一种简易的城市轨道交通信号培训系统设计研究

沈振

（中铁四局集团电气化工程有限公司，安徽蚌埠 233040）

0 引言

目前国内常用的信号培训系统无轨道、道岔等室外场景，培训效果欠佳。为引入室外场景，在某车辆基地利用信号楼空余位置及楼旁空地新建一座信号培训基地。该基地室外设置了钢轨、道岔及配套的信号机、转辙机、轨道电路、计轴等信号设备，室内采用可调变压器供出所需电源，通过人工按钮与成型电路图连接，实现对室外设备的操作控制。这种简易的城市轨道交通信号培训系统，引入了室外场景，大幅度减少了室内系统设备，可切实提高运营人员的实操技能及故障处理能力，具有较为广阔的应用前景。

1 工作原理

1.1 系统组成

培训基地室内设置2 架机柜：组合柜1 架，设置信号机组合、道岔组合（含单动及双动）、轨道电路组合；综合柜1 架，设置可调节变压器、继电器操作按钮、道岔电流表、计轴主机等，实现电源引出及操作控制功能。室外由1 组ZDJ9 道岔（双机单动）、1 组ZD6 道岔（四线制单动）、1 架JD 信号机（自上而下灯光为黄绿红）、1 个轨道区段、1 个计轴区段（由2 个计轴组成）等轨旁设备组成。

1.2 系统供电原理

所有设备运行均需要电源，在新建信号培训基地没有电源屏的前提下，可由现有地铁培训中心的既有电源屏取电至综合柜电源端子，然后通过可调节变压器及整流器输出所需电压，如信号机需要的AC110V电源、轨道电路需要的AC220V 电源、ZD6 转辙机需要的DC220V 电源、ZDJ9 转辙机需要的AC380V 电源以及控制使用的24V 电源等[1]。电源供电系统如图1所示。

图1 电源供电系统图

1.3 室外设备操作控制原理

信号机、轨道电路、转辙机这三种室外设备操作控制原理是，利用成型电路图，联锁控制部分则采用人工按钮与电路连接，实现对室外设备的操作控制。

2 系统设计说明

2.1 信号机设计说明

信号机按照进段信号机设计，采用黄绿红三显示信号机，编号为JD1。常亮红灯，1DJ 常吸，LXJ 落下，2DJ 落下，YXJ 落下。

按下按钮JD1 LXJ 时，LXJ 吸起，1DJ 吸起，2DJ 落下，YXJ 落下，室外信号机亮绿灯。

按下按钮JD1 YXJ 时，YXJ 吸起，2DJ 吸起，1DJ 吸起，LXJ 落下，室外信号机亮红黄灯。

信号机点灯电路如图2所示。

图2 信号机点灯电路图

2.2 轨道电路设计说明

共设计2 个轨道区段：1G 为轨道区段，采用一送一受方式；2G 为计轴区段，由2 个计轴组成。

对轨道区段而言，1G GJ 常吸，FWJ 常落。轨道电路采用地铁50Hz 相敏轨道电路，室内采用JWXC-1700 作为轨道继电器，室外送电端由电阻、节能器、降压变压器、抽头电阻组成，受电端由电阻、升压变压器组成。室内采用微相敏接收器将交流电源转为直流电源后，接入轨道继电器。

计轴电路原理如图3所示。对计轴区段，计轴主机先进行送电。如果2G 区段占用，需按下2G FWJ 按钮，2G FWJ 吸起，轨道同步复位，2G GJ 吸起，表明区段空闲。室外计轴磁头划轴，当划轴板从JZ1 往JZ2方向划，且JZ1、JZ2 依次划相同次数时，区段自动出清，否则区段占用；当划JZ1 时，2G GJ 继电器落下，在JZ2 划轴出清完成后，2G GJ 继电器吸起。

图3 计轴电路原理图

2.3 交流转辙机设计说明

交流转辙机采用ZDJ9 双机外锁闭转辙机，编号为1#转辙机。ZDJ9 转辙机电路如图4所示。

图4 ZDJ9 转辙机电路图

按下按钮SJ，SJ 吸起。确认室外道岔状态。

当室外开通弯股方向时，按下按钮DCJ 大致5s，DCJ 吸起，1QDJ 吸起，1DQJ 吸起，BHJ 吸起，1QDJF 吸起，2DQJ 的1.2 接点闭合，DBJ 吸起。动作完成后，室外道岔开通直股方向。

当室外开通直股方向时，按下按钮FCJ 大致5s，FCJ 吸起，1QDJ 吸起，1DQJ 吸起，BHJ 吸起，1QDJF 吸起，2DQJ 的1.2 接点闭合，FBJ 吸起。动作完成后，室外道岔开通弯股方向。

