遷曹重載鐵路站間安全信息傳輸系統(tǒng)應(yīng)用研究

王友珍

(中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司通號(hào)處,西安 710043)

1 概述

鐵路單線區(qū)段通常采用半自動(dòng)閉塞或自動(dòng)站間閉塞,兩站間需傳輸涉及行車安全的站間閉塞信息。兩站間一般以1對(duì)電纜實(shí)回線作為通信傳輸媒介,通過繼電閉塞結(jié)合電路傳輸閉塞信息,實(shí)現(xiàn)站間閉塞。近年來,隨著計(jì)算機(jī)、通信、鐵路信號(hào)控制等技術(shù)的發(fā)展,基于光通信的站間安全信息傳輸系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生,并在遷曹線2萬t重載工程中得到了應(yīng)用。

遷曹鐵路作為大秦線2億t擴(kuò)能改造工程開辟的新出海通道,屬國(guó)鐵Ⅰ級(jí)2萬t重載鐵路,曹妃甸段從曹妃甸北站引出2路,經(jīng)陸海分界大堤分別至曹妃甸南和曹妃甸西站,曹妃甸北至曹妃甸南全長(zhǎng)約28 km,曹妃甸北至曹妃甸西全長(zhǎng)約18 km[1-3]。受到傳輸距離、工程投資等因素影響,兩站間未敷設(shè)通信電纜,僅設(shè)有通信光纜,站間閉塞信息通過光纜進(jìn)行傳輸。

因此對(duì)傳統(tǒng)的基于通信電纜的站間安全信息傳輸系統(tǒng)進(jìn)行改造,通過增加模擬或數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)接口設(shè)備,修改繼電閉塞結(jié)合電路實(shí)現(xiàn)基于光通信的站間閉塞信息安全傳輸。

2 系統(tǒng)傳輸結(jié)構(gòu)

基于光通信的站間閉塞信息傳輸系統(tǒng)通常是在兩車站各設(shè)1套光電轉(zhuǎn)換傳輸設(shè)備,將原站間閉塞的正負(fù)電脈沖信息轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)處理的數(shù)據(jù)信息,記錄有關(guān)繼電器動(dòng)作和按鈕操作信息,站間計(jì)算機(jī)系統(tǒng)利用光纜通道進(jìn)行數(shù)據(jù)通信,實(shí)現(xiàn)站間閉塞安全信息交換。其系統(tǒng)傳輸結(jié)構(gòu)如圖1所示。

在遷曹線工程設(shè)計(jì)中,光電轉(zhuǎn)換傳輸設(shè)備設(shè)置于信號(hào)機(jī)械室組合柜內(nèi),站間信息經(jīng)由尾纖由通信機(jī)械室引入信號(hào)機(jī)械室內(nèi)。

3 系統(tǒng)構(gòu)成及工作原理

3.1 系統(tǒng)構(gòu)成

(1)系統(tǒng)由控制機(jī)箱和配套的繼電器輔助組合組成：控制機(jī)箱用于信息采集、轉(zhuǎn)換和傳輸,驅(qū)動(dòng)相關(guān)動(dòng)態(tài)單元,操作記錄,故障記錄和故障診斷；繼電器輔助組合有反映線路條件的ZXJ、FXJ安全型繼電器和動(dòng)態(tài)單元,保障故障-安全的AGZJ、BGZJ繼電器。其勵(lì)磁電路如圖2所示。

(2)系統(tǒng)采用主從式雙機(jī)熱備結(jié)構(gòu),主機(jī)與備機(jī)結(jié)構(gòu)完全相同,當(dāng)主機(jī)故障時(shí),可以自動(dòng)切換到備機(jī)(零切換時(shí)間)。若因故障檢修需要,可隨時(shí)人工關(guān)閉主機(jī)或備機(jī)而不影響系統(tǒng)正常工作。

圖1 系統(tǒng)傳輸結(jié)構(gòu)

圖2 系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電路

(3)系統(tǒng)可在線連接兩路通信通道,并能進(jìn)行通道間的自動(dòng)倒換。

(4)系統(tǒng)硬件配置按照模塊化結(jié)構(gòu)的原則,按功能劃分為幾個(gè)相對(duì)獨(dú)立的模塊,以方便今后對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整和擴(kuò)充。

