基于64D的站間閉塞系統(tǒng)邏輯分析及改進(jìn)建議

趙 澤

（北京全路通信信號研究設(shè)計院集團(tuán)有限公司，北京 100070）

1 概述

64D半自動閉塞（簡稱64D）于1964年鑒定定型后逐步在全路推廣，是國內(nèi)目前主流的半自動閉塞制式。

64D由繼電器電路實現(xiàn)半自動閉塞功能，無需增加專用閉塞機(jī)，可靠性高，僅通過2芯電纜即可實現(xiàn)站間通信，成本低廉，故目前仍廣泛應(yīng)用在國內(nèi)非繁忙線路。在64D的基礎(chǔ)上，由計軸或軌道電路實現(xiàn)區(qū)間占用檢查，即可構(gòu)成自動站間閉塞，該種閉塞方式不改變64D的基本邏輯，并可與調(diào)度集中系統(tǒng)結(jié)合，降低運輸工作量、減少風(fēng)險、冗余性強(qiáng)，近年來不僅在部分國內(nèi)線路得到了應(yīng)用，也推廣到了一些海外鐵路項目中，例如肯尼亞的蒙內(nèi)鐵路。

2 64D電路的原理

2.1 64D電路的組成

不考慮電鈴繼電器、聯(lián)鎖及外圍結(jié)合電路，64D電路的核心部分由18個繼電器組成，其名稱及功能如表1所示。

表1 64D電路繼電器名稱及功能Tab. 1 Names and functions of 64D circuit relays

2.2 64D半自動閉塞邏輯

典型的64D半自動閉塞辦理過程如表2所示，為方便后文論述，表2中將64D半自動閉塞過程中的各狀態(tài)用S0～S14編號區(qū)分。

表2 典型的64D半自動閉塞辦理流程Tab. 2 Typical setting process of 64D semi-automatic block

2.3 基于64D的自動站間閉塞邏輯

基于64D的自動站間閉塞的辦理流程與繼電器狀態(tài)與64D半自動閉塞基本相同，其通過計軸或軌道電路檢查區(qū)間空閑狀態(tài)，并自動觸發(fā)BSAJ、FUAJ、JSBJ等繼電器，具體觸發(fā)邏輯如下。

1）S0狀態(tài)下，發(fā)車站辦理發(fā)車進(jìn)路且區(qū)間空閑，自動觸發(fā)發(fā)車站的BSAJ勵磁。

2）S3狀態(tài)下，區(qū)間空閑，自動觸發(fā)接車站的BSAJ勵磁。

3）S11狀態(tài)下，區(qū)間空閑，自動觸發(fā)接車站的JSBJ落下。

4）S12狀態(tài)下，區(qū)間空閑，自動觸發(fā)接車站的FUAJ勵磁。

3 64D電路的特點

64D電路誕生于20世紀(jì)60年代，基于當(dāng)時的國情和國內(nèi)鐵路信號系統(tǒng)的發(fā)展情況，64D電路的設(shè)計理念是在滿足半自動閉塞技術(shù)條件的基礎(chǔ)上，盡可能節(jié)約工程成本，并適應(yīng)各類聯(lián)鎖系統(tǒng)。其電路的設(shè)計特點充分體現(xiàn)了老一輩鐵路設(shè)計人員的智慧，只有充分理解這些設(shè)計特點，才能更好地指導(dǎo)未來站間閉塞系統(tǒng)的發(fā)展。

3.1 脈沖信號的復(fù)用

采用64D半自動閉塞系統(tǒng)的相鄰兩站間，通過線路繼電器電路互相發(fā)送站間信號。為盡可能減少站間電纜，節(jié)約工程成本，64D電路中僅通過2芯電纜實現(xiàn)站間信息交互。通過ZDJ、FDJ調(diào)整發(fā)送電源的極性，發(fā)送正極性脈沖信號和負(fù)極性脈沖信號2種信號，并通過這2種脈沖信號的復(fù)用，表達(dá)7種不同的信號含義，如表3所示。

從表3中可以看出，64D電路一般采用正極性表示“辦理”性質(zhì)的信號，負(fù)極性表示“復(fù)原”性質(zhì)的信號，通過脈沖信號極性區(qū)分信號性質(zhì)。其中較為特殊的是自動回執(zhí)信號采用負(fù)極性脈沖信號，其設(shè)置原因分析如下。

