蒙內(nèi)鐵路項目閉塞方案簡析

王洪賓

（中交機(jī)電工程局有限公司，北京 100088）

肯尼亞蒙巴薩-內(nèi)羅畢標(biāo)軌鐵路采用中國國鐵Ⅰ級、單線、客運120 km/h、貨運80 km/h的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，綜合考慮肯尼亞的運輸需求、人文、環(huán)境，閉塞類型采用自動站間閉塞。

自動站間閉塞系統(tǒng)由站間閉塞設(shè)備、區(qū)間軌道檢查裝置和信息傳輸通道組成。由計軸軌道檢查裝置完成區(qū)間空閑檢查；采用集成度更高的全電子執(zhí)行單元結(jié)合計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)，實現(xiàn)自動站間閉塞一體化功能；各站（場）采用基于光通信的站間安全信息傳輸系統(tǒng)傳輸閉塞信息。

1 閉塞的基本概念

為保證列車運行安全，消除正面碰撞與追尾事故，同一時刻，同一區(qū)間，僅允許一列列車通行。這種方式稱為閉塞，實現(xiàn)閉塞功能的設(shè)備叫做閉塞設(shè)備。

1.1 列車駛?cè)雲(yún)^(qū)間的條件

1）區(qū)間空閑。驗證區(qū)間空閑：人工或設(shè)備，設(shè)備包括軌道電路、計軸設(shè)備。

2）準(zhǔn)許進(jìn)入?yún)^(qū)間憑證。車站的出站信號機(jī)、區(qū)間的通過信號機(jī)常為準(zhǔn)許占用閉塞區(qū)間的憑證。

3）建立閉塞區(qū)間。閉塞實現(xiàn)的基本方法如圖1所示：a.兩車按一定時間間隔運行，實現(xiàn)時間間隔閉塞，該方法無法準(zhǔn)確獲得前行列車運行狀態(tài)，故無法保證列車在區(qū)間運行安全；b.將線路分成若閉塞分區(qū)（或區(qū)間），每一分區(qū)內(nèi)同一時刻只允許一列列車通行，實現(xiàn)空間間隔閉塞，既保證了列車行駛安全，又能提高運輸效率。

1.2 空間間隔閉塞

空間間隔閉塞分類如圖2所示。

1.2.1 站間閉塞

把相鄰站間作為一個閉塞分區(qū)，同一時刻，同一分區(qū)，僅允許一列列車行駛。

1.2.2 自動閉塞

將區(qū)間和站內(nèi)正線劃分為若干閉塞分區(qū)，以閉塞分區(qū)作為列車運行的空間間隔，依據(jù)列車運行及相關(guān)閉塞分區(qū)狀態(tài)，自動變換信號顯示與移動授權(quán)信息，列車憑地面信號或車載信號通行的閉塞方式。

自動站間閉塞：以相鄰站間為一個閉塞分區(qū)，自動檢測區(qū)間空閑，自動辦理進(jìn)入閉塞憑證，自動建立與恢復(fù)閉塞區(qū)間。它既歸屬于站間閉塞，也歸屬于自動閉塞。

閉塞分區(qū)長度受限于列車運行速度及規(guī)定的行車密度。提高列車運行速度、加大行車密度，都要求增加行車間隔內(nèi)閉塞分區(qū)數(shù)量，既增加自動閉塞地面設(shè)備的信息量，同時還會影響閉塞分區(qū)的劃分。

蒙內(nèi)鐵路項目采用國鐵I級，單線，客運120 km/h，貨運80 km/h，綜合考慮運行速度和行車密度，選用的閉塞制式為自動站間閉塞。

1.3 自動站間閉塞實現(xiàn)方式

1）基于64D的計軸自動站間閉塞系統(tǒng)

將64D型繼電半自動閉塞與計軸設(shè)備結(jié)合，由64D實現(xiàn)閉塞的辦理過程，繼電器電路實現(xiàn)分界點間聯(lián)系，計軸設(shè)備實現(xiàn)對列車完整到達(dá)的檢查[1]。

由于計軸和閉塞分別需要2個不同的物理通道實現(xiàn)功能，電路的復(fù)雜程度較高，設(shè)備可靠性降低，通道資源占用較大。

2）一體化計軸自動站間閉塞系統(tǒng)實現(xiàn)方式如表1所示。

表1 一體化計軸自動站間閉塞系統(tǒng)實現(xiàn)方式Tab.1 Implementation modes of integrated automatic inter-station block system with axle counters

