信號(hào)補(bǔ)碼電路設(shè)計(jì)

倪建軍

近年來(lái)，隨著列車(chē)運(yùn)行速度和運(yùn)輸需求的不斷提高，CTCS-2級(jí)和CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)都已得到廣泛應(yīng)用，傳統(tǒng)的電碼化實(shí)施范圍也相應(yīng)發(fā)生了改變。鐵路信號(hào)設(shè)計(jì)規(guī)范（TB 10007—2017）規(guī)定，CTCS-2級(jí)、CTCS-3級(jí)區(qū)段僅運(yùn)行動(dòng)車(chē)組列車(chē)進(jìn)路（經(jīng)由復(fù)式交分道岔的進(jìn)路除外）的電碼化設(shè)計(jì)，應(yīng)符合：①宜設(shè)計(jì)車(chē)站接發(fā)車(chē)進(jìn)路電碼化；②進(jìn)站信號(hào)機(jī)、進(jìn)路信號(hào)機(jī)、出站信號(hào)機(jī)、通過(guò)信號(hào)機(jī)或閉塞分區(qū)信號(hào)標(biāo)志牌的接近發(fā)碼起點(diǎn)，應(yīng)符合按設(shè)計(jì)速度運(yùn)行的列車(chē)采用最大常用制動(dòng)至本信號(hào)機(jī)或標(biāo)志牌停車(chē)的要求［1～4］。

在工程設(shè)計(jì)中，離去區(qū)段長(zhǎng)度受站場(chǎng)和線(xiàn)路布局及行車(chē)布點(diǎn)限制，長(zhǎng)度不滿(mǎn)足上述第②條的情況時(shí)有發(fā)生，側(cè)向發(fā)車(chē)進(jìn)路需要補(bǔ)碼。此外，僅開(kāi)行普速列車(chē)的C0車(chē)站，運(yùn)輸部門(mén)基于運(yùn)量和運(yùn)輸效率方面的考慮，有時(shí)也會(huì)要求側(cè)向發(fā)車(chē)進(jìn)路補(bǔ)碼。

1 需采用補(bǔ)碼電路的場(chǎng)景

1）如圖1所示，配置有CTCS-2級(jí)列控系統(tǒng)的車(chē)站，采用了25 Hz相敏軌道電路疊加ZPW-2000A四線(xiàn)制電碼化，由列控中心編碼。辦理至XA或XB的側(cè)向發(fā)車(chē)進(jìn)路時(shí)，由于Q9G和Q10G分別為257 m和255 m，通過(guò)信號(hào)機(jī)的接近發(fā)碼起點(diǎn)，不滿(mǎn)足按設(shè)計(jì)速度運(yùn)行的列車(chē)采用最大常用制動(dòng)至本信號(hào)機(jī)停車(chē)的要求，則需延長(zhǎng)發(fā)碼區(qū)段。經(jīng)行車(chē)專(zhuān)業(yè)計(jì)算，Q9G應(yīng)延長(zhǎng)到1DG，Q10G應(yīng)延長(zhǎng)到3DG，才可保證行車(chē)安全。

2）如圖2所示，既有改造車(chē)站由于站型變化較大，新設(shè)冗余型二乘二取二計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖，采用了25 Hz相敏軌道電路疊加ZPW-2000A二線(xiàn)制電碼化。S和SN進(jìn)站信號(hào)機(jī)外方區(qū)間為既有，閉塞分區(qū)維持現(xiàn)狀。SN進(jìn)站信號(hào)機(jī)調(diào)整位置后，X1LQG長(zhǎng)度為754 m。辦理XX至SN、XZ至SN或XN至SN的側(cè)向發(fā)車(chē)進(jìn)路，則該進(jìn)路上的區(qū)段可不實(shí)施電碼化。但由于SNBG長(zhǎng)度為550 m，且該站作業(yè)需求量大，為了提高通行效率，運(yùn)輸部門(mén)要求以上發(fā)車(chē)進(jìn)路在壓入SNBG時(shí)就提前發(fā)碼?？紤]計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖軟件已經(jīng)先于增加補(bǔ)碼電路修改完成，只能按不增加驅(qū)動(dòng)和采集信息開(kāi)展設(shè)計(jì)。

