單線雙方向區(qū)間自動(dòng)閉塞結(jié)合電路工程設(shè)計(jì)優(yōu)化方案

葉慧敏

目前，我國(guó)大部分鐵路單線區(qū)間采用傳統(tǒng)64D半自動(dòng)閉塞，或基于計(jì)軸、軌道電路的自動(dòng)站間閉塞。然而對(duì)于重要的長(zhǎng)大干線單線區(qū)間，隨著線路運(yùn)量不斷增加，列車運(yùn)行速度不斷提升，既有線路的運(yùn)輸能力趨于飽和，急需對(duì)既有單線區(qū)間進(jìn)行擴(kuò)能改造。雖然修建復(fù)線可以大幅提高區(qū)間通過(guò)能力和列車運(yùn)行速度［1-2］，但投資巨大，建設(shè)周期長(zhǎng)，無(wú)法短期內(nèi)應(yīng)對(duì)日趨增加的運(yùn)能需求。因此，為及時(shí)緩解線路運(yùn)輸壓力、減少工程投資、縮短施工周期，目前行之有效的單線區(qū)間擴(kuò)能方案之一是升級(jí)既有的閉塞制式，由64D半自動(dòng)閉塞或自動(dòng)站間閉塞改造為單線雙方向自動(dòng)閉塞［3］。

與復(fù)線自動(dòng)閉塞相同，單線雙方向自動(dòng)閉塞區(qū)段的車站也需設(shè)置自動(dòng)閉塞結(jié)合電路。然而，近年來(lái)有關(guān)專家學(xué)者對(duì)自動(dòng)閉塞結(jié)合電路的研究多數(shù)聚焦于復(fù)線，針對(duì)單線自動(dòng)閉塞結(jié)合電路的研究則較少：文獻(xiàn)［4］針對(duì)復(fù)線不同短區(qū)間的特殊情況，分析車站接近鎖閉區(qū)段的設(shè)置原則，給出了接近、離去區(qū)段在聯(lián)鎖控制臺(tái)的顯示處理方案；文獻(xiàn)［5］分析了復(fù)線區(qū)間只有1 架通過(guò)信號(hào)機(jī)和無(wú)通過(guò)信號(hào)機(jī)2種特殊情況下車站接近/離去區(qū)段的特殊定義；文獻(xiàn)［6］和文獻(xiàn)［7］著重分析了站間區(qū)間小于3 個(gè)閉塞分區(qū)情形下的JGJ電路。在工程實(shí)踐中，單線區(qū)間采用復(fù)線自動(dòng)閉塞結(jié)合電路后，聯(lián)鎖和閉塞系統(tǒng)雖然能夠正常工作，但該電路存在固有缺陷：計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖控顯終端界面無(wú)法分開(kāi)顯示車站同一進(jìn)站口接近/離去表示燈，燈的顯示不能很好地與區(qū)間實(shí)際運(yùn)行方向相結(jié)合，人機(jī)交互體驗(yàn)較差。因此，需進(jìn)一步研究單線雙方向自動(dòng)閉塞結(jié)合電路，優(yōu)化計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖人機(jī)交互界面接近/離去表示燈的顯示方式，以滿足現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)輸需要。

1 現(xiàn)狀描述

單線區(qū)間64D半自動(dòng)閉塞或自動(dòng)站間閉塞升級(jí)為單線雙方向四顯示自動(dòng)閉塞后，車站的每個(gè)進(jìn)站口一般需設(shè)置3 個(gè)接近區(qū)段和4 個(gè)離去區(qū)段，并對(duì)應(yīng)設(shè)置自動(dòng)閉塞結(jié)合電路，負(fù)責(zé)向站內(nèi)提供下列區(qū)間信息：列車接近鎖閉所需的接近軌道區(qū)段信息，車站出站信號(hào)機(jī)開(kāi)放所需的離去軌道區(qū)段信息，聯(lián)鎖控制臺(tái)所需的接近/離去區(qū)段狀態(tài)顯示、接近音響通知、區(qū)間報(bào)警條件、站內(nèi)電碼化編碼條件［8］。在車站計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖控顯終端界面分別設(shè)置第1、第2、第3 接近表示燈，第1、第2、第3 離去表示燈，向車站工作人員展示1JG、2JG、3JG、1LQ、2LQ、3LQ軌道區(qū)段的占用情況［9］。