方式一中自動站間閉塞電路、站內(nèi)聯(lián)鎖條件、計軸設(shè)備之間采用繼電器結(jié)合電路，由計軸設(shè)備傳遞站間閉塞信息，構(gòu)成一體化的計軸自動站間閉塞系統(tǒng)[2]。

方式二中自動站間閉塞繼電器邏輯電路由全電子執(zhí)行單元通過軟件邏輯來實現(xiàn)。計軸設(shè)備與全電子執(zhí)行單元之間采用標(biāo)準(zhǔn)RS-422串行通信接口，計算機(jī)聯(lián)鎖與全電子執(zhí)行單元間也使用通信接口。本站和鄰站站間閉塞信息、站間區(qū)間空閑信息、計軸設(shè)備狀態(tài)信息及計軸復(fù)零信息都是通過通信接口在計算機(jī)聯(lián)鎖設(shè)備、全電子執(zhí)行單元、計軸設(shè)備間交換[3]，其原理如圖3所示。

2 閉塞安全性保障

2.1 計軸設(shè)備

計軸設(shè)備可在特定地區(qū)、環(huán)境、條件下使用，是線路、道口區(qū)段、平面交叉和道岔占用/空閑狀態(tài)查驗的安全設(shè)備，是對軌道電路的補(bǔ)充。

主要應(yīng)用范圍含以下幾方面：

1）站內(nèi)（針對個別區(qū)段的分路不良）

2）半自動區(qū)間（作為檢查設(shè)備、與CTC結(jié)合）

3）自動閉塞區(qū)段（主要針對低阻道床）

計軸設(shè)備優(yōu)點：

1）不受鋼軌表面清潔度、軌道道床條件限制；

2）不受絕緣節(jié)、軌距桿絕緣節(jié)破損影響，安裝簡便；

3）與檢查區(qū)段的長短無關(guān)；

4）結(jié)合電路簡單；

5）不受電氣化串?dāng)_。計軸設(shè)備不足：

1）易受外界干擾（如通道、電源、雷電等）；

2）點式檢查設(shè)備（不能反映線路段、面信息）；

3）復(fù)原手續(xù)繁雜（須通過人工確認(rèn)）；

4）產(chǎn)品、施工質(zhì)量要求高，特別是傳輸通道；

5）造價較高。

2.2 軌道電路

ZPW-2000系列無絕緣軌道電路系統(tǒng)作為軌道空閑檢查的常用設(shè)備，主要應(yīng)用于將站間區(qū)間分成若干個閉塞分區(qū)的占用/空閑檢查[3]。

軌道電路優(yōu)點：

1）可連續(xù)檢查軌道區(qū)段的空閑/占用狀態(tài)；

2）能夠?qū)崿F(xiàn)斷軌檢查；

3）能夠完成機(jī)車信號傳輸；

4）抗外界干擾強(qiáng)；

5）便于維護(hù)；

6）價格適當(dāng)。

軌道電路存在不足：

1）易受道床微觀動態(tài)變化影響。如：受道床潮濕、干燥影響。

2）傳輸長度受限制。

3）紅光帶。如：在隧道內(nèi)或處于陰雨潮濕季節(jié)等情況，道床漏泄變大，電阻降低，易發(fā)生軌間短路。

4）白光帶。即分路不良，車輪壓在軌面上而不顯示有車占用，通常由于軌面生銹、油污、粉塵等造成軌道電路開路。

2.3 計軸加軌道電路

蒙內(nèi)鐵路采用計軸加軌道電路的方式。由于肯尼亞地理環(huán)境較差，地廣人稀、站間距離長、設(shè)備維護(hù)難度大等特點，站間區(qū)間空閑檢查由不受距離長度、道床電阻、軌面生銹限制的計軸設(shè)備完成，站內(nèi)區(qū)段空閑/占用檢查由軌道電路實現(xiàn)。

2.4 站間安全傳輸設(shè)備

由通信提供不同物理路徑的獨立專用光纖和帶寬為2 M的專用數(shù)字通道實現(xiàn)站間傳輸。

2.5 計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)

全電子計算機(jī)聯(lián)鎖與普通計算機(jī)聯(lián)鎖的最大不同就是接口電路的不同，全電子計算機(jī)聯(lián)鎖以電子執(zhí)行單元取代了普通計算機(jī)聯(lián)鎖的I/O板與繼電器。

