现地式道岔监控技术研究与应用*

任建新 蔡小成

(1.湖南省高铁运行安全保障工程技术研究中心,412006,株洲; 2.湖南铁道职业技术学院,412006,株洲∥第一作者,副教授)

自我国铁路实施第六次大提速以来,铁路信号控制技术实现了跨越式发展。目前,几乎全部的铁路正线及干线都配备了基于计算机技术的信号控制系统[1]。2022年,中国国家铁路集团有限公司发布了《新时代交通强国铁路先行规划纲要》,明确提出近期发展目标:铁路自主创新能力和产业链现代化水平全面提升,铁路科技创新体系健全完善,关键核心技术装备自主可控、先进适用、安全高效,智能高速铁路率先建成,智慧铁路加快实现[1]。

道岔是轨道交通运输系统的关键设备,是信号控制系统重点的监督对象。提升道岔运用水平是智能高速铁路和智慧铁路建设中最主要的内容之一[2]。现地式道岔技术为最新的道岔技术。开展现地式道岔监控技术的研究是保障全电子化控制及列车控制联锁一体化等关键技术研发的重要举措,也是提升道岔运用水平、推动信号控制系统进一步集成化发展的重要举措。

1 现地式道岔监控技术的技术要求

现地式道岔监控技术是对道岔进行轨旁局部监控的技术总称。采用了现地式道岔监控技术的装置即为现地式道岔监控装置。

现地式道岔监控技术须满足GB/T 25338.1—2019《铁道道岔转辙机第一部分:通用技术条件》技术要求和铁路建筑物限界要求,并须满足TB/T 3482—2017《铁路车站计算机联锁技术条件》中有关道岔监控的全部技术要求[3]。此外,现地式道岔监控技术还要满足以下7项特殊技术要求。

1) 能可靠地实现道岔监控模式切换。常态时,采用联锁集中控制模式进行道岔监控;在遇到施工维护或应急处置等情况时,需切换室内外联控道岔模式,将道岔监控权限下放给现地式监控装置。

2) 能实现1DQJ(道岔第一启动继电器)工作的正确逻辑。采用现地式道岔监控技术时,1DQJ的励磁电路需要特殊处理,以保障操作互切、道岔单独锁闭及道岔解锁功能的实现。

3) 能实现轨道区段状态与道岔监控功能的正确逻辑。道岔控制电路需采集DGJ(道岔轨道继电器)前接点的状态,通过对DGJ控制电路的特殊化处理,来实现道岔故障锁闭、占用锁闭和控制方式切换等功能。

4) 采用现地式道岔监控技术时,联锁道岔监控装置与现地式道岔监控装置能各自实现道岔位置状态功能。道岔位置状态表示电路无需作特殊处理,联锁道岔监控装置和现地式道岔监控装置通过各自的位置状态获取电路来采集道岔位置状态信息,并能在位置丢失时给予报警。

5) 现地式道岔监控技术允许采用多类型继电器的定型组合。现地式道岔监控装置采用的继电器组合与室内联锁系统组合不一定一致。

6) 现地式道岔监控装置所用电缆不影响联锁道岔监控装置所用电缆。采用现地式道岔监控技术时,电缆需单独敷设,可与联锁系统电缆同沟敷设,但不可共用同根电缆,以确保现地式道岔监控信号与联锁道岔监控信号可靠隔离。

7) 其他要求,主要为针对防雷电引入和工程化的设计要求。采用现地式道岔监控技术,必须防止雷电侵入室内电子系统,故宜采用独立电源供给方式。现地式道岔监控技术应具有广泛适用性,适用于单动、双动及多动道岔,适用于单机型、双机型及多机型的道岔转辙机组合,适用于普速铁路、城市轨道交通及地方专用铁路。

2 现地式道岔监控的关键技术

2.1 特殊控制继电保护的电路设计

现地式道岔监控技术的关键技术为继电器工作状态确认与现地式道岔监控装置中各手动式按钮接点的逻辑。

本文研究的现地式道岔监控技术确定道岔轨道电路的状态为占用或出清的方式为现场确认方式,而不是轨道电路继电器接点确认方式。

图1为现地式道岔监控技术中的特殊电路原理。特殊控制继电保护的电路设计要点如下:

a) 道岔锁闭防护继电器电路

1) 通过1个带防护罩的非自复式QHA(切换按钮)来实现联锁道岔监控功能与现地式道岔监控功能切换。常态下,道岔由联锁道岔监控装置集中监控;QHA在定位状态可靠地防护现地局部式1DQJ,其设计电路原理如图1 e)所示。

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2) 通过DSA(单锁按钮)来实现单独锁闭,DSA电路原理如图1 b)所示。

