迁曹重载铁路站间安全信息传输系统应用研究

王友珍

(中铁第一勘察设计院集团有限公司通号处,西安 710043)

1 概述

铁路单线区段通常采用半自动闭塞或自动站间闭塞,两站间需传输涉及行车安全的站间闭塞信息。两站间一般以1对电缆实回线作为通信传输媒介,通过继电闭塞结合电路传输闭塞信息,实现站间闭塞。近年来,随着计算机、通信、铁路信号控制等技术的发展,基于光通信的站间安全信息传输系统应运而生,并在迁曹线2万t重载工程中得到了应用。

迁曹铁路作为大秦线2亿t扩能改造工程开辟的新出海通道,属国铁Ⅰ级2万t重载铁路,曹妃甸段从曹妃甸北站引出2路,经陆海分界大堤分别至曹妃甸南和曹妃甸西站,曹妃甸北至曹妃甸南全长约28 km,曹妃甸北至曹妃甸西全长约18 km[1-3]。受到传输距离、工程投资等因素影响,两站间未敷设通信电缆,仅设有通信光缆,站间闭塞信息通过光缆进行传输。

因此对传统的基于通信电缆的站间安全信息传输系统进行改造,通过增加模拟或数字数据接口设备,修改继电闭塞结合电路实现基于光通信的站间闭塞信息安全传输。

2 系统传输结构

基于光通信的站间闭塞信息传输系统通常是在两车站各设1套光电转换传输设备,将原站间闭塞的正负电脉冲信息转换成计算机处理的数据信息,记录有关继电器动作和按钮操作信息,站间计算机系统利用光缆通道进行数据通信,实现站间闭塞安全信息交换。其系统传输结构如图1所示。

在迁曹线工程设计中,光电转换传输设备设置于信号机械室组合柜内,站间信息经由尾纤由通信机械室引入信号机械室内。

3 系统构成及工作原理

3.1 系统构成

(1)系统由控制机箱和配套的继电器辅助组合组成：控制机箱用于信息采集、转换和传输,驱动相关动态单元,操作记录,故障记录和故障诊断；继电器辅助组合有反映线路条件的ZXJ、FXJ安全型继电器和动态单元,保障故障-安全的AGZJ、BGZJ继电器。其励磁电路如图2所示。

(2)系统采用主从式双机热备结构,主机与备机结构完全相同,当主机故障时,可以自动切换到备机(零切换时间)。若因故障检修需要,可随时人工关闭主机或备机而不影响系统正常工作。

图1 系统传输结构

图2 系统驱动电路

(3)系统可在线连接两路通信通道,并能进行通道间的自动倒换。

(4)系统硬件配置按照模块化结构的原则,按功能划分为几个相对独立的模块,以方便今后对系统进行调整和扩充。

3.2 工作原理

(1)取消“与单线半自动闭塞结合电路”定型图中闭塞外线电缆X1/X2,接受或者发送闭塞信号脉冲改为由光纤和光电转换设备共同完成,仍然保留了ZDJ、FDJ、ZXJ、FXJ4个安全型继电器,各子系统之间通过安全型继电器接口,原定型电路图改动小[4-6]。

(2)正线路继电器(ZXJ)和负线路继电器(FXJ)由光电转换驱动盒驱动(电路见图2)：并对ZXJ、FXJ继电器的状态进行回采进行校核,确保输出结果的正确性。当继电器状态与输出结果不一致时,系统立即报警,并切断所有输出。系统同时采集ZDJ、FDJ、SGAJ、BSAJ、FUAJ的接点条件,电路如图3所示,在ZDJ或FDJ励磁状态下,ZXJ、FXJ不能励磁,即向邻站发送信息时,不能接收对方的驱动信息以及对ZXJ或FXJ进行驱动[7-9]。

(3)两站之间办理闭塞时,甲站作为发车站请求发车,发送端信号连续不断的发送,作为接车站乙站的光电转换设备把接收到的编码信息,通过系统译码,经由动态采集驱动板将脉动的电信号送到驱动盒里,再由驱动盒送出电源使得乙站ZXJ↑,同时,动态采集驱动板通过回采ZXJ信息进行校核,确保输出结果正确性。电路中的FXJ与ZXJ工作原理相同。

