基于全電子聯(lián)鎖系統(tǒng)的道岔控制切換方案研究

謝 乾，孫晉敏，劉 軍

目前，全國多數(shù)城市軌道交通項目信號系統(tǒng)以計算機聯(lián)鎖控制為主，實際上是一種計算機聯(lián)鎖＋繼電器執(zhí)行系統(tǒng)［1］。隨著電子計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，全電子聯(lián)鎖系統(tǒng)應(yīng)運而生，并在越來越多的城市軌道交通項目中得到應(yīng)用。該系統(tǒng)的主要特點是取消了既有繼電器接口電路［2］，將道岔設(shè)備作為全電子聯(lián)鎖的執(zhí)行單元［3］。為此，本文提出以全電子聯(lián)鎖系統(tǒng)為基礎(chǔ)，實現(xiàn)傳統(tǒng)的繼電器聯(lián)鎖道岔控制與全電子聯(lián)鎖系統(tǒng)道岔控制的相互切換，在全電子聯(lián)鎖系統(tǒng)故障情況下，通過道岔控制切換裝置，實現(xiàn)繼電器聯(lián)鎖道岔控制的接管，以此保障行車效率，實現(xiàn)道岔設(shè)備的冗余性，為行車安全提供保障。

1 設(shè)計方案

1.1 設(shè)計原理

以眾合科技全電子聯(lián)鎖系統(tǒng)為例，在其聯(lián)鎖機柜上配置全電子聯(lián)鎖道岔控制WST5板卡（全電子聯(lián)鎖執(zhí)行單元）和傳統(tǒng)繼電電路道岔控制VOB/VIB板卡（計算機聯(lián)鎖輸入輸出板卡）［4］。當(dāng)傳統(tǒng)繼電器電路道岔控制時，配置相應(yīng)的接口柜、組合柜和安全型繼電器。全電子和繼電驅(qū)動方式通過倒切開關(guān)控制盤進行并接處理。倒切開關(guān)控制盤以組合的形式設(shè)置于接口柜內(nèi)，道岔輸出板卡控制模塊均采用二乘二取二的安全計算機平臺［5］。

以三相交流電動轉(zhuǎn)轍機、雙機牽引道岔為例，1個倒切開關(guān)可以切換2臺轉(zhuǎn)轍機［6］，即1個倒切開關(guān)對應(yīng)1組道岔，1個倒切開關(guān)控制盤有2個倒切開關(guān)。當(dāng)1個聯(lián)鎖區(qū)內(nèi)所有倒切開關(guān)轉(zhuǎn)到全電子控制模式時，全電子控制繼電器DZKJ↑；轉(zhuǎn)到繼電控制模式時，繼電控制繼電器JDKJ↑。

當(dāng)DZKJ↑，且JDKJ↓時，聯(lián)鎖判斷道岔處在全電子控制模式，通過道岔控制WST5板卡控制道岔動作和采集道岔表示；當(dāng)JDKJ↑，且DZKJ↓時，聯(lián)鎖判斷道岔處在繼電控制模式，通過繼電電路控制道岔動作和采集道岔表示。故障情況下，當(dāng)DZKJ和JDKJ均落下時，聯(lián)鎖保持當(dāng)前控制模式并報警；當(dāng)DZKJ和JDKJ均吸起時，聯(lián)鎖切斷道岔控制的輸出并報警，聯(lián)鎖系統(tǒng)處理方式見表1。

表1 聯(lián)鎖系統(tǒng)道岔處理方式

1.2 硬件設(shè)計

倒切開關(guān)控制盤實現(xiàn)切換示意見圖1。

圖1 道岔全電子控制和繼電控制切換示意

道岔全電子控制線路：聯(lián)鎖機柜（WST5）→倒切柜→分線柜→室外轉(zhuǎn)轍機。

道岔繼電控制線路：聯(lián)鎖機柜（VOB/VIB）→接口柜（接口層）→組合柜→倒切柜→分線柜→室外轉(zhuǎn)轍機。

全電子控制和繼電器控制布線原理見圖2。道岔全電子控制A/B系各輸出5根線纜（紅色線、綠色線），直接接入倒切開關(guān)控制盤上的接線端子，通過接線端子對A、B兩系輸出進行并接處理，該過程不需要經(jīng)過切換開關(guān)。

