蒙内铁路项目闭塞方案简析

王洪宾

（中交机电工程局有限公司，北京 100088）

肯尼亚蒙巴萨-内罗毕标轨铁路采用中国国铁Ⅰ级、单线、客运120 km/h、货运80 km/h的技术标准，综合考虑肯尼亚的运输需求、人文、环境，闭塞类型采用自动站间闭塞。

自动站间闭塞系统由站间闭塞设备、区间轨道检查装置和信息传输通道组成。由计轴轨道检查装置完成区间空闲检查；采用集成度更高的全电子执行单元结合计算机联锁系统，实现自动站间闭塞一体化功能；各站（场）采用基于光通信的站间安全信息传输系统传输闭塞信息。

1 闭塞的基本概念

为保证列车运行安全，消除正面碰撞与追尾事故，同一时刻，同一区间，仅允许一列列车通行。这种方式称为闭塞，实现闭塞功能的设备叫做闭塞设备。

1.1 列车驶入区间的条件

1）区间空闲。验证区间空闲：人工或设备，设备包括轨道电路、计轴设备。

2）准许进入区间凭证。车站的出站信号机、区间的通过信号机常为准许占用闭塞区间的凭证。

3）建立闭塞区间。闭塞实现的基本方法如图1所示：a.两车按一定时间间隔运行，实现时间间隔闭塞，该方法无法准确获得前行列车运行状态，故无法保证列车在区间运行安全；b.将线路分成若闭塞分区（或区间），每一分区内同一时刻只允许一列列车通行，实现空间间隔闭塞，既保证了列车行驶安全，又能提高运输效率。

1.2 空间间隔闭塞

空间间隔闭塞分类如图2所示。

1.2.1 站间闭塞

把相邻站间作为一个闭塞分区，同一时刻，同一分区，仅允许一列列车行驶。

1.2.2 自动闭塞

将区间和站内正线划分为若干闭塞分区，以闭塞分区作为列车运行的空间间隔，依据列车运行及相关闭塞分区状态，自动变换信号显示与移动授权信息，列车凭地面信号或车载信号通行的闭塞方式。

自动站间闭塞：以相邻站间为一个闭塞分区，自动检测区间空闲，自动办理进入闭塞凭证，自动建立与恢复闭塞区间。它既归属于站间闭塞，也归属于自动闭塞。

闭塞分区长度受限于列车运行速度及规定的行车密度。提高列车运行速度、加大行车密度，都要求增加行车间隔内闭塞分区数量，既增加自动闭塞地面设备的信息量，同时还会影响闭塞分区的划分。

蒙内铁路项目采用国铁I级，单线，客运120 km/h，货运80 km/h，综合考虑运行速度和行车密度，选用的闭塞制式为自动站间闭塞。

1.3 自动站间闭塞实现方式

1）基于64D的计轴自动站间闭塞系统

将64D型继电半自动闭塞与计轴设备结合，由64D实现闭塞的办理过程，继电器电路实现分界点间联系，计轴设备实现对列车完整到达的检查[1]。

由于计轴和闭塞分别需要2个不同的物理通道实现功能，电路的复杂程度较高，设备可靠性降低，通道资源占用较大。

2）一体化计轴自动站间闭塞系统实现方式如表1所示。

表1 一体化计轴自动站间闭塞系统实现方式Tab.1 Implementation modes of integrated automatic inter-station block system with axle counters

方式一中自动站间闭塞电路、站内联锁条件、计轴设备之间采用继电器结合电路，由计轴设备传递站间闭塞信息，构成一体化的计轴自动站间闭塞系统[2]。

方式二中自动站间闭塞继电器逻辑电路由全电子执行单元通过软件逻辑来实现。计轴设备与全电子执行单元之间采用标准RS-422串行通信接口，计算机联锁与全电子执行单元间也使用通信接口。本站和邻站站间闭塞信息、站间区间空闲信息、计轴设备状态信息及计轴复零信息都是通过通信接口在计算机联锁设备、全电子执行单元、计轴设备间交换[3]，其原理如图3所示。