图3 系统采集电路

4 可靠性分析

由于基于光通信的站间闭塞信息传输系统首次应用于2万t重载铁路,站间传输光缆受到大牵引电流的影响,能否满足铁路信号控制的故障导向安全的要求就显得十分重要,在系统设计时采取以下几个措施保证其可靠运行。

(1)开机时和开机后对系统的关键单元进行自检测,并在出现故障时,及时提供相应的报警信息。内部状态的各种信息,均用1 Byte编码表示,避免数据在内部运算过程中产生错码带来的危害。同时,信息编码按最大的码距设备,可进一步提高系统的安全性[10]。

(2)动态采集驱动板运用光电隔离技术,具有良好的与外部电气隔离的性能,可最大限度地减少与外部电路的相互影响。主机通过通信不断将信息发送给热备机,热备机对采集信息和通信信息进行一致比较。当主备机之间信息不致时,不执行切换命令[10]。

(3)甲站系统向乙站发出信息后,等待乙站的回执。乙站收到信息后,向甲站发送原码的反码。甲站将收到的回执和已发送信息比较,如果信息一致,继续执行下一步；如果不一致,停止所有输出,等待人工处理。

(4)站间传输信息时,发信号端需要连续不断地发送信息,以保证在线路故障或传输出错时,及时切断输出信号,导向安全。

(5)设计了故障-安全的AGZJ、BGZJ继电器。其故障报警电路如图4所示。

图4 故障报警电路

当控制台单机故障报警时,表示主机或备机工作继电器已落下,这时可能是主机故障或备机故障。出现单机故障,不影响正常工作,可继续办理。但值班人员一定要通知信号工检查发生何故障,处理故障并及时恢复。

当控制台出现双机故障报警时,表示主机和备机工作继电器已落下,这时可能是主机和备机都故障或系统检测到错误励磁或非安全信息等。此时,系统已不能正常工作,值班人员一定要立刻通知信号工检查发生何故障,处理故障。

5 结语

基于光通信的站间闭塞信息传输系统在迁曹线2万t重载铁路信号工程中的得到成功应用。实现了取消电缆、以通信光纤为通道对站间闭塞信息进行安全、可靠传输,解决了站间距离较长,大牵引电流不平衡电流干扰及站间信息损耗严重等问题。系统自投入使用以来,一直稳定可靠,运行良好,验证了系统结构、原理及结合设计的正确性和合理性。

[1] 铁道第一勘察设计院.新建铁路迁曹线滦南至曹妃甸段初步设计总说明书[Z].兰州：铁道第一勘察设计院,2005.

[2] 铁道第一勘察设计院.新建铁路迁曹线滦南至曹妃甸段初步设计信号说明书[Z].兰州：铁道第一勘察设计院,2005．

[3] 铁道第一勘察设计院.新建铁路迁曹线滦南至曹妃甸段施工图信号说明书[Z].西安：铁道第一勘察设计院,2006．

[4] 何文卿.6502电气集中电路(修订本)[M].北京：中国铁道出版社,1996：188-191.

[5] 中国铁路通信信号总公司研究设计院.铁路工程设计技术手册·信号(修订版)[M].北京：中国铁道出版社,1993：205-220．

[6] 中华人民共和国铁道部.TB10007—2006 铁路信号设计规范[S].北京：中国铁道出版社,2006.

[7] 中华人民共和国铁道部.TB/T2497—94 铁路半自动闭塞技术条件[S].北京：1994.

[8] 中华人民共和国铁道部.TB/T2307—92 电气集中各种结合电路技术条件[S].北京：1992.

[9] 中华人民共和国铁道部.电号6504. 6502电路与各种设备联系图册[S].北京：电化工程局电务勘测设计处,1977.

[10] 铁道部运输局.运基信号[2010]537号 基于光通信的站间安全信息传输系统应用技术条件[S].北京：铁道部运输局,2010.