通知信号后声光信号自动报警,道口栏木和COD延时动作。

3.2 站内调车报警方案

调车报警按一次通知设计。当办理了经过道口的调车进路后，进路建立调车信号开放,调车信号机接近区段有车占用时发出告警通知信号,道口栏木和COD延时动作。

3.3 非联锁区调车防护信号报警方案

道口值班员在道口控制盘上先按压道口关闭按钮,道口提前关闭,再按下调车信号按钮,当半式栏木关闭到位后非联锁区调车信号立即开放,司机视道口情况进行调车作业；当值班员确认调车车列完全出清道口后,拔出调车信号按钮和按压道口恢复按钮,道口防护系统自动恢复。

3.4 道口遮断防护信号与闭塞和信号联锁方案

站内道口通过地面主体信号机进行防护,当道口发生突发紧急情况时,道口看守员破铅封按压道口遮断保护信号按钮,此时防护道口的列车主体进出站信号机不能开放,调车信号也不能开放,站内联锁需要不间断检查遮断保护信号按钮是否按下信息。

对于区间道口,当往道口所在区间办理闭塞或发车时,联锁要检查道口遮断保护信号按钮的状态,如果该按钮按下遮断保护信号开放红灯,则不能办理区间自动站间闭塞,车站出发信号机不能开放。遮断保护信号的开放方式采用道口控制盘人工开放方式。

3.5 道口防护系统复原方案

3.5.1 站内道口复原方式

站内道口为人工复原,由道口值班人员人工确认车列出清道口后按压道口恢复按钮(也是栏木保持按钮)使道口复原。虽然采用人工复原,但是人工复原是建立在自动复原基础之上的,即当车列出清道口所在区段时联锁经过运算使相关道口通知报警继电器恢复给出道口自动复原条件,此时可对道口进行人工复原,否则,按下道口人工复原按钮道口也不能进行复原。站内道口采用自动报警人工复原，故被称为半自动操作模式。

3.5.2 区间道口复原方式

区间道口为自动复原,由道口专用计轴设备给出道口复原所需的恢复条件,即接近和到达轨道区段条件,当列车出清道口恢复通知计轴点即构成道口复原电路复原条件,经道口复原电路进行物理判断后道口报警继电器重新励磁吸起报警条件解除,道口防护系统自动恢复。区间道口采用自动报警自动复原，故被称为自动操作模式。

3.5.3 道口人工复原方式

有人看守道口在自动告警设备失效情况下可通过道口控制盘人工关闭和打开道口,按下控制盘“关闭”按钮可打开道口信号机和关闭道口栏木,当火车通过道口后拔出道口“关闭”按钮,按压“打开”按钮可关闭道口信号机和打开道口栏木。

COD设备的自动升起与降落是与栏木一起动作的,因此没有设置独立升起的关闭和打开按钮。但COD控制盘上设置有出口1和出口3两个人工打开出口按钮,用于在特定情况下打开和关闭出口1和出口3的阻隔设备放行公路车辆。

3.6 站内道口报警与车站联锁的接口

站内道口的报警时机都是由车站联锁实现的,车站与道口的信息交换采用继电接口,联锁根据报警方案驱动道口发车通知继电器、接车通知继电器、通过通知继电器、调车通知继电器,车站通过联系电缆向道口传递这些告警信息,再由道口收到的告警通知继电信息触发道口箱的告警继电器使道口防护系统自动工作。

4 独特的道口防护系统

4.1 道口闪光电路的工作特点

道口在收到接近通知告警信息后,通过触发脉动发生器触发两个动作时序相反的脉动继电器,脉动继电器从收到道口接近通知告警信息后持续工作到道口报警条件解除(半式栏木升起到垂直位置)后才停止工作,由于脉动继电器直接用于公路信号机点灯故同时配有脉动监督电路,脉动监督电路对脉动继电器工作状态进行监督并报警。

4.2 道口防护信号机及电铃的工作特点

道口防护信号机点灯电路由脉动继电器、脉动监督继电器、道口报警继电器、灯丝继电器等条件构成,在收到道口接近通知报警条件后公路防护信号机开始交替闪红灯,同时室外电铃开始鸣响,电铃在半式栏木完全降低到水平位置后自动停止鸣响,待道口报警条件解除,半式栏木完全恢复到公路通行位置后公路信号机停止闪红灯进入灭灯状态。无人道口公路信号机采用三灯位平时闪白灯,电铃在道口报警期间内一直鸣响。