2.4 直流转辙机设计说明

直流转辙机采用ZD6-D 型内锁闭转辙机，编号为2#转辙机。ZD6-D 转辙机电路图如图5所示。

图5 ZD6-D 转辙机电路图

DCQDJ 按钮按下，DCQDJ 继电器吸起。确认室外道岔状态。当室外开通弯股方向时，按下按钮DCJ 大致5s，继电器DCJ 吸起，1DQJ 继电器的3.4 线圈接通，2DQJ 的141.143 接点闭合；1DQJ 的1.2 线圈接通，1DQJ 吸起，2DQJ 的111.112 接点闭合，动作完成后，室外道岔开通直股方向；DBJ 吸起，1DQJ 落下，2DQJ的131.132 接点闭合。当室外开通直股方向时，按下按钮FCJ 大致5s，FCJ 吸起，1DQJ 的3.4 线圈接通，2DQJ 的141.142 接点闭合；1DQJ 的1.2 线圈接通，1DQJ 吸起，2DQJ 的111.113 接点闭合，动作完成后，室外道岔开通弯股方向；FBJ 吸起，1DQJ 落下，2DQJ的131.133 接点闭合。

3 故障处理培训操作

3.1 信号机点灯故障处理培训操作

在城市轨道交通信号系统中，进段三显示信号机在正常情况下显示红灯，代表列车禁止进段；当列车进段时，按下JD1 LXJ 按钮，室外设备显示绿灯，此时代表列车进段后直向行驶；按下JD1 YXJ 按钮，室外设备显示红黄灯，此时代表列车缓慢进段行驶。

当信号机点灯出现异常时，故障处理流程如下[2]：

第一步：在室内分线柜上测量故障信号机的点灯单元电压，若有AC110V 电压，说明是室外故障，反之为室内故障，检查组合架及相应组合的XJZ/XJF 熔断器是否熔断。

第二步：在信号机处的终端电缆盒上测量，若有交流110V 电压，说明终端电缆盒至信号机内部点灯电路发生断路故障；若无电压，在分线柜处有交流电压，则说明电缆断线。

此外，信号机还涉及灯丝报警仪报警处理。在信号机正常工作时，灯丝报警仪应无报警现象，需预先设置门限电流值。

3.2 计轴故障处理培训操作

该信号培训系统未设置联锁调度台，故不能通过区段是否红光带判断故障与否，只能通过继电器状态是否正常判断（正常情况下GJ 常吸，FWJ 常落）。

如发现GJ 落下，则应按如下步骤开始排查故障点[3]：第一步，检查计轴主机电源及CPU 面板显示是否正常。如出现异常，重启计轴主机。第二步，先在室外计轴点处划轴，依次来回划动几次，观察是否能让区段出清。第三步，依据电路图纸查找故障点，通过电压测量确认是否有配线松动等其他现象。

3.3 ZDJ9 转辙机故障处理培训操作

ZDJ9 道岔控制电路采用五线制，其中各线作用分别为：X1，启动-电机A 线共用线，定反位表示电路接通时共用条件线；X2，定表二极管的极性控制电路，反-定接电机B 组；X3，反表二极管的极性控制电路，定-反接电机C 组；X4，定-反接电机B 组，定表继电器支路；X5，反-定接电机C 组，反表继电器电路。

ZDJ9 转辙机的几种故障处理流程为：

3.3.1 道岔不转换且电流表不动作故障

先检查各类开关和断路器是否闭合。断路器闭合无异常时，再用万用表AC500V 档，测量分线柜外线端子AC380V 电源输出是否正常。

3.3.2 道岔无法转到位故障

先检查三相电源相位是否正常。相位不正常时，应更换其中任何一相，道岔即可转换到位。如相位正常，则检查电路中是否存在断线或端子松动等故障。

3.3.3 道岔转换到位但无法锁闭故障

先检查道岔是否转换到位。转换不到位时，检查道岔尖轨部分是否存在异物，再检查电机内部端子排接点是否接触可靠以及机械部分是否调整到位。

3.4 ZD6-D 转辙机故障处理培训操作

当道岔发生启动故障时，判别故障点可采用电压法。首先将万用表置于DC220V 档，将黑表笔置于X4处（X4 线总是负电），红表笔则置于X1 或者X2，操纵道岔。若测量的电压小于160V，则说明故障在室内，反之故障在室外。

对于道岔启动短路故障的处理，首先需要把分线柜线缆甩开，再扳动道岔。若仍然表现为短路，则说明故障点在室内，否则故障点在室外。

4 结语

设计了一种简易的城市轨道交通信号培训系统，充分利用现有资源，具有成本低廉和实用性强的显著特点。该系统不影响既有线运营，可作为地铁信号和运营作业人员培训、技能鉴定和技术比武使用；联锁控制部分采用人工按钮与电路连接，实现对室外设备的操作控制。基于信号机、轨道电路、转辙机这三种室外设备的成型电路图，探讨了该系统的故障处理培训操作。该系统的设计和应用，可提高技术人员的实操能力，熟练掌握地铁信号系统的各种电路，提高查找、分析并解决故障的能力，可在全国地铁范围内进行推广。