圖1 甲站局部平面布置示意圖

圖2 乙站局部平面布置示意圖

2 解決方案

2.1 場(chǎng)景一

該場(chǎng)景由列控中心驅(qū)動(dòng)BMJ。辦理至XA的側(cè)向發(fā)車(chē)進(jìn)路，進(jìn)路建立，且出站信號(hào)機(jī)開(kāi)放后，XA BMJ勵(lì)磁吸起；列車(chē)出清AG后，XA BMJ失磁落下。XB BMJ的勵(lì)磁和落下時(shí)機(jī)類(lèi)似。

辦理向XA的側(cè)向發(fā)車(chē)進(jìn)路時(shí)，需要區(qū)分1號(hào)道岔直向和側(cè)向2種情況。設(shè)計(jì)時(shí)在1DG GCJ外方串接2組1/3DBJ接點(diǎn)，1/3DBJ↑表示是經(jīng)過(guò)1/9G的側(cè)向發(fā)車(chē)進(jìn)路，1/3DBJ↓表示是經(jīng)過(guò)1/3渡線(xiàn)的側(cè)向發(fā)車(chē)進(jìn)路，如圖3所示。

由于向XA口的發(fā)車(chē)進(jìn)路均為側(cè)向，本身沒(méi)有疊加電碼化，故本次補(bǔ)碼電路均為新設(shè)，電路原理和XB口相似，不再詳述。XB至ⅧG的接車(chē)進(jìn)路和SⅧ至XB的發(fā)車(chē)進(jìn)路均疊加了電碼化，設(shè)計(jì)時(shí)二者合用了發(fā)送器和防雷匹配單元。增加補(bǔ)碼電路有2個(gè)比選方案。

方案一：與SⅧFM/XBJM合用發(fā)送器和防雷匹配單元，如圖4所示。在11-13DG FCJ和3DG FCJ之間串接2組3DG GCJ，達(dá)到區(qū)分并選擇防雷匹配至室外設(shè)備的目的。在SⅧFMJ的后接點(diǎn)串接2組XB BMJ，可選擇發(fā)送器。這樣對(duì)原有電路改動(dòng)較小，原理也較清晰。但存在如下風(fēng)險(xiǎn)：由于11-13DG和17-21DG總長(zhǎng)度為240 m，辦理XB至Ⅷ的短編列車(chē)接車(chē)進(jìn)路時(shí)，因列車(chē)速度較慢，已經(jīng)出清5DG但并未壓入ⅧG時(shí)，發(fā)送器依然在正常發(fā)送接車(chē)進(jìn)路的HU碼［5］，此時(shí)，3DG和5DG已經(jīng)解鎖，值班員可以辦理SⅠ至XB的側(cè)向發(fā)車(chē)進(jìn)路，在XB BMJ勵(lì)磁吸起后，接通發(fā)送器和防雷匹配單元之間的通路，從而切斷XB至SⅧ接車(chē)進(jìn)路的發(fā)碼通道，列車(chē)由接收HU碼變?yōu)闊o(wú)碼，給列車(chē)運(yùn)行造成干擾。

綜上所述，該方案不能完全避免XB至ⅧG的短編列車(chē)接車(chē)進(jìn)路和SⅠ至XB的側(cè)向發(fā)車(chē)進(jìn)路同時(shí)使用SⅧFM/XBJM發(fā)送器。雖然此種情況發(fā)生的概率極低，但不符合電路使用唯一性和導(dǎo)向安全性的要求，工程設(shè)計(jì)時(shí)容易忽略。

方案二：補(bǔ)碼電路與SⅧFM/XBJM分設(shè)發(fā)送器和防雷匹配單元，如圖5所示。在3DG FCJ處并接2組3DG GCJ，利用原有電碼化電路的調(diào)整電阻和室外設(shè)備。該方案分界明確，設(shè)備使用清晰，在工程中已經(jīng)實(shí)際應(yīng)用且使用良好。