如圖1所示，XD 進(jìn)站口區(qū)間上/下行通過(guò)信號(hào)機(jī)以差置或并置形式設(shè)置于同一線路兩側(cè)，其接近區(qū)段和離去區(qū)段的設(shè)置并非完全重疊，故XD 進(jìn)站口的接近表示燈和離去表示燈應(yīng)分開(kāi)設(shè)置，即設(shè)置XD1JG、XD2JG、XD3JG、SH1LQ、SH2LQ 和SH3LQ共6個(gè)表示燈。單線雙方向四顯示區(qū)段的自動(dòng)閉塞結(jié)合電路采用區(qū)間各閉塞分區(qū)軌道電路GJF前接點(diǎn)作為JGJ和LQJ的勵(lì)磁條件，XD進(jìn)站口自動(dòng)閉塞結(jié)合電路見(jiàn)圖2。計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)通過(guò)繼電器接口分別采集JGJ 和LQJ 前/后接點(diǎn)狀態(tài)，當(dāng)JGJ 和LQJ的前接點(diǎn)斷開(kāi)、后接點(diǎn)閉合時(shí)，計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖判定JGJ和LQJ為落下?tīng)顟B(tài)，表明此時(shí)GJF落下，相應(yīng)接近/離去區(qū)段為占用狀態(tài)，控顯終端界面相應(yīng)接近/離去表示燈點(diǎn)亮紅燈［10-11］。

圖1 車站接近/離去區(qū)段示意

圖2 XD進(jìn)站口自動(dòng)閉塞結(jié)合電路

當(dāng)區(qū)間以XD 進(jìn)站信號(hào)機(jī)接車方向組織行車時(shí)，根據(jù)自動(dòng)閉塞結(jié)合電路原理，隨著列車順序占?jí)篞5G—Q10G，計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖控顯終端界面XD 進(jìn)站口車站接近/離去表示燈顯示狀態(tài)見(jiàn)表1。

表1 XD進(jìn)站口車站接近/離去表示燈顯示狀態(tài)

由表1 可知，當(dāng)列車占?jí)耗骋卉壍绤^(qū)段時(shí)，相應(yīng)的接近/離去表示燈存在同時(shí)點(diǎn)亮紅燈的情形。然而在此情景下，僅XD1JG、XD2JG、XD3JG 接近表示燈的紅燈顯示具有實(shí)際意義，車站工作人員僅需關(guān)注該方向上相應(yīng)接近表示燈的狀態(tài)；SH1LQ、SH2LQ、SH3LQ 離去表示燈的紅燈顯示在該運(yùn)行方向上無(wú)實(shí)際意義，接近/離去表示燈同時(shí)點(diǎn)亮紅燈會(huì)擾亂工作人員視線，容易誤判列車運(yùn)行方向，影響車站工作人員準(zhǔn)確掌握列車的運(yùn)行情況，給行車指揮帶來(lái)不便。

因此，車站運(yùn)營(yíng)維護(hù)單位要求：在不改變計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖軟件的前提下，聯(lián)鎖控顯終端界面車站接近/離去區(qū)段表示燈顯示應(yīng)表明區(qū)間開(kāi)通運(yùn)行方向。即對(duì)于同一進(jìn)站口，列車接近車站時(shí)，車站工作人員僅通過(guò)接近表示燈判斷列車占用接近區(qū)段的狀態(tài)，此時(shí)離去表示燈不起作用；列車離開(kāi)車站時(shí)，車站工作人員僅通過(guò)離去表示燈判斷列車占用離去區(qū)段的狀態(tài)，此時(shí)接近表示燈不起作用。

2 方案設(shè)計(jì)

為消除計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖控顯終端界面同一進(jìn)站口接近/離去表示燈同時(shí)點(diǎn)亮紅燈的現(xiàn)象，需在既有自動(dòng)閉塞結(jié)合電路中，增加與區(qū)間運(yùn)行方向相關(guān)的繼電器條件，將自動(dòng)閉塞結(jié)合電路中JGJ和LQJ的動(dòng)作時(shí)機(jī)分隔。目前大部分普速車站仍采用繼電式四線制方向電路［12］，其中方向繼電器FJ2、軌道區(qū)段區(qū)間正方向繼電器QZJ、軌道區(qū)段區(qū)間反方向繼電器QFJ 的接點(diǎn)狀態(tài)均能表示區(qū)間運(yùn)行方向。由于FJ2繼電器接點(diǎn)數(shù)量有限，因此可在JGJ、LQJ 既有勵(lì)磁電路的基礎(chǔ)上增加四線制方向電路中的QZJ、QFJ 接點(diǎn)條件。區(qū)間方向繼電器QZJ、QFJ 勵(lì)磁電路見(jiàn)圖3。