表3 64D站間信號類型Tab.3 Types of 64D inter-station signals

1）若不設(shè)置自動回執(zhí)信號，如果甲站向乙站發(fā)出請求發(fā)車信號，但乙站未收到，乙站后續(xù)按下閉塞按鈕，向甲站發(fā)出請求發(fā)車信號，會被甲站錯誤識別為同意接車信號，導(dǎo)致兩站同時向區(qū)間發(fā)車的危險側(cè)情況。

2）若自動回執(zhí)采用正極性信號，如果甲站向乙站發(fā)出請求發(fā)車信號，但乙站未收到，乙站后續(xù)按下閉塞按鈕，向甲站發(fā)出請求發(fā)車信號，會被甲站錯誤識別為自動回執(zhí)信號，同樣可能導(dǎo)致兩站同時向區(qū)間發(fā)車的危險側(cè)情況。

綜上所屬，為了節(jié)約成本，64D電路通過2種極性脈沖信號的復(fù)用，表達(dá)所需的各種站間信號含義，在此基礎(chǔ)上為防止兩站同時向區(qū)間發(fā)車的危險側(cè)情況，設(shè)置了一種與請求發(fā)車、同意接車信號極性相反的自動回執(zhí)信號。

3.2 繼電器的功能復(fù)用

64D電路中，典型的功能復(fù)用的繼電器有兩個：XZJ和HDJ，其具體復(fù)用場景如下。

1）發(fā)車站S1～S3狀態(tài)中用XZJ的勵磁表示已請求發(fā)車，S4～S6狀態(tài)中用XZJ的落下表示發(fā)車進(jìn)路已鎖閉。

2）接車站S2狀態(tài)中用HDJ的勵磁和緩放發(fā)送自動回執(zhí)信號，S11～S13狀態(tài)中用HDJ的勵磁表示列車滿足兩點檢查確認(rèn)到達(dá)。

3.3 軌道繼電器的電路圖防護(hù)法

64D電路中GDJ常態(tài)為落下，僅當(dāng)ZKJ或者TCJ勵磁后，GDJ才可能勵磁。這是為了省電（對無電源地區(qū)的考慮），但不符合故障-安全要求。為此，在64D的電路中采用電路圖防護(hù)法：對于發(fā)車站，S5狀態(tài)下只有當(dāng)GDJ可以勵磁時，KTJ才能勵磁，后續(xù)才能開放出站信號；對于接車站，S8狀態(tài)下只有當(dāng)GDJ可以勵磁時，TJJ才能落下，后續(xù)才能確認(rèn)列車到達(dá)。此外，在到達(dá)復(fù)原時會再次檢查GDJ是否可以勵磁。

4 64D電路的缺陷

64D電路受限于時代的局限性，采取諸多特殊的設(shè)計，雖然滿足半自動閉塞的技術(shù)條件，但在一些特殊場景下也存在一些缺陷，本文列舉其中較為典型的兩個缺陷。

4.1 KTJ勵磁問題

KTJ勵磁電路如圖1所示，在S5狀態(tài)下，只有當(dāng)ZKJ、GDJ和ZXJ同時勵磁時，KTJ才能勵磁，為后續(xù)開放出站信號做準(zhǔn)備。

事實上，ZKJ和ZXJ同時勵磁，足以表明收到鄰站的同意接車信號，此處串入GDJ的前接點是為滿足本文3.3節(jié)所述電路圖防護(hù)法的要求，檢查GDJ是否可以正常勵磁。

若此時發(fā)車站正利用進(jìn)站內(nèi)方首區(qū)段進(jìn)行調(diào)車作業(yè)，導(dǎo)致GDJ落下，考慮到ZXJ勵磁時機(jī)僅有數(shù)秒，很可能導(dǎo)致KTJ無法正常勵磁，進(jìn)而導(dǎo)致后續(xù)出站信號機(jī)無法開放。

4.2 事故復(fù)原問題

在接車站辦理事故復(fù)原過程中，會勵磁FDJ，在復(fù)原本站閉塞狀態(tài)的同時，向發(fā)車站發(fā)送負(fù)極性信號。

復(fù)原繼電器電路如圖2所示，發(fā)車站在收到負(fù)極性信號后，若XZJ落下則會勵磁FUJ，復(fù)原發(fā)車站的閉塞狀態(tài)。

從圖2可以看出，XZJ在S1～S5狀態(tài)為勵磁狀態(tài)，在S6及之后的狀態(tài)是落下的，即發(fā)車站在發(fā)車進(jìn)路鎖閉前無法被接車站事故復(fù)原，在發(fā)車進(jìn)路鎖閉后反而可以被接車站事故復(fù)原。

