电气集中车站三化方案的研究与应用

李 进

(北京全路通信信号研究设计院集团有限公司，北京 100070)

目前电气集中车站均使用继电器接口，其传统装配方案采用定型组合和零散组合搭配完成，即由工厂完成组合生产和组合内部的配线，各组合及组合架之间侧面连接配线由施工单位在现场完成。这种装配方案存在施工周期长、配线质量受人员因素影响大、容易出现虚焊和假焊等缺陷[1-3]。“三化”设计方案可有效克服上述缺陷，“三化”是指信号系统采用设计通用化、生产集成工厂化、现场施工插接化。设计通用化是指对现有各系统及接口电路进行定型，形成模块化结构，用固定的模块实现固定的功能，这提高了设计效率和组合的设计质量；生产集成工厂化是指在工厂预生产标准模块，并依据具体车站工程施工设计在工厂进行插接电缆的生产，并完成设备集成、调试、试验及验收的要求，确保产品及配线的质量；现场施工插接化是指现场施工只是对工厂设备集成工作的重复及核对，现场无需动用烙铁，缩短施工工期，避免由于现场配线人员水平不一而造成的虚焊、假焊等现象，提高了工程的质量[4-8]。

1 三化方案研究方法

研究范围为适用350、250 km/h客运专线的站场，站场采用C3/C2运营模式各个控制系统的信号机械室基础控制设备，具体包括：接口柜、组合柜、分线防雷柜、移频发码柜、网络接口柜等。为兼容既有设备运行和安装环境，设定如下研究原则：1）现有的计算机机房控制设备应维持不变；2）电源室电源设备应维持不变；3）机械室信号设备控制电路原理应基本维持不变。

信号控制设备的设计方法和模式，决定其能否且以何种程度实现工厂化加工、集成和现场施工方法，因此信号控制设备能否实现三化方案以及实施效果如何，关键取决于设计通用化的实施效果[9]。作为本研究项目的技术要点，设计通用化要将现有的接口电路等进行合理整合，按照现有的信号设备类型、结构特点、运营方式、工程实施方法等进行统一梳理，设计出具有固定功能、类型覆盖全面、数量适当、相对独立且满足不同数量配置要求的通用型标准控制模块。其具体研究内容包括以下方面：

规范控制类型电路，将设备间的各种接口条件进行归类；

改变可以合并进行的工作内容、工作方法和工作环境，取消不必要的中间工作环节；

以机械室信号控制设备为整体单位进行配置，合理优化、扩大、重组相对独立的通用类型电路组合，减少相互间的不规则连线；

采用插接件代替侧面端子，实现不同类型模块组合接口之间的条件集连。

在设计通用化的基础上，进一步实现生产集成工厂化。生产集成工厂化包含两方面含义。

通用型标准控制模块由工厂进行预生产。

根据使用站场信号控制设备的类型或订货需要，选取适当的通用型标准控制模块，在工厂内生产插接线缆，通过拼接组合、插接方式连接来完成站场信号设备的设计集成、调试、试验及验收。

在生产集成工厂化的基础上，进一步实现现场施工插接化，即现场施工只是工厂设备集成工作的重复及室内室外接口线缆的对接和核对，实现现场施工不用动烙铁。在进一步允许的情况下，用户的验收也可以在工厂进行。

2 三化方案研究过程

设计通用化是三化方案最关键的顶层设计环节，生产集成工厂化和现场施工插接化只是具体实施环节，因此三化方案研究过程实际就是设计通用化的研究过程。设计通用化过程分为前期工作、接口归类和组合配置3个部分。

2.1 设计通用化前期工作

设计通用化的前期工作包含如下内容。

对信号基础设备的继电器执行电路进行统一规范，即按照最大通用化标准要求，对提速道岔和信号机控制等信号基础设备继电器执行电路按照“系列同类型”的原则进行规范化和统一化。

取消由不固定继电器接点条件搭建而成的逻辑判断零散电路。通过增加计算机控制软件的功能，将逻辑判定功能统一交由计算机处理完成，取消由不固定继电器接点条件搭建而成的逻辑判定零散继电器电路。

