膠濟線站間信息安全傳輸系統(tǒng)的應用分析

李衛(wèi)鋒 黃仁清

（中鐵二院工程集團有限責任公司，成都 610031）

2006年在膠濟鐵路線高密至即墨段提速250 km/h改造工程中，利用光纖通道，西門子AzS（M）350U型站間信息安全傳輸系統(tǒng)首次進行了站間透明信息6GJ、7GJ（機車信號L4、L5碼）的傳輸。2008年，膠濟客運專線（簡稱“膠濟線”）工程從濟南東（含）至即墨（不含）段各站均采用該系統(tǒng)成功進行了站間透明信息傳輸（方向電路信息除外），并積累了一定的工程經驗，對以后類似工程的設計有較好借鑒和參考作用。

1 傳統(tǒng)站間聯(lián)系電路方式

1.1 傳輸通道

以電氣化區(qū)段ZPW-2000（UM）系列軌道電路組成的四顯示自動閉塞區(qū)段為例，其傳輸通道一般采用國產SPTYWL23型綜合扭絞數(shù)字信號電纜，控制距離一般按10 km設計。為節(jié)省電纜，聯(lián)系電路采用JWXC-1000型和JPXC-1000型繼電器。為防止電路接點轉換過程中信號閃燈，JWXC-1000型繼電器需要設計JWXC-H340型復示繼電器。

1.2 傳輸信息

（1）站間透明信息

分界點運行方向前方分區(qū)向后方分區(qū)傳輸信號機燈絲DJ、軌道繼電器1GJ～6GJ（最高碼序為L5，以下同）、小軌道繼電器XGJ（納入閉塞控制時）信息；分界點運行方向后方分區(qū)向前方分區(qū)傳輸GJ、XGJ（納入閉塞控制時）信息。站間距離較短時，還應考慮進站信號機LXJ、ZXJ、YXJ、LUXJ、TXJ、1DJ、UUSJ的傳輸信息及出站信號機LXJ等的傳輸信息。

（2）方向電路控制信息

主要含監(jiān)督區(qū)間軌道空閑條件信息JQ、JQH和方向電路控制信息FQ、FQH。

1.3 傳統(tǒng)站間聯(lián)系電路的缺點

（1）采用多芯信號電纜傳輸，工程投資大。

（2）電纜故障不易查找排除。

（3）信息交換容量有限，不利于提速改造。

（4）受站間閉塞電路中電阻電容老化、閉塞電源性能下降的影響，閉塞電路會隨時間推移而出現(xiàn)工作不穩(wěn)定現(xiàn)象。

（5）電纜傳輸通道對設備防雷、電磁兼容要求高，傳輸距離和抗干擾能力比光纜通道差。

2 西門子AzS(M)350U型站間信息安全傳輸系統(tǒng)

西門子AzS（M）350U型站間信息安全傳輸系統(tǒng)采用基于SIMIS計算機系統(tǒng)的符合故障-安全的二取二結構，具有1個用于連接任何聯(lián)鎖系統(tǒng)的通用接口，該接口采用繼電器接點輸出，光耦輸入。站間信息的傳輸主要利用光纜進行信息交換，完成站間信息采集、輸出以及站間聯(lián)系信息傳輸功能。

2.1 系統(tǒng)組成

該系統(tǒng)僅作為信息通道方案時，由4部分組成：信息安全傳輸設備、調制解調器、通道轉換設備及不間斷電源，這4部分全部放置于1個23U的機柜內，系統(tǒng)組成如圖1所示。需注意：當用戶只能提供一個站間通道時，不需要通道轉換設備和備用調制解調器。

站間信息的傳輸是適時、雙向的。信息傳輸設備采集本站站間透明信息的接點條件，經編碼后通過站間通道傳送到鄰站的信息傳輸設備，解碼后驅動鄰站的相應繼電器，輸入與輸出一一對應。1個站的信息傳輸設備在傳輸信息量允許的情況下，可向2個咽喉傳送數(shù)據(jù)。

2.2 主要技術性能

（1）信息數(shù)量：站間最大可雙向傳送24路信息。

（2）傳輸速率：9 600 bit/s或1 200 bit/s。

（3）傳輸可靠性：漢明距離= 964 bit安全碼。

（4）輸入：光電耦合。

（5）輸出：繼電器接點或驅動復示繼電器。

（6）通道：主、備用通道自動切換；主、備用通道均中斷或受到干擾時，設備將所有的輸出置于安全狀態(tài)。如果設備重新完成連接，則又自動返回信息傳送的實際狀態(tài)。