如上文3.1節(jié)所述，對于發(fā)車站來說，64D電路通過XZJ的狀態(tài)來區(qū)分復(fù)原信號和自動回執(zhí)信號，當(dāng)XZJ勵磁時收到的負(fù)脈沖信號按自動回執(zhí)信號處理，無法勵磁FUJ；當(dāng)XZJ落下后收到的負(fù)脈沖信號按復(fù)原信號處理，勵磁FUJ并復(fù)原閉塞狀態(tài)。同時，64D電路用XZJ的勵磁表示已請求發(fā)車，用XZJ的落下表示發(fā)車進(jìn)路已鎖閉。這種電路設(shè)計導(dǎo)致發(fā)車站在收到自動回執(zhí)后，仍需維持XZJ的勵磁狀態(tài)直到發(fā)車進(jìn)路鎖閉，在此期間無法被接車站的負(fù)極性信號復(fù)原。

在上述情況下會導(dǎo)致兩站閉塞狀態(tài)不一致，特殊情況下可能發(fā)生兩站同時向區(qū)間發(fā)車的危險側(cè)情況。目前，主要通過要求兩站同時辦理事故復(fù)原等管理手段緩解該缺陷造成的風(fēng)險。

5 站間閉塞改進(jìn)建議

站間閉塞發(fā)展的大趨勢主要包括使用光通信替代站間線纜通信、64D 與計軸設(shè)備結(jié)合實現(xiàn)站間自動閉塞、以及使用電子模塊替代繼電電路等。隨著電子模塊取代64D繼電電路、光纖通信取代兩芯電纜，在后續(xù)站間閉塞系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用當(dāng)中，不應(yīng)拘泥于64D電路本身的邏輯，而應(yīng)當(dāng)在充分理解64D基本技術(shù)條件的基礎(chǔ)上，規(guī)避其既有缺陷?；谝陨习l(fā)展趨勢，結(jié)合前文分析的64D電路的特點和缺陷，本文對站間閉塞系統(tǒng)的發(fā)展提出以下建議。

1）使用不同代碼區(qū)分不同功能的站間信號，取代目前正極性和負(fù)極性的信號。

2）實時檢查站間通信的可靠性，確保每條站間信號的送達(dá)，避免兩站閉塞狀態(tài)不匹配的問題，站間通信中斷時停止向區(qū)間發(fā)車。

3）不拘泥于64D電路的繼電器狀態(tài)，進(jìn)一步細(xì)分站間閉塞各個狀態(tài)，并細(xì)化各狀態(tài)下的處理邏輯。

4）站間閉塞的辦理和復(fù)原過程無需再檢查進(jìn)站內(nèi)方首區(qū)段的GJ狀態(tài)，而是直接從聯(lián)鎖獲取接發(fā)車進(jìn)路的狀態(tài)，作為進(jìn)入閉塞鎖閉和列車到達(dá)的判斷依據(jù)。

6 結(jié)論與展望

基于64D的站間閉塞系統(tǒng)仍是國內(nèi)目前主流的單線閉塞制式，在國內(nèi)鐵路網(wǎng)中發(fā)揮著重要的作用。64D電路巧妙地通過僅僅18個繼電器和2芯站間電纜實現(xiàn)半自動閉塞的所有功能，但也因此采用了脈沖信號復(fù)用、繼電器功能復(fù)用和電路圖防護(hù)法等特殊設(shè)計。

本文著重分析64D電路所采用的各項特殊設(shè)計背后的原因及其實現(xiàn)邏輯，指出目前基于64D的站間閉塞系統(tǒng)存在部分固有缺陷，并分析了相關(guān)缺陷產(chǎn)生的原因?；谏鲜鲅芯浚Y(jié)合鐵路信號領(lǐng)域電子化、信息化的大趨勢，本文認(rèn)為下一代站間閉塞系統(tǒng)應(yīng)使用全電子模塊和光通信技術(shù)，并建議其在系統(tǒng)設(shè)計中區(qū)分站間信號、進(jìn)行通信可靠性檢查、細(xì)分閉塞狀態(tài)并結(jié)合聯(lián)鎖進(jìn)路信息，進(jìn)而克服64D電路的固有缺陷，更好地支撐國內(nèi)鐵路事業(yè)的發(fā)展。