3) 由于不能同时进行定位操作与反位操作,故采用双按钮互切操作。双按钮互切电路原理如图1 c)及图1 d)所示。

2.2 道岔位置状态的监督功能

采用现地式道岔监控技术时,道岔位置状态表示电路仍由室外部分和室内部分组成。,为保障道岔位置监控的可靠性,对道岔位置状态表示电路不做特殊处理;当采用现地式道岔监控技术时,室内联锁道岔监控装置获取道岔位置状态信息不受影响。

2.3 现地式道岔监控装置的电源设计

现地式道岔监控装置的电源设计方案有两个:方案一,直接由信号系统电源屏直接供电;方案二,在现地式道岔监控装置中加装独立的电源供给模块。

2.3.1 方案一

方案一的工作电路示意图如图2所示。经分析,方案一将增大道岔转辙机信号系统工程的电缆用量,使计算机联锁系统的电缆用量翻倍(道岔转辙设备工程项目)。此外,将由室内引出的电源电缆配接在现地式道岔监控装置控制柜零层,会增加雷电侵入室内计算机设备的可能性,不符合安全要求[4]。可见,方案一存在明显不足,不建议选用。

图2 方案一工作电路示意图

2.3.2 方案二

方案二的电源模块采用三相对称电源输入,能通过室内独立的三相电源配电柜提供3路输出电流,包括DC 220 V电流(供直流转辙机使用)、AC 220 V电流(供转辙机位置状态表示设备使用)及DC 24 V电流(继电器逻辑电源)。

注:JKG—接口柜;ZH—组合柜。

现地式道岔监控装置控制柜零层的电源模块电源端子如图4所示。在现地式道岔监控装置控制柜零层的电源模块中,输出侧的DKZ及DKF是1对DC 24 V电源,供现地监控系统特殊继电器电路使用;AC 380 V电源供交流道岔转辙机使用;DC 220 V电源供直流道岔转辙机使用;AC 24 V电源供现地式道岔监控装置中表示层指示灯使用;PE端子是现地式道岔监控装置的保护地接线端子,若工程项目中有综合防雷接地,PE端子可与综合防雷接地相接[5]。

图4 现地式道岔监控装置控制柜零层的电源模块电源端子示意图

3 现地式道岔监控技术的应用

本文采用1组CN6118AS道岔开展全部的道岔监控试验,研究现地式道岔监控技术的应用情况。该组试验道岔受控于1套有5台转辙机的系统(5台转辙机型号均为S700K型,其中3台用于尖轨部分,2台用于心轨部分)。

首先,工程设计中的现地式道岔监控装置采用电源独立供出方式,基于此对现地监控技术实施工程化应用,以验证技术要求。

其次,电缆敷设是现地式道岔监控装置安装施工的重要环节。电缆的放置,要考虑轨道交通停车场及车辆段日后升级扩容的需要,并做了相应预留。试验道岔的信号系统电缆排布如图5所示。

注:TDD—提速道岔主组合;TDF—提速道岔辅助组合; FXH—分线盒; D-5—第五个道岔电缆盒。

最后,在现地式道岔监控装置中,需要新增1台7方向电缆分线盒,即FXH。监控所用按钮均在监控机柜中安装到位,并完成线缆配线。DSA的按钮配置及现地式道岔监控装置操作模式均需符合铁路标准[6]。TDD继电器组合和TDF继电器组合的电路参照北京华铁信息技术有限公司研制生产的TYJL-ADX计算机联锁系统S700K五机牵引道岔组合定型原理[7]设计。

根据CN6118AS型道岔的现地式道岔监控技术试验项目的应用效果,得到如下结论:

1) 采用独立电源模块可以有效地防止雷电引入,降低电源屏系统负荷。

2) 现地式道岔监控技术有助于提升道岔应急处置水平,在非正常时,防止人工手摇道岔错误发生。

3) 应用现地式道岔监控技术后,道岔监控系统可单机、双机或多机使用,还可用于专用线铁路,能替代握柄式道岔操作设备。

4) 应用现地式道岔监控技术,不会对联锁集中式监控有负面影响。二者监控优先级明确,道岔运用的可靠性有保障。

5) 联锁集中式监控系统与现地式道岔监控装置的电缆通道各异,可按需在电缆连接箱盒中进行预留。

4 结语

采用现地式道岔监控技术的工程设计及施工需根据铁路信号工程设计施工的相关规范进行。本文总结了已实施现地式道岔监控技术的项目应用经验。应用经验表明,本方案有明确的控制模式优先级,可靠的模式切换功能;其安全性、可靠性、可维护性及可用性达到了信号专业标准。