单线双方向区间自动闭塞结合电路工程设计优化方案

叶慧敏

目前，我国大部分铁路单线区间采用传统64D半自动闭塞，或基于计轴、轨道电路的自动站间闭塞。然而对于重要的长大干线单线区间，随着线路运量不断增加，列车运行速度不断提升，既有线路的运输能力趋于饱和，急需对既有单线区间进行扩能改造。虽然修建复线可以大幅提高区间通过能力和列车运行速度［1-2］，但投资巨大，建设周期长，无法短期内应对日趋增加的运能需求。因此，为及时缓解线路运输压力、减少工程投资、缩短施工周期，目前行之有效的单线区间扩能方案之一是升级既有的闭塞制式，由64D半自动闭塞或自动站间闭塞改造为单线双方向自动闭塞［3］。

与复线自动闭塞相同，单线双方向自动闭塞区段的车站也需设置自动闭塞结合电路。然而，近年来有关专家学者对自动闭塞结合电路的研究多数聚焦于复线，针对单线自动闭塞结合电路的研究则较少：文献［4］针对复线不同短区间的特殊情况，分析车站接近锁闭区段的设置原则，给出了接近、离去区段在联锁控制台的显示处理方案；文献［5］分析了复线区间只有1 架通过信号机和无通过信号机2种特殊情况下车站接近/离去区段的特殊定义；文献［6］和文献［7］着重分析了站间区间小于3 个闭塞分区情形下的JGJ电路。在工程实践中，单线区间采用复线自动闭塞结合电路后，联锁和闭塞系统虽然能够正常工作，但该电路存在固有缺陷：计算机联锁控显终端界面无法分开显示车站同一进站口接近/离去表示灯，灯的显示不能很好地与区间实际运行方向相结合，人机交互体验较差。因此，需进一步研究单线双方向自动闭塞结合电路，优化计算机联锁人机交互界面接近/离去表示灯的显示方式，以满足现场实际运输需要。

1 现状描述

单线区间64D半自动闭塞或自动站间闭塞升级为单线双方向四显示自动闭塞后，车站的每个进站口一般需设置3 个接近区段和4 个离去区段，并对应设置自动闭塞结合电路，负责向站内提供下列区间信息：列车接近锁闭所需的接近轨道区段信息，车站出站信号机开放所需的离去轨道区段信息，联锁控制台所需的接近/离去区段状态显示、接近音响通知、区间报警条件、站内电码化编码条件［8］。在车站计算机联锁控显终端界面分别设置第1、第2、第3 接近表示灯，第1、第2、第3 离去表示灯，向车站工作人员展示1JG、2JG、3JG、1LQ、2LQ、3LQ轨道区段的占用情况［9］。

如图1所示，XD 进站口区间上/下行通过信号机以差置或并置形式设置于同一线路两侧，其接近区段和离去区段的设置并非完全重叠，故XD 进站口的接近表示灯和离去表示灯应分开设置，即设置XD1JG、XD2JG、XD3JG、SH1LQ、SH2LQ 和SH3LQ共6个表示灯。单线双方向四显示区段的自动闭塞结合电路采用区间各闭塞分区轨道电路GJF前接点作为JGJ和LQJ的励磁条件，XD进站口自动闭塞结合电路见图2。计算机联锁系统通过继电器接口分别采集JGJ 和LQJ 前/后接点状态，当JGJ 和LQJ的前接点断开、后接点闭合时，计算机联锁判定JGJ和LQJ为落下状态，表明此时GJF落下，相应接近/离去区段为占用状态，控显终端界面相应接近/离去表示灯点亮红灯［10-11］。

图1 车站接近/离去区段示意

图2 XD进站口自动闭塞结合电路

当区间以XD 进站信号机接车方向组织行车时，根据自动闭塞结合电路原理，随着列车顺序占压Q5G—Q10G，计算机联锁控显终端界面XD 进站口车站接近/离去表示灯显示状态见表1。

表1 XD进站口车站接近/离去表示灯显示状态

由表1 可知，当列车占压某一轨道区段时，相应的接近/离去表示灯存在同时点亮红灯的情形。然而在此情景下，仅XD1JG、XD2JG、XD3JG 接近表示灯的红灯显示具有实际意义，车站工作人员仅需关注该方向上相应接近表示灯的状态；SH1LQ、SH2LQ、SH3LQ 离去表示灯的红灯显示在该运行方向上无实际意义，接近/离去表示灯同时点亮红灯会扰乱工作人员视线，容易误判列车运行方向，影响车站工作人员准确掌握列车的运行情况，给行车指挥带来不便。

因此，车站运营维护单位要求：在不改变计算机联锁软件的前提下，联锁控显终端界面车站接近/离去区段表示灯显示应表明区间开通运行方向。即对于同一进站口，列车接近车站时，车站工作人员仅通过接近表示灯判断列车占用接近区段的状态，此时离去表示灯不起作用；列车离开车站时，车站工作人员仅通过离去表示灯判断列车占用离去区段的状态，此时接近表示灯不起作用。

