普速铁路自动闭塞站间联系应急传输装置的研究

于海波

（哈尔滨铁路局哈尔滨电务段,黑龙江 哈尔滨）

概述

目前，普速铁路自动闭塞（ZPW-2000 系列无绝缘轨道电路设备）站联信息传输通道为站间贯通电缆。当在运用中站联电缆发生故障时，导致站间联系信息中断，影响列车在区间的正常通行，由于站间距离长（一般10 km），查找电缆故障时间长，如果电缆断裂重新接续时间长（如果是冬天时间更长），很容易造成D21 事故，这种情况下对运输生产影响较大。

根据用户实际需求，为降低对行车的影响，提出采用便携式应急装置先恢复再抢修的应急处理方案。

1 系统结构

替代站间联系电缆的实现方案主要考虑极性电压的可靠识别、安全信息传输、驱动极性电压安全输出、站间光通道的适应性，如图1 所示。系统包括本站应急传输装置、邻站应急传输装置、终端设备及站间FE 光通道。其中，终端设备可使用笔记本电脑。另外，站间通道可利用逻辑检查在用1 路光通道。

图1 应急传输装置系统结构图

当站间联系电缆出现故障，两站分别将站间联系电缆从分线盘拆下，通过应急装置配套线束对应直接连接至分线盘端子上，用光纤跳线将应急传输装置与区间逻辑检查设备在用的站间光通道连接到一起，用信号机械室照明电给应急传输装置供电，当应急传输装置显示站间通道连通时，站间联系电路信息通过应急传输装置传递到对方站，恢复站间联系电路正常工作。

图2 所示为应急传输装置采用便携式机箱结构。

图2 应急装置结构示意图

应急传输装置正面示意图如图3 所示，应急传输装置的供电、光通道、电源、继电器、USB 接口、以太网口、电源/继电器设置等接口连接均在面板上操作。并设置了电源供电表示灯、通信状态表示灯、装置报警表示灯、输出极性电压表示灯、驱动继电器表示灯。

图3 应急传输装置正面示意图

2 工作原理

应急传输装置主要包括主控卡（MCU）、输入输出卡（IOU）、电源卡（PCU）、显示连接卡、总线板、防护板及光转换器，见图4。

图4 应急传输装置原理框图

应急传输装置共有12 路采集本站向对方站发送电源电压接口和12 路对方站向本站发送电源电压接口。这里我们把本站向对方站发送电源电压称之为“电源”，把对方站向本站发送电源电压称之为“继电器”。其中，双极性“电源”共4 路，单极性“电源”共8路；双极性“继电器”共4 路，单极性“继电器”共8 路。使用时根据现场实际站间联系电路情况进行选用。

2.1 双极性电路工作原理

如图5 所示，以哈佳线站间联系电路为例，当乙站1GJ↑、GJ↑时，正极性的直流电压接入应急传输装置，应急传输装置双CPU 将直流电压的模拟信号转换为数字信号，然后乙站的应急传输装置通过站间光通道将数字信号传递给甲站的应急传输装置，甲站将接收到的数字信号通过应急装置的双CPU 进行译码，最后驱动DJ（邻）↑、2GJ↑，此时继电器两端电压为正极性。

图5 双极性电路工作原理图

当乙站1GJ↓、GJ↑时，负极性的直流电压接入应急传输装置，应急传输装置双CPU 将负极性的模拟信号转换为数字信号，然后乙站的应急传输装置通过站间光通道将数字信号传递给甲站的应急传输装置，其次甲站将接收到的数字信号通过应急传输装置的双CPU 进行译码，最后驱动DJ（邻）↑、2GJ↓，此时继电器两端电压为负极性。