2.3 膠濟線站間信息傳輸概況

膠濟線只進行了站間透明信息（自動閉塞站間聯(lián)系條件）的傳輸，典型的站間信息傳輸內容及傳輸結構如圖2所示。需注意：圖2為昌樂至濰坊間上行方向傳輸內容，下行方向傳輸原理同上。傳輸通道采用光纜，控制距離不小于40 km，輸入為繼電器接點閉合信息，輸出繼電器采用JWXC-1700型。

由圖2可以看出，每個進站口方向需要輸入9路信息、輸出2路信息，每個咽喉需要輸入11路信息、輸出11路信息，共計22路信息。膠濟線站間信息安全傳輸系統(tǒng)采用雙通道熱備自動轉換裝置保證傳輸通道的可靠性。為降低傳輸設備故障對行車運輸?shù)挠绊懛秶?，膠濟線對應車站每個咽喉采用1套西門子站間信息安全傳輸系統(tǒng)，因此，每個車站（含中繼站）需要2套站間信息安全傳輸系統(tǒng)。

2.4 經濟效益分析

膠濟線工程從濟南東（含）至即墨（不含）段線路全長304 km，含10個車站、8個中繼站，共設置站間信息安全傳輸系統(tǒng)34套，合計578萬元。全段鋪設SPTYWL23型12芯電纜約792萬元，全段鋪設GYTA53型4芯單模光纜約165萬元。采用站間信息安全傳輸系統(tǒng)和電纜傳輸方向電路的方式共需投資約1 535萬元。

若采用傳統(tǒng)站間聯(lián)系電路，全段需鋪設SPTYWL23型42芯電纜約1 782萬元；全段站間透明信息站間聯(lián)系電纜需要防雷保安器約816只，計36.7萬元；分線柜防雷底座約20層，計11萬元；防雷分線柜約9個，計31.5萬元。采用傳統(tǒng)站間聯(lián)系電路，共需要投資約1 861.2萬元。

綜上所述 ，膠濟線從濟南東（含）至即墨（不含）段采用站間信息安全傳輸系統(tǒng)比采用傳統(tǒng)站間聯(lián)系電路節(jié)省投資約1 861.2-1 535=326.2萬元，平均每公里節(jié)省投資約1.07萬元，經濟效益顯著。

3 站間信息安全傳輸系統(tǒng)的功能擴展方案

膠濟線西門子AzS（M）350 U型站間信息安全傳輸系統(tǒng)只進行站間透明信息的傳輸，結合目前站間信息安全傳輸系統(tǒng)的技術發(fā)展和達成線的實驗情況，采用安全信息傳輸系統(tǒng)設備實現(xiàn)站間閉塞和方向電路控制，其功能擴展方案主要有以下2個。

3.1 傳統(tǒng)繼電電路的控制方案

根據(jù)信息傳輸設備的特點，該設備只能一一對應傳輸“0”（斷開）、“1”（閉合）信號，因此，需將四線制方向電路進行改進，將本站方向電路的狀態(tài)傳輸?shù)洁徴?，并根?jù)鄰站傳來方向電路的狀態(tài)（改方操作）實現(xiàn)運行方向的改變。信息傳輸系統(tǒng)僅完成信息傳輸，而由改進型方向電路實現(xiàn)改方／輔助改方邏輯功能。

信息傳輸設備啟動時，設備隨機選擇1個車站為發(fā)車站。若未進行改方操作，則該站一直為發(fā)車站，改方操作后，該站一直為接車站，直到再次改方操作。

電路的改進措施可以取消方向電源和監(jiān)督區(qū)間電源，用KZ/KF代替，取消二線/四線上的調節(jié)電阻等。

為滿足故障-安全原則，不能出現(xiàn)“雙發(fā)”的要求，以方向繼電器閉合表示“發(fā)車方向”，方向繼電器釋放表示“接車方向”，因此，設備的故障只會導致“雙接”，不會出現(xiàn)“雙發(fā)”。

由于繼電式方向電路采用的是成熟電路，只是根據(jù)原理將其進行拆分后以數(shù)據(jù)的形式進行傳輸，安全性不變。電路結構與原方向電路形式基本相同，利用傳輸系統(tǒng)實現(xiàn)通過光纜進行傳輸；同時，系統(tǒng)內部對所傳輸方向信息進行邏輯判斷，結合現(xiàn)有方向電路實現(xiàn)改方或輔助改方操作。本方案簡單易行，保持了原方向電路的控制臺及聯(lián)鎖接口，但仍需保留原方向電路的大部分繼電器。