对各种信号器材进行统一规范。对插接件、变压器、防雷单元、断路器、端子板、组合框及各种机柜等的规格、外形、颜色、安装尺寸、走线方法等进行统一规范，达到系统设备外观整齐、美观的要求。

2.2 接口归类

信号控制系统各种类型设备间的接口主要包含如下几种。

计算机联锁系统与信号各类型“电路组合”之间的采集驱动接口。

计算机监测系统与信号各类型“电路组合”之间的开关量、模拟量采集接口。

信号各类型“电路组合”与其控制的室外现场信号设备之间的控制接口。

列控中心与ZPW-2000A轨道电路接口及ZPW-2000A各设备间接口。

信号各类型“电路组合”供电接口。

2.3 组合配置

重组后的组合容量应等于一个整体的同类信号基础设备控制单元的单个容量或其整数倍容量。为满足电源及接口插接件安装位置的需求，其最小组合配置为两层，即4U×2=8U，将其作为基本组合配置。因此，重组后的类型执行继电器电路组合为：4U×2=8U（2层）；4U×2+4U=12U（3层）；4U×2+4U×2=16U（4层）；4U×2+4U×2+4U=20U（5层）等。几种典型的配置图如图1，2，3所示。

图1 零层电源组合图（4U，1层）Fig.1 Zero layer power supply combinational diagram (4U, 1 layer)

图2 分线防雷组合图（4U，1层）Fig.2 Branching and lightning protection combinational diagram (4U, 1 layer)

图3 继电器组合配置图（12U，3层）Fig.3 Relay combinational diagram (12U, 3 layers)

转辙机控制电路组合包含：1）ZD型4线、6线制直流道岔电路的组合类型，包括4DC（4层）、3DC（3层）、2DC（2层）等共3种，可以分别独立完成4组、3组和2组道岔的控制。2）交流提速道岔转辙机控制组合类型，包括：a.TSDZ提速双动道岔转辙机控制主组合（3层），由原来的TSD、BHZS-1、BHZS-2三个基本组合合并而成。b.TSDZ(XL)提速双动道岔转辙机控制带下拉主组合（4层），由原来的TSD、BHZS-1、BHZS-2、XL四个基本组合合并而成。c.TDDZ提速单动道岔转辙机控制主组合（2层），由原来的TDD、BHZ两个基本组合合并而成。d.TDDZ(XL)提速单动道岔转辙机控制带下拉主组合（3层），由原来的TDD、BHZ、XL三个基本组合合并而成。e.4TDF提速4台道岔转辙机控制辅助组合（4层），由原来4个TDF基本组合合并而成。f.5TDF提速5台道岔转辙机控制辅助组合（5层），由原来5个TDF基本组合合并而成。

信号机控制电路组合包含：1）调车信号机控制电路组合类型为：6DX（2层）、9DX（3层）、12DX（4层），共3种，可分别完成6、9、12架调车信号机控制。2）进站信号机控制电路组合类型为：2JZ（3层）、3JZ（4层），共2种，可分别完成2、3架进站信号机控制。3）出站信号机控制电路组合类型为：3CZ（2层）、6CZ（4层），共2种，可分别完成3～6架出站信号机控制。

移频轨道电路ZGD组合的每个ZGD组合为2层，每层配置5DGJ+5FJ。每个ZGD组合与一个移频柜10套轨道电路设备配合使用，可以完成一个移频发码柜10个区段的发码方向转换，并可提供轨道状态信息。ZGD组合的第1层对应移频柜上面1～5个轨道电路设备，第2层对应移频柜下面的1～5个轨道电路设备。

97型25 Hz轨道电路组合及轨道测试盘组合为：1）25 Hz轨道继电器电路组合包含5DGJ+5HF+3GFB+5GJF，共占据为2层，可识别5个区段受电端的轨道状态。2）轨道测试盘占据一层（4U），可对4个25 Hz轨道继电器电路组合共20个区段受电端的轨道状态进行测试。

组合柜电源零层组合为：1）电源零层组合类型为ZDY，占据一层，外型一样，根据电源容量不同分为DC-ZDY，XH-ZDY，DG-ZDY 3个类型，可完成一个组合柜电源的供给。2）网络柜电源零层组合类型为W-ZDY，占据一层，可完成一个组合柜电源的供给。