全電子計算機(jī)聯(lián)鎖較普通計算機(jī)聯(lián)鎖優(yōu)勢在于：全電子執(zhí)行單元具有監(jiān)測、控制一體化的功能。

1）故障率低。以蒙內(nèi)鐵路內(nèi)羅畢南站為例，采用普通計算機(jī)聯(lián)鎖需要幾十個柜放置繼電器等（移頻柜發(fā)碼柜兩者相同），需要組合內(nèi)部、組合側(cè)面等大量的配線，還需要很多斷路器、阻容盒等，占用房屋面積大，故障點增多、故障幾率增大，特別是對繼電器電路屬地化培訓(xùn)難度較大，施工和維護(hù)工作量增多；而全電子計算機(jī)聯(lián)鎖方式，室內(nèi)僅需2個軌道柜放25周軌道電路防護(hù)盒，1～2個綜合柜放站內(nèi)移頻防雷、調(diào)整電阻和發(fā)送報警繼電器等，2架防雷分線柜，2個移頻柜發(fā)碼柜，房屋占用面積小，配線少，故障點少，還不需要斷路器，基本屬于免維護(hù)，優(yōu)勢明顯。

2）經(jīng)濟(jì)成本低。全電子執(zhí)行單元利用其提供信號集中監(jiān)測條件，只需要增加電纜測試組匣和外電源采集就能實現(xiàn)，而普通計算機(jī)聯(lián)鎖微機(jī)監(jiān)測則需額外增加許多獨立采集單元及軌道、道岔、信號機(jī)、電碼化等采集處理器，成本差異明顯。

3 自動站間閉塞方案

3.1 系統(tǒng)架構(gòu)

如圖4所示：甲、乙兩站分別設(shè)置獨立的計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)和計軸系統(tǒng)。兩站計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)間通過光交換設(shè)備交互兩站間閉塞信息，由計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)通過邏輯處理，實現(xiàn)自動站間閉塞。計軸系統(tǒng)負(fù)責(zé)實現(xiàn)區(qū)間軌道占用檢查。

3.2 工作原理

計算機(jī)聯(lián)鎖設(shè)置列車照查（LZCJ）狀態(tài)量，用于反映車站向區(qū)間辦理發(fā)車進(jìn)路情況，兩個相鄰車站相互檢查對方車站的列車照查條件，避免相鄰兩站同時向同一區(qū)間辦理發(fā)車進(jìn)路。

計軸設(shè)備驅(qū)動繼電器（QGJ），用于反映區(qū)間占用狀態(tài)。車站向區(qū)間辦理發(fā)車時，聯(lián)鎖系統(tǒng)須檢查整個站間區(qū)間空閑條件，保證兩站間同一時刻只有一列列車在區(qū)間通行。該條件與列車照查LZCJ條件相結(jié)合，實現(xiàn)閉塞安全性檢查。

計軸設(shè)備驅(qū)動報警繼電器（BJJ），與計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)結(jié)合，實現(xiàn)聯(lián)鎖系統(tǒng)對計軸設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)督。

聯(lián)鎖設(shè)備驅(qū)動計軸復(fù)零繼電器（JFLJ），與計軸系統(tǒng)結(jié)合，利用計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的人機(jī)界面，對計軸設(shè)備進(jìn)行復(fù)零操作[4]。

3.3 方案優(yōu)點

1）自動站間閉塞系統(tǒng)由二乘二取二架構(gòu)的聯(lián)鎖硬件實現(xiàn)，具備高可靠性、高可用性；自動站間閉塞功能由通過SIL4級安全認(rèn)證的聯(lián)鎖軟件實現(xiàn)，具備高安全性。

2）取消了復(fù)雜64D自動站間閉塞電路，有效減少系統(tǒng)故障率；取消了64D自動閉塞結(jié)合電路，采用全電子執(zhí)行單元一體化控制，減少故障點，提高系統(tǒng)可靠性。

3）系統(tǒng)更加簡潔、集成度更高，提高了系統(tǒng)可維護(hù)性。

4）減少設(shè)備材料，降低成本，縮短施工周期，降低屬地化培訓(xùn)難度。

4 結(jié)論

隨著計算機(jī)技術(shù)在信號領(lǐng)域應(yīng)用技術(shù)的不斷擴(kuò)展，傳統(tǒng)的繼電聯(lián)鎖已逐漸被計算機(jī)聯(lián)鎖所取代，傳統(tǒng)的閉塞控制已逐漸被列控中心所取代。對于蒙內(nèi)單線鐵路，采用計軸設(shè)備加軌道電路的方式，以全電子執(zhí)行單元取代傳統(tǒng)的繼電器邏輯電路，從而實現(xiàn)計算機(jī)聯(lián)鎖站區(qū)一體化控制管理。從技術(shù)方案，節(jié)約成本，提高系統(tǒng)集成度，提高系統(tǒng)可靠性、可維護(hù)性、可擴(kuò)展性等方面考慮都是優(yōu)先選擇的方案。