圖2 全電子控制和繼電控制布線原理

而道岔繼電控制則先經(jīng)過接口柜接口層輸出到組合柜，再由組合柜輸出5根線纜（紫色線）到接口柜倒切開關(guān)控制盤；道岔全電子板輸出的5根線纜（黑色線）和組合柜輸出的5根線纜（紫色線），通過接口柜倒切開關(guān)后，輸出5根線纜（藍色線），再通過分線柜連接室外設(shè)備。

2 電路實現(xiàn)原理

2.1 倒切開關(guān)

倒切開關(guān)采用在行業(yè)廣泛應(yīng)用的轉(zhuǎn)換開關(guān)［7］，分為2擋（全電子模式、繼電模式），其節(jié)點示意見圖3。開關(guān)觸頭最大為12節(jié)，將其中第11節(jié)觸頭用于轉(zhuǎn)換開關(guān)當(dāng)前狀態(tài)確認，第12節(jié)用于轉(zhuǎn)換開關(guān)狀態(tài)指示燈，1個倒切開關(guān)最多可以切換10組線纜，每個倒切開關(guān)控制盤最多安裝2個倒切開關(guān)。

圖3 倒切開關(guān)節(jié)點示意

倒切開關(guān)的額定容量為20 A，轉(zhuǎn)轍機動作電流均值一般為2～2.5 A，峰值一般為6 A左右。一個開關(guān)控制倒切2個轉(zhuǎn)轍機，可以滿足接點通流量的要求。

2.2 切換過程

倒切開關(guān)節(jié)點安裝在分線柜與組合柜之間（倒切柜），繼電器聯(lián)鎖控制與全電子聯(lián)鎖控制互不影響，安全可控。

以三相五線制道岔控制電路為例，見圖4。將倒切開關(guān)打至繼電模式擋位，此時處于繼電聯(lián)鎖模式下，道岔執(zhí)行電路與全電子聯(lián)鎖完全獨立，動作電源由組合柜繼電聯(lián)鎖電路輸出，經(jīng)過倒切開關(guān)和分線柜送至室外轉(zhuǎn)轍機，對室外道岔進行轉(zhuǎn)換。道岔轉(zhuǎn)動到位后，相關(guān)繼電器落下，動作電源也被斷開，道岔停止轉(zhuǎn)動。待繼電電路上相關(guān)繼電器接通相應(yīng)的道岔表示電路，完成繼電器聯(lián)鎖控制接管及轉(zhuǎn)換，可進行全電子聯(lián)鎖板卡及相關(guān)部件的維修。

圖4 繼電器聯(lián)鎖控制原理

在全電子聯(lián)鎖模式下時，需將倒切開關(guān)打至全電子聯(lián)鎖模式擋位，此時道岔的控制電路完全由全電子聯(lián)鎖控制，全電子聯(lián)鎖機籠執(zhí)行命令邏輯處理，對相關(guān)道岔進行驅(qū)動，并執(zhí)行到位。道岔轉(zhuǎn)換到位后，相關(guān)采集板對道岔表示電流狀態(tài)進行采集，并給出相應(yīng)的道岔表示。此時可進行繼電聯(lián)鎖相關(guān)部件等的維修，見圖5。

圖5 全電子聯(lián)鎖控制原理

3 切換管理機制

基于全電子聯(lián)鎖的道岔控制方案應(yīng)從系統(tǒng)切換設(shè)計特點及運營實際情況出發(fā)，制定規(guī)范的切換管理機制，采取有效的防護措施，避免因人員誤操作切換開關(guān)和設(shè)備造成對運營的影響?？偨Y(jié)管理機制有以下5點。