4.3 半式栏木操作方式

站内道口半式栏木采用半自动操作方式,区间道口半式栏木采用自动操作方式。半式栏木操作方式与道口防护系统复原方案相对应。

4.3.1 半自动操作方式

半自动操作方式为栏木自动落下,人工操作升起。即当道口收到接近通知告警信息后,半式栏木延时自动降落,半式栏木的降落依靠其自身重力,当其完全降低到水平位置后关闭道口,当车列出清道口所在区段后,道口自动报警条件解除,此时按下道口人工复原按钮给出道口复原条件,道口报警继电器恢复吸起后栏木不会立即动作,而是先动作COD,待其完全恢复到与地平面平齐位置时,栏木才触发栏木动作继电器开始升起,栏木升起依赖于动作继电器控制的电动机。半式栏木在自动落下过程中还具有保持功能,即当道口信号机上的灯光保持闪烁时按压自复式栏木保持按钮，可将道口栏木杆支撑在最高位置。

4.3.2 自动操作方式

自动操作方式为栏木自动落下和升起，由其防护系统本身完成,中间没有人工干预环节。自动操作方式和半自动操作方式的区别仅在于报警继电器的复原方式不同,自动方式为列车通过道口后,道口复原电路自动判断给出道口报警继电器复原条件使其重新励磁,半式栏木在COD关闭后自动升起打开道口,半自动方式则需要人工确认按压复原按钮道口报警继电器才能重新励磁。自动操作方式半式栏木亦具有保持功能。

4.4 COD操作模式

COD为道口冗余安全防护设备,由4个独立的且共同操作的阻隔防护板[7]组成,带雷达交通探测传感器,采用自动操作模式,与自动和半自动模式下的防护系统和半式栏木通过继电逻辑电路相互关联一起动作,4个阻隔设备的布置见图2。当自动栏木降低到水平位置后,雷达探测传感器检测到阻隔防护板上面没有车辆和行人时，COD通过时间延迟模块延时动作升起地面阻隔防护板防护由公路向道口闯入的车辆,从地面起到对闯入车辆的绝对物理阻隔作用,此时阻隔防护板朝着要进入铁路道口的来车方向与地面呈35°左右的夹角。当列车通过道口道口防护系统解除报警后,COD通过自身系统的电动转辙机动作阻隔防护板，使其自动恢复进入表层公路地平面位置,待系统检测到COD完全恢复到位后,触发栏木升起条件使其自动升起道口重新打开。COD阻隔防护板工作示意见图3。

图3 COD阻隔防护板工作照片

4.5 道口控制盘表示灯和按钮的设置

道口控制盘用于实现对道口设备工作状态的监控和道口值班员进行本地操作。

有人道口设有2个道口控制盘,1个道口信号控制盘,1个COD控制盘。道口信号控制盘设有表示灯对公路防护信号机、遮断保护信号机、道口闪光、道口接近通知、道口电源、非联锁区调车防护信号等对象进行监控；控制盘上设有道口关闭打开按钮、道口恢复按钮(栏木保持按钮)、遮断保护信号打开按钮、计轴复零按钮等实现道口值班员对道口设备的人工控制要求。

COD控制盘设有表示灯对4个道口阻隔防护板、4个雷达探测传感器和COD设备工作是否正常进行监控；控制盘上设有4个按钮,2个人工打开出口按钮用于特定情况下公路车辆没有出清道口时人工打开出口1和出口3放行公路车辆,1个雷达探测检查按钮用于独立对雷达探测设备进行故障检查,1个COD设备正常工作按钮用于故障情况下断开与半式栏木自动动作的条件。

4.6 道口电源

道口设备的供电,采用一主一备2路电源独立输入,主备电源经切换输出。电源屏内采取两级输入防雷保护和接地措施,确保系统安全可靠运行。

道口电源屏采用智能模块化电源屏,电源屏容量为4 kVA,现场同时配置室外型UPS,UPS持续供电时间不小于1 h。道口电源屏输出2路电源,一路不经过UPS切换输出,一路经UPS输出电源。不经过UPS输出电源供给：COD 、半式栏木、室内外照明、维修；经UPS输出电源供给以下8种单元：计轴设备、遮断保护信号、道口信号机点灯、控制逻辑电路、控制盘按钮电路、控制盘表示灯、道口与车站联系电路、无线列调系统。