2 闭塞安全性保障

2.1 计轴设备

计轴设备可在特定地区、环境、条件下使用，是线路、道口区段、平面交叉和道岔占用/空闲状态查验的安全设备，是对轨道电路的补充。

主要应用范围含以下几方面：

1）站内（针对个别区段的分路不良）

2）半自动区间（作为检查设备、与CTC结合）

3）自动闭塞区段（主要针对低阻道床）

计轴设备优点：

1）不受钢轨表面清洁度、轨道道床条件限制；

2）不受绝缘节、轨距杆绝缘节破损影响，安装简便；

3）与检查区段的长短无关；

4）结合电路简单；

5）不受电气化串扰。计轴设备不足：

1）易受外界干扰（如通道、电源、雷电等）；

2）点式检查设备（不能反映线路段、面信息）；

3）复原手续繁杂（须通过人工确认）；

4）产品、施工质量要求高，特别是传输通道；

5）造价较高。

2.2 轨道电路

ZPW-2000系列无绝缘轨道电路系统作为轨道空闲检查的常用设备，主要应用于将站间区间分成若干个闭塞分区的占用/空闲检查[3]。

轨道电路优点：

1）可连续检查轨道区段的空闲/占用状态；

2）能够实现断轨检查；

3）能够完成机车信号传输；

4）抗外界干扰强；

5）便于维护；

6）价格适当。

轨道电路存在不足：

1）易受道床微观动态变化影响。如：受道床潮湿、干燥影响。

2）传输长度受限制。

3）红光带。如：在隧道内或处于阴雨潮湿季节等情况，道床漏泄变大，电阻降低，易发生轨间短路。

4）白光带。即分路不良，车轮压在轨面上而不显示有车占用，通常由于轨面生锈、油污、粉尘等造成轨道电路开路。

2.3 计轴加轨道电路

蒙内铁路采用计轴加轨道电路的方式。由于肯尼亚地理环境较差，地广人稀、站间距离长、设备维护难度大等特点，站间区间空闲检查由不受距离长度、道床电阻、轨面生锈限制的计轴设备完成，站内区段空闲/占用检查由轨道电路实现。

2.4 站间安全传输设备

由通信提供不同物理路径的独立专用光纤和带宽为2 M的专用数字通道实现站间传输。

2.5 计算机联锁系统

全电子计算机联锁与普通计算机联锁的最大不同就是接口电路的不同，全电子计算机联锁以电子执行单元取代了普通计算机联锁的I/O板与继电器。

全电子计算机联锁较普通计算机联锁优势在于：全电子执行单元具有监测、控制一体化的功能。

1）故障率低。以蒙内铁路内罗毕南站为例，采用普通计算机联锁需要几十个柜放置继电器等（移频柜发码柜两者相同），需要组合内部、组合侧面等大量的配线，还需要很多断路器、阻容盒等，占用房屋面积大，故障点增多、故障几率增大，特别是对继电器电路属地化培训难度较大，施工和维护工作量增多；而全电子计算机联锁方式，室内仅需2个轨道柜放25周轨道电路防护盒，1～2个综合柜放站内移频防雷、调整电阻和发送报警继电器等，2架防雷分线柜，2个移频柜发码柜，房屋占用面积小，配线少，故障点少，还不需要断路器，基本属于免维护，优势明显。

2）经济成本低。全电子执行单元利用其提供信号集中监测条件，只需要增加电缆测试组匣和外电源采集就能实现，而普通计算机联锁微机监测则需额外增加许多独立采集单元及轨道、道岔、信号机、电码化等采集处理器，成本差异明显。

3 自动站间闭塞方案

3.1 系统架构

如图4所示：甲、乙两站分别设置独立的计算机联锁系统和计轴系统。两站计算机联锁系统间通过光交换设备交互两站间闭塞信息，由计算机联锁系统通过逻辑处理，实现自动站间闭塞。计轴系统负责实现区间轨道占用检查。

3.2 工作原理

计算机联锁设置列车照查（LZCJ）状态量，用于反映车站向区间办理发车进路情况，两个相邻车站相互检查对方车站的列车照查条件，避免相邻两站同时向同一区间办理发车进路。

计轴设备驱动继电器（QGJ），用于反映区间占用状态。车站向区间办理发车时，联锁系统须检查整个站间区间空闲条件，保证两站间同一时刻只有一列列车在区间通行。该条件与列车照查LZCJ条件相结合，实现闭塞安全性检查。

计轴设备驱动报警继电器（BJJ），与计算机联锁系统结合，实现联锁系统对计轴设备的状态监督。

联锁设备驱动计轴复零继电器（JFLJ），与计轴系统结合，利用计算机联锁系统的人机界面，对计轴设备进行复零操作[4]。

3.3 方案优点

1）自动站间闭塞系统由二乘二取二架构的联锁硬件实现，具备高可靠性、高可用性；自动站间闭塞功能由通过SIL4级安全认证的联锁软件实现，具备高安全性。

2）取消了复杂64D自动站间闭塞电路，有效减少系统故障率；取消了64D自动闭塞结合电路，采用全电子执行单元一体化控制，减少故障点，提高系统可靠性。

3）系统更加简洁、集成度更高，提高了系统可维护性。

4）减少设备材料，降低成本，缩短施工周期，降低属地化培训难度。

4 结论

随着计算机技术在信号领域应用技术的不断扩展，传统的继电联锁已逐渐被计算机联锁所取代，传统的闭塞控制已逐渐被列控中心所取代。对于蒙内单线铁路，采用计轴设备加轨道电路的方式，以全电子执行单元取代传统的继电器逻辑电路，从而实现计算机联锁站区一体化控制管理。从技术方案，节约成本，提高系统集成度，提高系统可靠性、可维护性、可扩展性等方面考虑都是优先选择的方案。