电缆绝缘继电器电路组合为：1）E+A+B。将原有绝缘测试柜的E层、A层、B层组合在一起作为一个大组合，满足256路的绝缘测试；2）E+A。将原有绝缘测试柜的E层、A层组合并作为一个大组合，满足512路绝缘测试；3）通用组合C。绝缘测试数量在256～512之间或超过512后，E+A仍不能满足时，需要添加的通用组合。4）漏流测试接入组合F：放置熔断器。

分线防雷组合将分线与防雷统一考虑设计为定型组合，外观一致。由于外接电缆对地绝缘线序存在差异，因此按照设备类型划分为DC-F、XH-F、GD-F 3个类型。具体设计时，需按照实际使用类型进行调整。

2.4 机柜配置

对继电器组合柜、分线防雷柜、移频柜和网络接口柜的外形、风格、颜色、安装方法及走线方式进行统一。机械室各种机柜尺寸均采用：高2 350 mm×宽 1 200 mm×厚600 mm。机柜底座宽1 200 mm，高与地板到地面高度相同，厚600 mm，同时作为电缆走线槽。各种机柜均应考虑接地端子、安装底座（走线槽），充分考虑线缆的容量，分线防雷柜还应考虑各层防雷地的环接接地端子和电缆固定排以及电缆外皮接地端子。防雷地应设断开开关，平时闭合，进行电缆接地测试时断开。继电器柜最大使用高度为44U，其中安装继电器组合配置占40U，零层电源占4U。

3 工程设计

三化方案的具体工程设计包含如下方面。

选取合适的计算机控制及电源设备，即依据设计内容选取相应的计算机控制设备，同时针对不同的设备类型配备与之匹配的电源设备。

选取恰当的类型组合。依据各种基础设备类型在信号平面上的布置方案，选取恰当的类型组合。例如道岔、信号、轨道、零层电源、分线防雷等类型组合，同时对各种类型组合的数量进行统计。

对类型组合进行排列。类型组合排列应遵循多个相同组合柜内排列的统一性及组合间需要连接的就近原则，建议同类同柜。

类型组合完毕后，需进行设备排列，设备排列设计必须依据使用站场的房屋平面图进行，以此为依据，才能预先配置合适的插接电缆长度。具体包括信号电源室、计算机控制室、控制操作室和机械室4个方面的内容。

三化方案所设计的工程电路图设计需选取类型组合对应的类型电路图，依据被控制设备的名称、排列位置以及类型组合之间的相互关系等因素，通过填表的方法完成信号工程电路图、插接图和室外电缆对接图。

4 应用实例

按照上述三化方案，以枣庄西站信号配置及运营方式为例，制造并搭建一套信号控制系统室内设备。该系统设备包括：1）DS6-K5B型联锁；2）TCC列控中心；3）CTC调度集中；4）TJWC型信号集中监测。系统的效果如图4、5、6所示。整个系统完成了导通测试、联锁、模拟运营试验，取得令人满意的效果，充分验证三化方案的有效性和优越性。

图4 整体效果图Fig.4 Overall show

5 总结

本文对电气集中车站行业的三化方案进行探索和阐述，并通过实际应用效果证明三化方案的有效性和必要性。实践证明，三化方案至少存在如下优点：1）工程设计采用通用图的设计方法，并采用整体组合拼接、填表的方法进行设计，简化信号工程设计，将设计人员的工作限定在规定的极小自由范围内，提高了工作效率和工程设计质量。2）提前在工厂内批量生产通用组合配置，在站场设备定型的前提下，根据站场设备的排列预配插接线缆，对设备进行组装、集成与联调。通过这种方式将大量繁杂的现场施工工作转移至工厂完成，将问题消除在工厂生产环节，简化了现场施工流程，改善了设备的集成工作环境，提升了设备的整体质量与可维护性。3）采用三化方案后，站前、站后工程可以同步进行，缩短工程建设周期和故障处理时间，因此特别适用于建设周期要求短的应用场合。

图5 ZPW-2000A轨道继电器组合Fig.5 ZPW-2000A track relay combination

图6 电缆绝缘测试柜Fig.6 Cable insulation test cabinet