4.7 道口信号的远程监控

道口信号的远程监控由临近车站联锁实现,监控信息通过道口车站联系电缆传递给临近车站。道口向临近车站传递的继电监控信息主要包括：反映道口关闭开放状态的继电信息、反映道口设备是否故障的继电信息、反映非联锁区防护道口的调车信号关闭与开放的继电信息和反映无人道口专用计轴设备是否故障的继电信息等,这些信息被联锁采集后集中在控制台上进行反映,供车站值班员监督。

5 道口逻辑控制电路采用的俄罗斯继电器和电阻电容器

5.1 俄罗斯继电器

道口控制电路中采用的俄罗斯继电器型号主要有：ТШ-65В,1Н-340,АНШМ2-310,НМПШ2-400,НМШ2-900,НМШ1-400,ОМШ2-46,АНШ2-1230,НМШМ1-360,НМШМ1-180,НМШМ1-1120,НМШ3-460/400,НМШ2-4000,НМШ1-1440,МШМ2-3000,ПМПУШ150/150,НМПШЗМ-0,2/250,АПШ-24。继电器额定工作电压为DC12V,接点组通常为8组,部分继电器仅4组奇数接点组可用,部分继电器仅4组偶数接点组可用。俄罗斯继电器规格不统一,其中ТШ-65В为大继电器,其规格为18.6 cm(高)×8.0 cm(宽),小继电器规格为11 cm(高)×8.0 cm(宽)。中国继电器规格一般为15.7 cm(高)×4.8 cm(宽)。

5.2 俄罗斯电阻电容器

道口控制电路中采用的电阻电容器型号主要有：КБМШ-1А,КБМШ-4A,КБМШ-4,КБМШ-5,КБМШ-6,ЬКР-76,БКШ-1等类型,经过组合可以满足不同电路对阻容元件的不同延时需求。电阻电容器安装设计为继电器插拔式,在组合中占用一个俄罗斯小继电器的位置。

6 道口设备本地安装要求

6.1 道口控制柜的安装

根据乌兹别克斯坦本国平交道口现状,道口房仅能满足道口值班员使用,没有道口控制设备安装空间,道口防护系统控制设备采用设置室外机柜方案,Tukimachi至Angren铁路线也采用设置室外机柜方案,设置的道口室外机柜主要包括电池柜、电源柜、计轴柜、道口信号控制柜和COD控制柜,其中计轴柜和COD控制柜各道口根据具体情况配置。道口信号控制柜,COD控制柜采用俄罗斯机柜,其他机柜采用中国机柜。在中国电源设备、计轴控制设备都安装在室内,本线设置室外机柜,为满足本线特殊环境条件要求,室外机柜在生产过程中采取了专门的隔热通风防寒防盗措施。区间有人看守道口室外机柜布置示意见图2。

6.2 俄罗斯道口控制柜的布置

俄罗斯道口室外控制机柜的规格为1 735 mm(高)×985 mm(宽)×635 mm(深),控制柜从下到上依次布置为保险电阻等零散设备占一层空间,零层端子板占两层空间,然后是继电器安装层,机柜出厂时继电器层按照俄罗斯小继电器规格布设8层安装位置,一层可以安装8个俄罗斯继电器。

7 结语

乌兹别克斯坦Tukimachi至Angren铁路线道口防护设备已于2010年8月开通运营,设备自投入运营以来一直运行稳定可靠,有效地保证了平交道口的运营安全。目前在我国铁路营业线上安装平交道口信号设备的道口共有2 000多处,在世界其他国家和地区铁路平交道口也广泛存在,在铁路道口上装设合适、安全、可靠的防护设备是保障铁路行车安全、提高运输效率、实现交通运输的安全、正点、畅通目标的必要手段。

[1] 秦荥英.DX3型道口信号设备[M].北京：中国铁道出版社,1994．

[2] 中华人民共和国铁道部.TB10070—2000/J76—2001,铁路区间道口信号设计规范[S].北京：中国铁道出版社,2001.

[3] GB 10493—89,铁路站内道口信号设备技术条件[S].

[4] GB 10494—89,铁路区间道口信号设备技术条件[S].

[5] 俄联邦交通部.UDC 656.2(083.96),俄罗斯联邦铁路铁路技术管理规程[S].莫斯科：“荣誉”勋章运输出版社,1993.

[6] 何文卿.6502电气集中电路[M].北京：中国铁道出版社,1985.

[7] 杨冰梅,薛骏,王黎,等.铁路道口预警与防护系统综述[J].铁道技术监督,2007(11)：28-32.