3.2 工作原理

(1)取消“與單線半自動(dòng)閉塞結(jié)合電路”定型圖中閉塞外線電纜X1/X2,接受或者發(fā)送閉塞信號(hào)脈沖改為由光纖和光電轉(zhuǎn)換設(shè)備共同完成,仍然保留了ZDJ、FDJ、ZXJ、FXJ4個(gè)安全型繼電器,各子系統(tǒng)之間通過安全型繼電器接口,原定型電路圖改動(dòng)小[4-6]。

(2)正線路繼電器(ZXJ)和負(fù)線路繼電器(FXJ)由光電轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)盒驅(qū)動(dòng)(電路見圖2)：并對(duì)ZXJ、FXJ繼電器的狀態(tài)進(jìn)行回采進(jìn)行校核,確保輸出結(jié)果的正確性。當(dāng)繼電器狀態(tài)與輸出結(jié)果不一致時(shí),系統(tǒng)立即報(bào)警,并切斷所有輸出。系統(tǒng)同時(shí)采集ZDJ、FDJ、SGAJ、BSAJ、FUAJ的接點(diǎn)條件,電路如圖3所示,在ZDJ或FDJ勵(lì)磁狀態(tài)下,ZXJ、FXJ不能勵(lì)磁,即向鄰站發(fā)送信息時(shí),不能接收對(duì)方的驅(qū)動(dòng)信息以及對(duì)ZXJ或FXJ進(jìn)行驅(qū)動(dòng)[7-9]。

(3)兩站之間辦理閉塞時(shí),甲站作為發(fā)車站請(qǐng)求發(fā)車,發(fā)送端信號(hào)連續(xù)不斷的發(fā)送,作為接車站乙站的光電轉(zhuǎn)換設(shè)備把接收到的編碼信息,通過系統(tǒng)譯碼,經(jīng)由動(dòng)態(tài)采集驅(qū)動(dòng)板將脈動(dòng)的電信號(hào)送到驅(qū)動(dòng)盒里,再由驅(qū)動(dòng)盒送出電源使得乙站ZXJ↑,同時(shí),動(dòng)態(tài)采集驅(qū)動(dòng)板通過回采ZXJ信息進(jìn)行校核,確保輸出結(jié)果正確性。電路中的FXJ與ZXJ工作原理相同。

圖3 系統(tǒng)采集電路

4 可靠性分析

由于基于光通信的站間閉塞信息傳輸系統(tǒng)首次應(yīng)用于2萬t重載鐵路,站間傳輸光纜受到大牽引電流的影響,能否滿足鐵路信號(hào)控制的故障導(dǎo)向安全的要求就顯得十分重要,在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)采取以下幾個(gè)措施保證其可靠運(yùn)行。

(1)開機(jī)時(shí)和開機(jī)后對(duì)系統(tǒng)的關(guān)鍵單元進(jìn)行自檢測(cè),并在出現(xiàn)故障時(shí),及時(shí)提供相應(yīng)的報(bào)警信息。內(nèi)部狀態(tài)的各種信息,均用1 Byte編碼表示,避免數(shù)據(jù)在內(nèi)部運(yùn)算過程中產(chǎn)生錯(cuò)碼帶來的危害。同時(shí),信息編碼按最大的碼距設(shè)備,可進(jìn)一步提高系統(tǒng)的安全性[10]。

(2)動(dòng)態(tài)采集驅(qū)動(dòng)板運(yùn)用光電隔離技術(shù),具有良好的與外部電氣隔離的性能,可最大限度地減少與外部電路的相互影響。主機(jī)通過通信不斷將信息發(fā)送給熱備機(jī),熱備機(jī)對(duì)采集信息和通信信息進(jìn)行一致比較。當(dāng)主備機(jī)之間信息不致時(shí),不執(zhí)行切換命令[10]。

(3)甲站系統(tǒng)向乙站發(fā)出信息后,等待乙站的回執(zhí)。乙站收到信息后,向甲站發(fā)送原碼的反碼。甲站將收到的回執(zhí)和已發(fā)送信息比較,如果信息一致,繼續(xù)執(zhí)行下一步；如果不一致,停止所有輸出,等待人工處理。

