張文洲

(廣州地鐵集團(tuán)有限公司， 510145， 廣州∥工程師)

北京、上海、廣州等地的部分城市軌道交通線路運(yùn)營開通時(shí)間較長，其信號(hào)系統(tǒng)主要采用20世紀(jì)90年代的技術(shù)，已接近或達(dá)到生命周期年限，存在著信號(hào)系統(tǒng)可用性降低、故障率升高、維護(hù)成本增加等問題[1]。這些線路多為城市公共交通的重要骨干線路，其信號(hào)系統(tǒng)的制式和性能已不能滿足城市軌道交通線網(wǎng)發(fā)展對(duì)線路行車間隔、運(yùn)營效率等方面的要求。為了徹底解決信號(hào)系統(tǒng)設(shè)備老化問題，進(jìn)一步提升信號(hào)系統(tǒng)性能，提高線路運(yùn)營服務(wù)水平[2]，需要對(duì)這些線路的既有信號(hào)系統(tǒng)進(jìn)行更新改造。

在既有信號(hào)系統(tǒng)更新改造期間，為了盡量避免改造對(duì)線路運(yùn)營造成影響，應(yīng)對(duì)新系統(tǒng)與既有系統(tǒng)進(jìn)行完全隔離，即：在夜間進(jìn)行新系統(tǒng)的安裝及調(diào)試，在白天仍由既有系統(tǒng)保障線路的正常運(yùn)營。因此，在既有信號(hào)系統(tǒng)更新改造工程中需要設(shè)計(jì)專用的信號(hào)倒接裝置，以實(shí)現(xiàn)新、舊兩套系統(tǒng)共用的設(shè)備/接口能夠安全、快速倒接。信號(hào)倒接工作需要持續(xù)到新系統(tǒng)完成調(diào)試并正式投入運(yùn)營。

應(yīng)用倒接裝置實(shí)現(xiàn)既有系統(tǒng)與新系統(tǒng)間的倒接，國內(nèi)已有成功先例。相關(guān)論文對(duì)倒接開關(guān)電氣原理、施工接入及拆除[3]、倒接方案[4]、舊系統(tǒng)倒接的倒接電路[5]進(jìn)行了研究。本文根據(jù)廣州地鐵1號(hào)線信號(hào)系統(tǒng)更新改造工程的系統(tǒng)倒接方案，分析倒接裝置的設(shè)計(jì)原則、選型、工作原理及安裝方式，并結(jié)合工程實(shí)際研究論述了新、舊兩套系統(tǒng)對(duì)ZD6轉(zhuǎn)轍機(jī)的控制倒接方案。

1 倒接裝置的設(shè)計(jì)原則

與新建的城市軌道交通線路信號(hào)系統(tǒng)建設(shè)相比，既有線的信號(hào)系統(tǒng)更新改造工程存在實(shí)施周期長、夜間調(diào)試作業(yè)多(新系統(tǒng)調(diào)試均需要在夜間進(jìn)行)、實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)高等困難。為了降低項(xiàng)目的實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)，需要實(shí)現(xiàn)新、舊系統(tǒng)共用的設(shè)備/接口在兩套系統(tǒng)間安全、快速的倒接，不影響線路的正常運(yùn)營。為此，需要為既有線的信號(hào)系統(tǒng)更新改造工程設(shè)計(jì)專用的倒接裝置。通過倒接裝置，不僅可以實(shí)現(xiàn)既有系統(tǒng)與新系統(tǒng)的完全隔離、互不干擾，還可以有效縮短系統(tǒng)倒接時(shí)間、提高倒接的正確性和可靠性。倒接裝置應(yīng)按以下原則進(jìn)行設(shè)計(jì)：

1) 倒接裝置接入新、舊兩套系統(tǒng)，不會(huì)對(duì)信號(hào)系統(tǒng)的功能及安全性造成影響。

2) 倒接裝置有且只有兩種狀態(tài)，分別為“既有系統(tǒng)”和“新系統(tǒng)”兩種狀態(tài)。不管倒接裝置處于哪種狀態(tài)時(shí)，既有系統(tǒng)設(shè)備與新系統(tǒng)設(shè)備都處于電氣隔離狀態(tài)，從而確保兩套系統(tǒng)完全隔離、互不干擾。

3) 控制倒接裝置的應(yīng)用范圍以盡量減少倒接點(diǎn)為原則，以降低倒接作業(yè)的復(fù)雜度及風(fēng)險(xiǎn)。

4) 倒接裝置應(yīng)安裝在設(shè)備集中站信號(hào)設(shè)備房內(nèi)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)區(qū)域倒接設(shè)備的遠(yuǎn)程控制，提高倒接作業(yè)效率。

5) 倒接裝置應(yīng)采用插頭/插座的方式與新、舊兩套系統(tǒng)連接，以便于快速處理倒接裝置硬件故障。

6) 倒接裝置應(yīng)便于拆除，在新系統(tǒng)正式投入運(yùn)營后，應(yīng)盡早拆除倒接裝置，以徹底消除倒接裝置故障給運(yùn)營帶來的風(fēng)險(xiǎn)。

2 倒接裝置的選型和工作原理

基于新、舊兩套系統(tǒng)完全隔離、互不干擾的設(shè)計(jì)原則，倒接裝置應(yīng)具有強(qiáng)制導(dǎo)向接觸點(diǎn)結(jié)構(gòu)，且內(nèi)部多個(gè)接觸點(diǎn)不會(huì)同時(shí)處于導(dǎo)通狀態(tài)。安全型繼電器[6]內(nèi)部強(qiáng)制導(dǎo)向接觸點(diǎn)結(jié)構(gòu)及多個(gè)接觸點(diǎn)不會(huì)同時(shí)導(dǎo)通的特性，保證了新、舊兩套系統(tǒng)共用的設(shè)備/接口狀態(tài)對(duì)系統(tǒng)輸出的唯一性，可作為信號(hào)系統(tǒng)的倒接裝置。