圖3 XA BMJ和XB BMJ勵(lì)磁電路和自保電路

2.2 場(chǎng)景二

方案一，不設(shè)置補(bǔ)碼繼電器BMJ，在既有XFM電碼化電路上修改。如圖6所示，實(shí)線(xiàn)框內(nèi)為修改部分，即將XFMJ從防雷匹配單元和發(fā)送器之間，移至FCJ和防雷匹配單元之間，并在XFMJ后接點(diǎn)串接2組SNBGJ。辦理XX至SN、XZ至SN或XN至SN的側(cè)向發(fā)車(chē)進(jìn)路，且列車(chē)運(yùn)行至SNBG時(shí)，XFMJ保持落下，SNBGJ↓，通過(guò)室內(nèi)隔離盒接至室外，機(jī)車(chē)信號(hào)可以正常運(yùn)行。

該方案的優(yōu)點(diǎn)：對(duì)正線(xiàn)電碼化改動(dòng)較少，不增加繼電器，通過(guò)XFMJ即可區(qū)分X至SN的直向進(jìn)路和以上3條側(cè)向發(fā)車(chē)進(jìn)路。缺點(diǎn)：①SNBG僅能實(shí)現(xiàn)壓入發(fā)碼，縮短了壓入SNBG區(qū)段時(shí)的發(fā)碼時(shí)機(jī)；②無(wú)法區(qū)分發(fā)碼方向，辦理SN至XN或SN至XZ的反向發(fā)車(chē)進(jìn)路時(shí)，列車(chē)壓入SNBG時(shí)應(yīng)無(wú)碼，但該電路仍會(huì)連通上述發(fā)碼回路，列車(chē)有可能收到XFM發(fā)送器的干擾碼，不能可靠保證安全［6］。

圖4 XB增加補(bǔ)碼電路修改圖1

圖5 XB增加補(bǔ)碼電路修改圖2

為此，該電路需增加切碼繼電器來(lái)解決缺點(diǎn)②，但會(huì)增加電路的復(fù)雜性，還不能克服缺點(diǎn)①，故不選擇該方案。

方案二，設(shè)置BMJ和軌道傳輸繼電器GCJ，實(shí)現(xiàn)預(yù)發(fā)碼功能和發(fā)碼方向的區(qū)分。如圖7所示，按進(jìn)路分別設(shè)置BMJ1、BMJ2和BMJ3。如BMJ2設(shè)有勵(lì)磁電路和自保電路，辦理XZ至SN的側(cè)向發(fā)車(chē)進(jìn)路，信號(hào)開(kāi)放LXJ↑，且進(jìn)路上道岔處于相應(yīng)的位置，軌道區(qū)段空閑，BMJ2↑。為了區(qū)分進(jìn)路，該電路采用了XZLXJ和2/4FBJ作為勵(lì)磁條件。在列車(chē)駛?cè)隭Z所防護(hù)的區(qū)段8DG至列車(chē)壓入X1LQG期間，各軌道區(qū)段的GJ依次落下，接通BMJ2的自保電路，當(dāng)列車(chē)壓入X1LQG時(shí)，該自保電路被切斷。

為防止輕車(chē)跳動(dòng)或軌道電路分路不良，導(dǎo)致GJ瞬間吸起又落下［9］，出現(xiàn)機(jī)車(chē)信號(hào)閃碼的現(xiàn)象，需要增加BMJ2的緩放功能?？刹捎肦C電路并接至BMJ2的1和4線(xiàn)圈兩側(cè)，通過(guò)繼電器的通/斷電，對(duì)電容C進(jìn)行充/放，以達(dá)到繼電器緩放功能［7-8］。