2 方案设计

为消除计算机联锁控显终端界面同一进站口接近/离去表示灯同时点亮红灯的现象，需在既有自动闭塞结合电路中，增加与区间运行方向相关的继电器条件，将自动闭塞结合电路中JGJ和LQJ的动作时机分隔。目前大部分普速车站仍采用继电式四线制方向电路［12］，其中方向继电器FJ2、轨道区段区间正方向继电器QZJ、轨道区段区间反方向继电器QFJ 的接点状态均能表示区间运行方向。由于FJ2继电器接点数量有限，因此可在JGJ、LQJ 既有励磁电路的基础上增加四线制方向电路中的QZJ、QFJ 接点条件。区间方向继电器QZJ、QFJ 励磁电路见图3。

图3 区间方向继电器QZJ、QFJ励磁电路

2.1 方案一：区间方向继电器接点与GJF接点串联

2.1.1 电路修改

对于正向进站口，将QZJ 前接点串联至XD1JGJ～XD3JGJ 励磁电路，将QFJ 前接点串联至SH1LQJ～SH3LQJ 励磁电路；对于反向进站口，将QZJ 前接点串联至XD1LQJ～XD3LQJ 励磁电路，将QFJ 前接点串联至SH1JGJ～SH3JGJ 励磁电路。

如图1 所示，XD 进站信号机外方第1 个闭塞分区为 XD3JG 或 SH1LQG， 而 XD3JG 和SH1LQG 均由Q9G 和Q10G 构成，故其既有信号开放继电器KXJ 励磁电路中使用了XD3JG 的轨道继电器接点作为KXJ的励磁条件［13］，见图4。当办理区间改方时，FJ、FJ2的反位接点131-133接通，证明运行方向已经改变，本站为发车站，且XD3JG 的轨道继电器励磁吸起，KXJ 励磁吸起，KXJ 的吸起状态作为本站出站信号机的开放条件。当改方完成后，为避免因QZJ 失磁落下导致XD3JGJ 失磁落下，KXJ 励磁电路被切断，车站出站信号机无法正常开放，因此KXJ 励磁电路中的XD3JG 轨道继电器条件不应受QZJ 或QFJ 控制。对于本站XD 正向进站口，还应在既有自动闭塞结合电路基础上增加1个仅由原GJF 励磁条件控制的XD3JGJ1。若SH 反向进站口的KXJ 励磁电路也采用SH3JG轨道继电器条件，则SH进站口也应增加1 个仅由原GJF 励磁条件控制的SH3JGJ1。在原GJF 励磁条件基础上串联QZJ 或QFJ 条件的JGJ、LQJ用于计算机联锁系统采集，仅由原GJF接点构成励磁条件的JGJ1 用于四线制方向电路的KXJ 电路，区间方向继电器接点与GJF 接点串联方案自动闭塞结合电路修改示意见图5。考虑区间所有闭塞分区的QZJ、QFJ状态一致，因此可选择该区间内任意轨道区段的QZJ、QFJ接点搭建此电路。

图4 XD进站口四线制方向电路的KXJ励磁电路

图5 XD进站口自动闭塞结合电路修改示意（串联方案）

2.1.2 电路动作原理

区间按正方向组织行车时，图3所示的四线制方向电路中，FJ2 继电器121-122 接点接通区间Q5G～Q10G 各轨道区段的QZJ 励磁电路，QZJ励磁吸起，QFJ 失磁落下，图5 中XD 进站口的SH1LQJ～SH3LQJ 励磁电路被 QFJ 切断，XD1JGJ～XD3JGJ 励磁电路不受影响；区间按反方向组织行车时，FJ2 继电器的121-123 接点接通各区段的QFJ励磁电路，QZJ失磁落下，QFJ励磁吸起，XD1JGJ～XD3JGJ 的励磁电路被QZJ 切断，SH1LQJ～SH3LQJ 的励磁电路不受影响，XD3JGJ1 仍然保持吸起状态，KXJ 能够正常吸起，车站出站信号机可正常开放。在自动闭塞结合电路中串联QZJ、QFJ前接点，将同一轨道区段GJF 励磁条件按区间运行方向分隔开来，保证了同一时刻JGJ、LQJ励磁电路仅有一个在工作状态，进而实现计算机联锁控显终端界面接近/离去表示灯根据区间运行方向分开显示的功能，同时不影响四线制方向电路中KXJ的正常动作。

2.2 方案二：区间方向继电器接点与GJF接点并联

2.2.1 电路修改

对于正向进站口，在XD1JGJ～XD3JGJ 原GJF 励磁条件的基础上并联QFJ 前接点，在SH1LQJ～SH3LQJ 原GJF 励磁条件的基础上并联QZJ 前接点；对于反向进站口，在SH1JGJ～SH3 JGJ 原GJF 励磁条件的基础上并联QZJ 前接点，在XD1LQJ～XD3LQJ 原GJF 励磁条件的基础上并联QFJ前接点。