圖3 區(qū)間方向繼電器QZJ、QFJ勵(lì)磁電路

2.1 方案一：區(qū)間方向繼電器接點(diǎn)與GJF接點(diǎn)串聯(lián)

2.1.1 電路修改

對(duì)于正向進(jìn)站口，將QZJ 前接點(diǎn)串聯(lián)至XD1JGJ～XD3JGJ 勵(lì)磁電路，將QFJ 前接點(diǎn)串聯(lián)至SH1LQJ～SH3LQJ 勵(lì)磁電路；對(duì)于反向進(jìn)站口，將QZJ 前接點(diǎn)串聯(lián)至XD1LQJ～XD3LQJ 勵(lì)磁電路，將QFJ 前接點(diǎn)串聯(lián)至SH1JGJ～SH3JGJ 勵(lì)磁電路。

如圖1 所示，XD 進(jìn)站信號(hào)機(jī)外方第1 個(gè)閉塞分區(qū)為 XD3JG 或 SH1LQG， 而 XD3JG 和SH1LQG 均由Q9G 和Q10G 構(gòu)成，故其既有信號(hào)開(kāi)放繼電器KXJ 勵(lì)磁電路中使用了XD3JG 的軌道繼電器接點(diǎn)作為KXJ的勵(lì)磁條件［13］，見(jiàn)圖4。當(dāng)辦理區(qū)間改方時(shí)，F(xiàn)J、FJ2的反位接點(diǎn)131-133接通，證明運(yùn)行方向已經(jīng)改變，本站為發(fā)車站，且XD3JG 的軌道繼電器勵(lì)磁吸起，KXJ 勵(lì)磁吸起，KXJ 的吸起狀態(tài)作為本站出站信號(hào)機(jī)的開(kāi)放條件。當(dāng)改方完成后，為避免因QZJ 失磁落下導(dǎo)致XD3JGJ 失磁落下，KXJ 勵(lì)磁電路被切斷，車站出站信號(hào)機(jī)無(wú)法正常開(kāi)放，因此KXJ 勵(lì)磁電路中的XD3JG 軌道繼電器條件不應(yīng)受QZJ 或QFJ 控制。對(duì)于本站XD 正向進(jìn)站口，還應(yīng)在既有自動(dòng)閉塞結(jié)合電路基礎(chǔ)上增加1個(gè)僅由原GJF 勵(lì)磁條件控制的XD3JGJ1。若SH 反向進(jìn)站口的KXJ 勵(lì)磁電路也采用SH3JG軌道繼電器條件，則SH進(jìn)站口也應(yīng)增加1 個(gè)僅由原GJF 勵(lì)磁條件控制的SH3JGJ1。在原GJF 勵(lì)磁條件基礎(chǔ)上串聯(lián)QZJ 或QFJ 條件的JGJ、LQJ用于計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)采集，僅由原GJF接點(diǎn)構(gòu)成勵(lì)磁條件的JGJ1 用于四線制方向電路的KXJ 電路，區(qū)間方向繼電器接點(diǎn)與GJF 接點(diǎn)串聯(lián)方案自動(dòng)閉塞結(jié)合電路修改示意見(jiàn)圖5。考慮區(qū)間所有閉塞分區(qū)的QZJ、QFJ狀態(tài)一致，因此可選擇該區(qū)間內(nèi)任意軌道區(qū)段的QZJ、QFJ接點(diǎn)搭建此電路。

圖4 XD進(jìn)站口四線制方向電路的KXJ勵(lì)磁電路

圖5 XD進(jìn)站口自動(dòng)閉塞結(jié)合電路修改示意（串聯(lián)方案）

2.1.2 電路動(dòng)作原理

區(qū)間按正方向組織行車時(shí)，圖3所示的四線制方向電路中，F(xiàn)J2 繼電器121-122 接點(diǎn)接通區(qū)間Q5G～Q10G 各軌道區(qū)段的QZJ 勵(lì)磁電路，QZJ勵(lì)磁吸起，QFJ 失磁落下，圖5 中XD 進(jìn)站口的SH1LQJ～SH3LQJ 勵(lì)磁電路被 QFJ 切斷，XD1JGJ～XD3JGJ 勵(lì)磁電路不受影響；區(qū)間按反方向組織行車時(shí)，F(xiàn)J2 繼電器的121-123 接點(diǎn)接通各區(qū)段的QFJ勵(lì)磁電路，QZJ失磁落下，QFJ勵(lì)磁吸起，XD1JGJ～XD3JGJ 的勵(lì)磁電路被QZJ 切斷，SH1LQJ～SH3LQJ 的勵(lì)磁電路不受影響，XD3JGJ1 仍然保持吸起狀態(tài)，KXJ 能夠正常吸起，車站出站信號(hào)機(jī)可正常開(kāi)放。在自動(dòng)閉塞結(jié)合電路中串聯(lián)QZJ、QFJ前接點(diǎn)，將同一軌道區(qū)段GJF 勵(lì)磁條件按區(qū)間運(yùn)行方向分隔開(kāi)來(lái)，保證了同一時(shí)刻JGJ、LQJ勵(lì)磁電路僅有一個(gè)在工作狀態(tài)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖控顯終端界面接近/離去表示燈根據(jù)區(qū)間運(yùn)行方向分開(kāi)顯示的功能，同時(shí)不影響四線制方向電路中KXJ的正常動(dòng)作。