3.2 微機化方向電路控制方案

區(qū)間自動閉塞方向邏輯控制由站間傳輸系統(tǒng)實現(xiàn)時，站間傳輸系統(tǒng)需獲得整個區(qū)間軌道電路占用/出清狀態(tài)，并能控制方向電路的切換，軌道電路編碼需獲得當前區(qū)間的方向。該方案的主要接口電路如下。

（1）與方向繼電器（FJ）的接口

方向繼電器采用JYXC-660型極性保持繼電器，在每個發(fā)車口設置1個，用于表示區(qū)間運行方向，并在站間傳輸系統(tǒng)故障時保持區(qū)間方向不變。

每個發(fā)車口設置2個改方繼電器（ZGFJ、FGFJ），采用JWXC-1700型繼電器，由站間信息安全傳輸系統(tǒng)控制。每個發(fā)車口的FJ由相應的改方繼電器帶動動作。同時站間傳輸系統(tǒng)實時采集各車口FJ的前后節(jié)點，對FJ的動作情況進行閉環(huán)檢查。

（2）與區(qū)段方向繼電器（QZJ、QFJ）的接口

每個軌道區(qū)段設置區(qū)段正向繼電器（QZJ）和區(qū)段反向繼電器（QFJ）各1個，采用JWXC-1700型繼電器，用于本軌道區(qū)段的發(fā)送、接收電纜切換及編碼方向的控制。區(qū)段方向繼電器由相應發(fā)車口的FJ帶動動作。

在改變方向時，為獲得區(qū)間每個軌道區(qū)段的發(fā)送、接收端是否成功轉換，站間信息安全傳輸系統(tǒng)需要采集每個進站口所有區(qū)間軌道的QZJ及QFJ前接點信息（前接點可以串聯(lián)后采集）。

（3）與軌道繼電器（QGJ）的接口

為了實現(xiàn)對區(qū)間方向的控制，站間信息傳輸系統(tǒng)需要獲得整個區(qū)間軌道電路占用/出清狀態(tài)。站間信息傳輸系統(tǒng)采集本站管轄范圍內的QGJ繼電器條件，通過光纜把QGJ狀態(tài)信息復示到對方站，同時接收鄰站的QGJ信息，從而獲得整個區(qū)間軌道電路占用/出清狀態(tài)。

該方案用數(shù)字方向邏輯取代原方向電路的繼電器邏輯，減少繼電器使用量，使得系統(tǒng)簡單、可行，代表了安全信息傳輸系統(tǒng)的發(fā)展方向。

4 現(xiàn)有安全信息傳輸設備的發(fā)展概況

目前，國內現(xiàn)有和正在研制的站間信息安全傳輸專用設備的廠家及其產品技術指標如表1所示。

表1 站間信息安全傳輸設備對照表

通過比較可以發(fā)現(xiàn)，站間信息安全傳輸專用設備在向高可靠性和大容量（輸入輸出開關量）的方向發(fā)展。另外，站間信息安全傳輸系統(tǒng)具有較大優(yōu)勢的性價比，以膠濟線濟南東（含）至即墨（不含）段為例，本段方向電路電纜投資約792萬元（平均每公里2.6萬元），若本段站間信息全部由光纜實現(xiàn)，平均每公里可節(jié)省投資約3.67萬元。

5 結論

通過分析，針對列車最高運行速度160 km/h及以下、無列控中心設備的新建或改建鐵路工程，或既有線提速200 km/h或250 km/h而列控中心維持既有功能的鐵路工程，推薦采用光纜通道的站間信息安全傳輸系統(tǒng)替代電纜通道的傳統(tǒng)站間聯(lián)系電路，完成站間自動閉塞方向電路控制和站間安全信息傳輸功能。既可降低工程投資，又可提高信號系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，從而實現(xiàn)電子化站間閉塞和站間聯(lián)系，推動信號系統(tǒng)向高度自動化、數(shù)字化、網(wǎng)絡化和集成化方向發(fā)展。

[1] 西門子信號有限公司.AzS（M）350 U型信息安全傳輸設備系統(tǒng)說明.西安：西門子信號有限公司，2007.

[2] 北京國正信安系統(tǒng)控制技術有限公司.WBS-C閉塞傳輸設備簡介.北京：北京國正信安系統(tǒng)控制技術有限公司，2008.