如图4 所示，KXJ 励磁电路中含有XD3JG 轨道继电器前接点条件，若采用上述并联了QFJ 接点的XD3JGJ作为KXJ的励磁条件，当区间改方完成后，QFJ 励磁吸起，由Q9G-QFJ 前接点构成了XD3JGJ 的第2 条励磁通路。在极端情况下，若Q9G-GJF 或Q10G-GJF 因故失磁落下，而此时XD3JGJ 仍然由QFJ 前接点构成其励磁电路保持吸起，则XD3JGJ 无法真实反映相应轨道区段的状态，后续可能造成KXJ 错误吸起，使车站出站信号机错误开放，给行车安全带来隐患。因此，对于XD 正向进站口，也应增加1 个仅由原GJF 励磁条件控制的XD3JGJ1 继电器；对于SH 反向进站口，增加1个仅由原GJF励磁条件控制的SH3JGJ1继电器，以使电路满足故障导向安全原则。增加QZJ、QFJ 条件的JGJ 和LQJ 用于计算机联锁系统采集，维持原GJF励磁条件的JGJ1和LQJ1用于四线制方向电路的KXJ 电路，XD 进站口区间方向继电器接点与GJF 接点并联方案自动闭塞结合电路修改示意见图6。

图6 XD进站口自动闭塞结合电路修改示意（并联方案）

2.2.2 电路动作原理

当区间按正方向组织行车时，由四线制方向电路控制Q5G～Q10G 的QZJ 励磁吸起，QFJ 失磁落下，此时SH1LQJ～SH3LQJ 的原GJF 励磁条件分别被QZJ 前接点旁路，原GJF 励磁条件失去作用，SH1LQJ～SH3LQJ 保持吸起状态不变，XD1 JGJ～XD3JGJ 不受QFJ 接点条件影响，仍然受相应GJF 接点控制。同理，当区间按反方向组织行车时，仅SH1LQJ～SH3LQJ 受相应区段的GJF 控制，XD1JGJ～XD3JGJ 被QFJ 前接点旁路，保持吸起状态不变。可见在JGJ和LQJ分别并联QZJ或QFJ 前接点条件后，也可实现JGJ、LQJ 电路根据区间实际运行方向在不同时机动作，这样接近/离去表示灯的显示就带有了方向含义，且满足了运营维护单位的实际需求。

2.3 方案比选

方案一电路实现方式简单，对既有配线的改动较少，且无需修改既有组合侧面配线中的KZ 电源环线；其缺点是区间按正方向组织行车时，虽然XD1JGJ～XD3JGJ 能够反映接近区段的实际占用情况，但该电路会使SH1LQJ～SH3LQJ 由常态吸起改为常态落下，计算机联锁系统采集相应LQJ状态后，控显终端界面上的3 个离去表示灯均常态点亮红灯，而此时XD 进站口离去表示灯红灯显示并无实际意义。在这种情形下，当列车正向运行跨压2 个接近区段时，控显终端界面XD 进站口2 个接近表示灯和3 个离去表示灯同时点亮红灯，车站工作人员无法快速准确判断列车是以正向接车方向跨压接近区段，还是以反向发车方向连续跨压离去区段。同理，区间按反方向组织行车时，XD 进站口的3 个接近表示灯也会常态点亮无实际意义的红灯，仍然会干扰车站工作人员，不能很好地满足运营维护需求。

方案二的优点在于区间按某一方向组织行车时，被QZJ或QFJ前接点旁路的JGJ或LQJ常态仍然维持吸起状态，计算机联锁系统采集相应的JGJ和LQJ 状态后，无实际意义的接近表示灯或离去表示灯显示为空闲状态（未启用状态），当列车顺序占压轨道区段时，同一时刻只有接近表示灯或离去表示灯可能会点亮红灯。车站工作人员仅通过观察控显终端界面点亮红灯的是接近表示灯还是离去表示灯，即可快速判断当前进站口的列车运行方向以及相应轨道区段的占压情况。该方案的缺点在于对既有配线的改动较多，且需修改既有组合侧面配线中的KZ电源环线，配线修改相对复杂。

结合工程实际，建议既有车站升级改造为单线双方向自动闭塞后，采用区间方向继电器接点与GJF接点并联方案作为优化方案。

3 结论

本文以串联和并联2 种方式，在JGJ 和LQJ 的原GJF 励磁电路中增加四线制方向电路中的QZJ、QFJ 条件，同时增设不受QZJ/QFJ 控制的3JGJ1，用于KXJ 励磁电路，避免引入的区间方向继电器条件对既有电路造成不良影响。QZJ/QFJ 接点与GJF 接点并联方案能够达到更好的人机交互效果，是实现接近/离去表示灯分开显示的推荐方案。优化后的自动闭塞结合电路有效解决了困扰车站现场作业人员的难题，且无需对计算机联锁软件进行修改，能够有效缩短工程周期。目前，该方案已在京雄铁路工程中成功应用，现场反馈效果良好。