2.2 方案二：區(qū)間方向繼電器接點(diǎn)與GJF接點(diǎn)并聯(lián)

2.2.1 電路修改

對(duì)于正向進(jìn)站口，在XD1JGJ～XD3JGJ 原GJF 勵(lì)磁條件的基礎(chǔ)上并聯(lián)QFJ 前接點(diǎn)，在SH1LQJ～SH3LQJ 原GJF 勵(lì)磁條件的基礎(chǔ)上并聯(lián)QZJ 前接點(diǎn)；對(duì)于反向進(jìn)站口，在SH1JGJ～SH3 JGJ 原GJF 勵(lì)磁條件的基礎(chǔ)上并聯(lián)QZJ 前接點(diǎn)，在XD1LQJ～XD3LQJ 原GJF 勵(lì)磁條件的基礎(chǔ)上并聯(lián)QFJ前接點(diǎn)。

如圖4 所示，KXJ 勵(lì)磁電路中含有XD3JG 軌道繼電器前接點(diǎn)條件，若采用上述并聯(lián)了QFJ 接點(diǎn)的XD3JGJ作為KXJ的勵(lì)磁條件，當(dāng)區(qū)間改方完成后，QFJ 勵(lì)磁吸起，由Q9G-QFJ 前接點(diǎn)構(gòu)成了XD3JGJ 的第2 條勵(lì)磁通路。在極端情況下，若Q9G-GJF 或Q10G-GJF 因故失磁落下，而此時(shí)XD3JGJ 仍然由QFJ 前接點(diǎn)構(gòu)成其勵(lì)磁電路保持吸起，則XD3JGJ 無(wú)法真實(shí)反映相應(yīng)軌道區(qū)段的狀態(tài)，后續(xù)可能造成KXJ 錯(cuò)誤吸起，使車站出站信號(hào)機(jī)錯(cuò)誤開(kāi)放，給行車安全帶來(lái)隱患。因此，對(duì)于XD 正向進(jìn)站口，也應(yīng)增加1 個(gè)僅由原GJF 勵(lì)磁條件控制的XD3JGJ1 繼電器；對(duì)于SH 反向進(jìn)站口，增加1個(gè)僅由原GJF勵(lì)磁條件控制的SH3JGJ1繼電器，以使電路滿足故障導(dǎo)向安全原則。增加QZJ、QFJ 條件的JGJ 和LQJ 用于計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)采集，維持原GJF勵(lì)磁條件的JGJ1和LQJ1用于四線制方向電路的KXJ 電路，XD 進(jìn)站口區(qū)間方向繼電器接點(diǎn)與GJF 接點(diǎn)并聯(lián)方案自動(dòng)閉塞結(jié)合電路修改示意見(jiàn)圖6。

圖6 XD進(jìn)站口自動(dòng)閉塞結(jié)合電路修改示意（并聯(lián)方案）

2.2.2 電路動(dòng)作原理

當(dāng)區(qū)間按正方向組織行車時(shí)，由四線制方向電路控制Q5G～Q10G 的QZJ 勵(lì)磁吸起，QFJ 失磁落下，此時(shí)SH1LQJ～SH3LQJ 的原GJF 勵(lì)磁條件分別被QZJ 前接點(diǎn)旁路，原GJF 勵(lì)磁條件失去作用，SH1LQJ～SH3LQJ 保持吸起狀態(tài)不變，XD1 JGJ～XD3JGJ 不受QFJ 接點(diǎn)條件影響，仍然受相應(yīng)GJF 接點(diǎn)控制。同理，當(dāng)區(qū)間按反方向組織行車時(shí)，僅SH1LQJ～SH3LQJ 受相應(yīng)區(qū)段的GJF 控制，XD1JGJ～XD3JGJ 被QFJ 前接點(diǎn)旁路，保持吸起狀態(tài)不變。可見(jiàn)在JGJ和LQJ分別并聯(lián)QZJ或QFJ 前接點(diǎn)條件后，也可實(shí)現(xiàn)JGJ、LQJ 電路根據(jù)區(qū)間實(shí)際運(yùn)行方向在不同時(shí)機(jī)動(dòng)作，這樣接近/離去表示燈的顯示就帶有了方向含義，且滿足了運(yùn)營(yíng)維護(hù)單位的實(shí)際需求。