如圖8所示，由于3條側(cè)向發(fā)車(chē)進(jìn)路同時(shí)僅能辦理一條，設(shè)計(jì)時(shí)將BMJ1、BMJ2和BMJ3并聯(lián)，任意一個(gè)吸起均會(huì)接通GCJ的KZ。當(dāng)列車(chē)壓入2-10 DG時(shí)，通過(guò)GCJ的1、2線(xiàn)圈接通KF，GCJ即可勵(lì)磁吸起；列車(chē)壓入SNBG時(shí)，通過(guò)GGJ的3、4線(xiàn)圈接通KF保持吸起；當(dāng)列車(chē)壓入X1LQG后，BMJ緩放落下，GCJ隨之落下。如圖8實(shí)線(xiàn)框內(nèi)所示，將GCJ串接至SNBGFCJ后方，利用GCJ↑，SNBGFCJ↓接通防雷匹配單元和室內(nèi)隔離盒，實(shí)現(xiàn)了預(yù)發(fā)碼的功能。

發(fā)送器和防雷匹配單元之間的選用邏輯：通過(guò)XFMJ↑選擇X至SN的直向發(fā)車(chē)進(jìn)路，通過(guò)XFMJ↓，BMJ1↑、BMJ2↑或BMJ3↑分別選擇XX至SN、XZ至SN或XN至SN的側(cè)向發(fā)車(chē)進(jìn)路。

圖6 XFM電碼化及補(bǔ)碼電路圖

圖7 BMJ勵(lì)磁電路和自保電路圖

圖8 GCJ勵(lì)磁電路圖及XFM電碼化和補(bǔ)碼電路圖

3 對(duì)信號(hào)設(shè)計(jì)人員的建議

由于信號(hào)專(zhuān)業(yè)圖紙具有連帶性、關(guān)聯(lián)性、整體性和繁瑣性等特點(diǎn)，不僅受站場(chǎng)專(zhuān)業(yè)、線(xiàn)路專(zhuān)業(yè)和行車(chē)專(zhuān)業(yè)等限制，而且使用和運(yùn)營(yíng)維護(hù)單位的特殊和個(gè)性化需求逐漸增多，補(bǔ)碼情況在工程設(shè)計(jì)中時(shí)有發(fā)生。針對(duì)此種情況，對(duì)信號(hào)設(shè)計(jì)人員提出如下幾條建議。

1）設(shè)計(jì)施工圖前，積極與運(yùn)輸部門(mén)和電務(wù)部門(mén)溝通，了解其特殊需求，一并納入施工圖設(shè)計(jì)，避免后期反復(fù)。

2）收到站場(chǎng)布置圖和線(xiàn)路布置圖后，積極與行車(chē)專(zhuān)業(yè)溝通，合理布點(diǎn)，盡量避免離去區(qū)段過(guò)短。

3）補(bǔ)碼不可避免時(shí)，建議優(yōu)先采用計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖軟件或列控中心軟件驅(qū)動(dòng)BMJ的方式，可以大幅度減少繼電電路，節(jié)約投資。

4）當(dāng)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖軟件和列控中心軟件已經(jīng)發(fā)布或其余改造工程不涉及修改軟件時(shí)，為避免修改軟件影響工期或影響既有運(yùn)營(yíng)線(xiàn)路，建議采用繼電電路搭接BMJ。

5）增加補(bǔ)碼電路時(shí)，不能影響原有的電碼化電路［9］。應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注發(fā)送器和通道的設(shè)置，避免同時(shí)使用發(fā)送器或共用通道的情況發(fā)生。

6）電路設(shè)計(jì)必須符合故障導(dǎo)向安全的原則，采取閉合電路法設(shè)計(jì)，當(dāng)發(fā)生斷線(xiàn)故障時(shí)繼電器應(yīng)可靠落下［10］。本文所用電路均符合本原則。

4 總結(jié)

介紹了補(bǔ)碼電路的實(shí)施情況，通過(guò)2個(gè)典型場(chǎng)景的實(shí)施方案，分析了電路邏輯，并重點(diǎn)介紹了容易忽略的3個(gè)問(wèn)題：發(fā)送器和通道選擇重疊、不能實(shí)現(xiàn)預(yù)發(fā)碼，及不能明確區(qū)分發(fā)碼方向。期望信號(hào)設(shè)計(jì)人員通過(guò)前期工作和與相關(guān)專(zhuān)業(yè)溝通，簡(jiǎn)化甚至避免補(bǔ)碼電路的設(shè)計(jì)，合理選擇補(bǔ)碼電路。