(4)站間傳輸信息時(shí),發(fā)信號(hào)端需要連續(xù)不斷地發(fā)送信息,以保證在線路故障或傳輸出錯(cuò)時(shí),及時(shí)切斷輸出信號(hào),導(dǎo)向安全。

(5)設(shè)計(jì)了故障-安全的AGZJ、BGZJ繼電器。其故障報(bào)警電路如圖4所示。

圖4 故障報(bào)警電路

當(dāng)控制臺(tái)單機(jī)故障報(bào)警時(shí),表示主機(jī)或備機(jī)工作繼電器已落下,這時(shí)可能是主機(jī)故障或備機(jī)故障。出現(xiàn)單機(jī)故障,不影響正常工作,可繼續(xù)辦理。但值班人員一定要通知信號(hào)工檢查發(fā)生何故障,處理故障并及時(shí)恢復(fù)。

當(dāng)控制臺(tái)出現(xiàn)雙機(jī)故障報(bào)警時(shí),表示主機(jī)和備機(jī)工作繼電器已落下,這時(shí)可能是主機(jī)和備機(jī)都故障或系統(tǒng)檢測(cè)到錯(cuò)誤勵(lì)磁或非安全信息等。此時(shí),系統(tǒng)已不能正常工作,值班人員一定要立刻通知信號(hào)工檢查發(fā)生何故障,處理故障。

5 結(jié)語(yǔ)

基于光通信的站間閉塞信息傳輸系統(tǒng)在遷曹線2萬t重載鐵路信號(hào)工程中的得到成功應(yīng)用。實(shí)現(xiàn)了取消電纜、以通信光纖為通道對(duì)站間閉塞信息進(jìn)行安全、可靠傳輸,解決了站間距離較長(zhǎng),大牽引電流不平衡電流干擾及站間信息損耗嚴(yán)重等問題。系統(tǒng)自投入使用以來,一直穩(wěn)定可靠,運(yùn)行良好,驗(yàn)證了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、原理及結(jié)合設(shè)計(jì)的正確性和合理性。

[1] 鐵道第一勘察設(shè)計(jì)院.新建鐵路遷曹線灤南至曹妃甸段初步設(shè)計(jì)總說明書[Z].蘭州：鐵道第一勘察設(shè)計(jì)院,2005.

[2] 鐵道第一勘察設(shè)計(jì)院.新建鐵路遷曹線灤南至曹妃甸段初步設(shè)計(jì)信號(hào)說明書[Z].蘭州：鐵道第一勘察設(shè)計(jì)院,2005．

[3] 鐵道第一勘察設(shè)計(jì)院.新建鐵路遷曹線灤南至曹妃甸段施工圖信號(hào)說明書[Z].西安：鐵道第一勘察設(shè)計(jì)院,2006．

[4] 何文卿.6502電氣集中電路(修訂本)[M].北京：中國(guó)鐵道出版社,1996：188-191.

[5] 中國(guó)鐵路通信信號(hào)總公司研究設(shè)計(jì)院.鐵路工程設(shè)計(jì)技術(shù)手冊(cè)·信號(hào)(修訂版)[M].北京：中國(guó)鐵道出版社,1993：205-220．

[6] 中華人民共和國(guó)鐵道部.TB10007—2006 鐵路信號(hào)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)鐵道出版社,2006.

[7] 中華人民共和國(guó)鐵道部.TB/T2497—94 鐵路半自動(dòng)閉塞技術(shù)條件[S].北京：1994.

[8] 中華人民共和國(guó)鐵道部.TB/T2307—92 電氣集中各種結(jié)合電路技術(shù)條件[S].北京：1992.

[9] 中華人民共和國(guó)鐵道部.電號(hào)6504. 6502電路與各種設(shè)備聯(lián)系圖冊(cè)[S].北京：電化工程局電務(wù)勘測(cè)設(shè)計(jì)處,1977.

[10] 鐵道部運(yùn)輸局.運(yùn)基信號(hào)[2010]537號(hào) 基于光通信的站間安全信息傳輸系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)條件[S].北京：鐵道部運(yùn)輸局,2010.