2.3 方案比選

方案一電路實(shí)現(xiàn)方式簡(jiǎn)單，對(duì)既有配線的改動(dòng)較少，且無(wú)需修改既有組合側(cè)面配線中的KZ 電源環(huán)線；其缺點(diǎn)是區(qū)間按正方向組織行車時(shí)，雖然XD1JGJ～XD3JGJ 能夠反映接近區(qū)段的實(shí)際占用情況，但該電路會(huì)使SH1LQJ～SH3LQJ 由常態(tài)吸起改為常態(tài)落下，計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)采集相應(yīng)LQJ狀態(tài)后，控顯終端界面上的3 個(gè)離去表示燈均常態(tài)點(diǎn)亮紅燈，而此時(shí)XD 進(jìn)站口離去表示燈紅燈顯示并無(wú)實(shí)際意義。在這種情形下，當(dāng)列車正向運(yùn)行跨壓2 個(gè)接近區(qū)段時(shí)，控顯終端界面XD 進(jìn)站口2 個(gè)接近表示燈和3 個(gè)離去表示燈同時(shí)點(diǎn)亮紅燈，車站工作人員無(wú)法快速準(zhǔn)確判斷列車是以正向接車方向跨壓接近區(qū)段，還是以反向發(fā)車方向連續(xù)跨壓離去區(qū)段。同理，區(qū)間按反方向組織行車時(shí)，XD 進(jìn)站口的3 個(gè)接近表示燈也會(huì)常態(tài)點(diǎn)亮無(wú)實(shí)際意義的紅燈，仍然會(huì)干擾車站工作人員，不能很好地滿足運(yùn)營(yíng)維護(hù)需求。

方案二的優(yōu)點(diǎn)在于區(qū)間按某一方向組織行車時(shí)，被QZJ或QFJ前接點(diǎn)旁路的JGJ或LQJ常態(tài)仍然維持吸起狀態(tài)，計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)采集相應(yīng)的JGJ和LQJ 狀態(tài)后，無(wú)實(shí)際意義的接近表示燈或離去表示燈顯示為空閑狀態(tài)（未啟用狀態(tài)），當(dāng)列車順序占?jí)很壍绤^(qū)段時(shí)，同一時(shí)刻只有接近表示燈或離去表示燈可能會(huì)點(diǎn)亮紅燈。車站工作人員僅通過(guò)觀察控顯終端界面點(diǎn)亮紅燈的是接近表示燈還是離去表示燈，即可快速判斷當(dāng)前進(jìn)站口的列車運(yùn)行方向以及相應(yīng)軌道區(qū)段的占?jí)呵闆r。該方案的缺點(diǎn)在于對(duì)既有配線的改動(dòng)較多，且需修改既有組合側(cè)面配線中的KZ電源環(huán)線，配線修改相對(duì)復(fù)雜。

結(jié)合工程實(shí)際，建議既有車站升級(jí)改造為單線雙方向自動(dòng)閉塞后，采用區(qū)間方向繼電器接點(diǎn)與GJF接點(diǎn)并聯(lián)方案作為優(yōu)化方案。

3 結(jié)論

本文以串聯(lián)和并聯(lián)2 種方式，在JGJ 和LQJ 的原GJF 勵(lì)磁電路中增加四線制方向電路中的QZJ、QFJ 條件，同時(shí)增設(shè)不受QZJ/QFJ 控制的3JGJ1，用于KXJ 勵(lì)磁電路，避免引入的區(qū)間方向繼電器條件對(duì)既有電路造成不良影響。QZJ/QFJ 接點(diǎn)與GJF 接點(diǎn)并聯(lián)方案能夠達(dá)到更好的人機(jī)交互效果，是實(shí)現(xiàn)接近/離去表示燈分開(kāi)顯示的推薦方案。優(yōu)化后的自動(dòng)閉塞結(jié)合電路有效解決了困擾車站現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員的難題，且無(wú)需對(duì)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖軟件進(jìn)行修改，能夠有效縮短工程周期。目前，該方案已在京雄鐵路工程中成功應(yīng)用，現(xiàn)場(chǎng)反饋效果良好。