当乙站GJ↓、DJF↓时，乙站应急传输装置没有采到电压，因此，甲站应急传输装置没有输出驱动电压，则DJ（邻）↓、2GJ↓，此时继电器两端电压为0。

2.2 单极性电路工作原理

如图6 所示，当甲站GJ↑时，直流电压接入应急传输装置，应急传输装置双CPU 将直流电压的模拟信号转换为数字信号，然后甲站的应急传输装置通过站间光通道将数字信号传递给乙站的应急传输装置，其次乙站将接收到的数字信号通过应急装置的双CPU 进行译码，最后驱动GJ（邻）↑吸起。

图6 单极性电路工作原理

当甲站GJ↓时，甲站应急传输装置没有采到电压，因此，乙站应急传输装置没有输出驱动电压，则GJ（邻）↓，此时继电器两端电压为0。

3 项目关键技术研究

应急传输装置产品研发、设计、制造、应用及维护满足《Q/CR 623-2017 基于光通信的站间安全信息传输系统》[1]规定的要求，采用双CPU 硬件结构、输出驱动源采用动态脉冲，并按“二取二”原则输出、驱动执行单元采用“安全与”硬件电路等措施保证设备故障导向安全；数据的传输满足《TB/T 3528.1-2018 铁路信号安全通信协议 第1 部分：Ⅰ型协议》[2]的要求，采用了时间戳、超时检查、源标识符SID 识别、接收错误时反馈消息及32 位CRC循环冗余校验和32 位系统检测字双重校验等安全防御技术。有效地克服了数据接收时可能出现的数据帧重复、数据帧丢失、数据帧插入、数据帧次序混乱、数据帧错误及数据帧传输超时等六种安全威胁，保证了控制信息的功能安全[3]。

3.1 双极性电压的采集与识别

双极性电压的极性是根据电路中相关继电器动作条件决定的，应急传输装置只与分线盘站间联系电路接线端子连接，来获得本站送到对方站电压的极性，为了保证极性电压采集的准确性，在采集电压入口增加防护电路，并确定电压有效范围在DC15V～DC 60V、DC-60V～DC -15V 间。如图7 所示，在应急装置中增加站间联系电路线间直流电压极性鉴别电路，并通过光电隔离输出，将电压极性变成开关量信息，再由应急装置双CPU 采集，传输到对方站应急传输装置。

图7 双极性电压的采集与识别原理框图

3.2 驱动继电器电压的输出

本站应急传输装置接收到对方站应急传输装置极性电压，也因为应急传输装置只与分线盘站间联系电路接线端子连接，为了保证电压极性安全地驱动继电器，在应急传输装置内部设置小型继电器，该继电器为故障导向安全继电器，安全完整性等级达到SIL4级。如图8 所示，选择用2 个JWXC-1700 安全型继电器（1 个是正电继电器，1 个是负电继电器），由应急传输装置驱动，当收到对方站传递信息为正极性电压时，驱动正电继电器；当收到对方站传递信息为负极性电压时，驱动负电继电器。

图8 继电器驱动原理图

3.3 适应逻辑检查设备在用FE 光通道

应急传输装置利用区间逻辑检查设备在用的站间通道实现站间联系信息的传输，在哈尔滨局管内逻辑检查设备使用站间光通道有两种类型，一种是同一个IP 网段内的FE 光通道（2 层通信通道），这种通道占绝大多数；另一种是在两个网段的FE 光通道（3 层通信通道），需要设置IP 地址和网关地址，这种通道较少，哈尔滨局管内普速自动闭塞线路有7 个。为了适应区间逻辑检查设备使用的2 种类型站间FE 光通道，选择通用光通信转换模块。

4 结论

本应急传输装置适用于普速铁路自动闭塞（ZPW-2000 系列无绝缘轨道电路设备）站间联系信息的传输，解决普速铁路自动闭塞线路运用中发生站联电缆故障恢复时间较长的问题，为实现先恢复再抢修的应急处理提供了解决办法。现场实际试验，应急装置能适应区间逻辑检查设备使用的站间FE 光通道,仅用15 分钟完成站间联系电路的恢复使用，这种快速恢复站间联系电路正常工作采取的技术措施，大大降低了对运输生产的影响。