1）基于聯(lián)鎖系統(tǒng)驅(qū)動及采集同步機制，若1個聯(lián)鎖區(qū)內(nèi)實施切換控制的道岔，一部分采用全電子控制，一部分采用繼電控制，就會出現(xiàn)道岔驅(qū)動采集不可用的狀態(tài)，故切換時需確保倒切層內(nèi)所有開關(guān)同時切換至“全電子控制模式”，或同時切換至“繼電控制模式”。

2）若切換過程中出現(xiàn)道岔失表狀態(tài)，則在切換完成后，需單操道岔恢復(fù)道岔定位和反位表示。同時，應(yīng)確保不在轉(zhuǎn)轍機動作過程中進行道岔控制切換的操作，否則將出現(xiàn)轉(zhuǎn)轍機動作中斷，擠岔告警。

3）在切換過程中，若出現(xiàn)1個開關(guān)故障，無法正常切換時，需將已切換的開關(guān)打至原位，確保所有開關(guān)都在同一個模式。

4）倒切設(shè)備鑰匙（接口柜）需由相關(guān)專業(yè)人員統(tǒng)一管理，對倒切開關(guān)的狀態(tài)進行人工確認和登記。

5）倒切設(shè)備需進行定期維護檢查，確保倒切開關(guān)處于正?？捎脿顟B(tài)［8］。

4 全電子聯(lián)鎖道岔控制切換與既有設(shè)備比較

全電子聯(lián)鎖道岔切換結(jié)合了全電子聯(lián)鎖及繼電器聯(lián)鎖控制優(yōu)勢，在平時運行過程中，采用全電子聯(lián)鎖控制道岔轉(zhuǎn)換為主，利用全電子聯(lián)鎖執(zhí)行單元來執(zhí)行聯(lián)鎖命令，當(dāng)發(fā)生故障時，自動切換至正常系工作，提高系統(tǒng)可用性；在全電子聯(lián)鎖執(zhí)行單元失效情況下，通過手動倒切，由繼電器聯(lián)鎖接管，堅持“先通后復(fù)”的故障處置原則，在高密度、短間隔的行車組織方式下，其優(yōu)勢尤其突出。以寧波地鐵1號線為例，安全運營已達8年之久，據(jù)統(tǒng)計，2021年1～9月，因道岔故障導(dǎo)致影響行車2 min以上晚點就達5列次，采用該切換方案后能迅速恢復(fù)道岔控制，避免造成列車大面積晚點，大大提升對廣大市民安全出行的服務(wù)能力［9］。

設(shè)備性能特點對比見表2，從安全性、維護性、智能性、應(yīng)用性及經(jīng)濟性方面，對全電子聯(lián)鎖控制切換與既有設(shè)備進行比較。

表2 全電子聯(lián)鎖道岔控制切換與傳統(tǒng)設(shè)備性能比較

5 結(jié)語

綜上所述，基于全電子聯(lián)鎖系統(tǒng)道岔控制的切換方案是基于全電子聯(lián)鎖特性，結(jié)合傳統(tǒng)繼電器聯(lián)鎖特點設(shè)計的，該方案已應(yīng)用于寧波市軌道交通5號線一期工程全自動運行信號系統(tǒng)項目。經(jīng)試驗，滿足道岔安全冗余切換的目標(biāo)。隨著全電子聯(lián)鎖系統(tǒng)越來越廣泛的應(yīng)用［10］，在提升設(shè)備冗余性的同時，如何進一步健全全電子聯(lián)鎖系統(tǒng)道岔控制切換管理機制、提升故障處置效率、做好設(shè)備維護保養(yǎng)工作，為城市軌道交通行車安全提供更可靠的保障，需要相關(guān)運營設(shè)備維護人員進一步的深入研究及實踐。