選用安全型繼電器時(shí)，應(yīng)結(jié)合工程倒接方案，考慮倒接設(shè)備相關(guān)電氣參數(shù)，選擇適用的型號(hào)，如選用的安全繼電器工作電流應(yīng)大于需要倒接設(shè)備(如轉(zhuǎn)轍機(jī))的工作電流。

廣州地鐵1號(hào)線信號(hào)系統(tǒng)更新改造工程采用德國DOLD安全繼電器作為倒接裝置，其內(nèi)部電路如圖1所示。其中：① SSI_1至SSI_4為常閉接觸點(diǎn)端子，與既有系統(tǒng)相連接，繼電器失電時(shí)接觸點(diǎn)閉合，繼電器得電時(shí)接觸點(diǎn)斷開；② SICAS_1至SICAS_4為常開接觸點(diǎn)端子，與新系統(tǒng)相連接，繼電器失電時(shí)接觸點(diǎn)斷開，繼電器得電時(shí)接觸點(diǎn)閉合；③ 兩套系統(tǒng)共用設(shè)備(如轉(zhuǎn)轍機(jī)等)的“開關(guān)量”信號(hào)與安全繼電器Out_1至Out_4接觸點(diǎn)連接。

繼電器常閉接點(diǎn)(失電閉合)與既有系統(tǒng)連接，在繼電器失電狀態(tài)下，兩套系統(tǒng)共用的設(shè)備/接口與既有系統(tǒng)連接，保障白天線路正常運(yùn)營。繼電器常開接點(diǎn)與新系統(tǒng)連接，只有在夜間開展新系統(tǒng)調(diào)試時(shí)使繼電器得電，此時(shí)常閉接點(diǎn)斷開，常開接點(diǎn)閉合，兩套系統(tǒng)共用的設(shè)備/接口與新系統(tǒng)連接，進(jìn)行新系統(tǒng)調(diào)試。

注：GND——接地；NC——常閉接點(diǎn)。

若在新系統(tǒng)與既有系統(tǒng)倒接時(shí)，繼電器內(nèi)部任意1個(gè)或多個(gè)接觸點(diǎn)發(fā)生故障，則無法完成系統(tǒng)倒接。此時(shí)，在系統(tǒng)中會(huì)產(chǎn)生類似控制電路中斷的報(bào)警信息，在終端設(shè)備上無法對(duì)兩套系統(tǒng)共用的設(shè)備/接口進(jìn)行控制。技術(shù)人員更換繼電器故障件后，系統(tǒng)將恢復(fù)正常。

3 倒接裝置的安裝設(shè)計(jì)

倒接裝置需要安裝在專用的柜體內(nèi)，柜內(nèi)裝有電源引入端子、電源轉(zhuǎn)換模塊和多組接線端子。在機(jī)柜門上應(yīng)設(shè)置倒接開關(guān)，可通過倒接開關(guān)完成對(duì)機(jī)柜的上電或斷電操作，實(shí)現(xiàn)對(duì)柜內(nèi)所有倒接裝置的集中控制。

每個(gè)倒接裝置有5類接線端子，分別為接入接地線端子、電源線端子、連接既有系統(tǒng)的常閉接觸點(diǎn)端子、連接新系統(tǒng)的常開接觸點(diǎn)端子，以及連接共用設(shè)備的輸出接觸點(diǎn)端子。在工程實(shí)施配線階段需要對(duì)不同作用的線纜用顏色區(qū)分，作清晰的標(biāo)識(shí)。

如圖2所示，倒接裝置通過底座安裝在萬可端子上。每個(gè)萬可端子有2組接線孔，接線孔1與接線孔2內(nèi)部短接、接線孔3與接線孔4內(nèi)部短接。在倒接電路設(shè)計(jì)中，接線孔1和接線孔2連接導(dǎo)通，接線孔3和接線孔4連接導(dǎo)通。為了便于現(xiàn)場(chǎng)操作，通過不同萬可端子的接線孔1連接新系統(tǒng)/既有系統(tǒng)，通過接線孔4連接兩套系統(tǒng)共用的設(shè)備/接口的信號(hào)線纜。這樣的設(shè)計(jì)便于在新系統(tǒng)完成調(diào)試并正式投用后，對(duì)這些倒接裝置及相關(guān)連接線纜予以拆除。

根據(jù)倒接方案，確定倒接裝置的應(yīng)用范圍，核對(duì)需要進(jìn)行倒接的設(shè)備/接口的控制電路及相關(guān)線纜數(shù)量，進(jìn)而配置滿足倒接方案要求的倒接裝置及機(jī)柜尺寸。

注：數(shù)字為接線孔的編號(hào)。

4 轉(zhuǎn)轍機(jī)倒接方案

本文以該倒接工程的轉(zhuǎn)轍機(jī)倒接方案為例，對(duì)轉(zhuǎn)轍機(jī)在新系統(tǒng)與既有系統(tǒng)間的倒接電路和主要實(shí)施步驟進(jìn)行論述。根據(jù)倒接裝置設(shè)計(jì)及應(yīng)用原則，為提高倒接作業(yè)效率，將倒接裝置設(shè)置在設(shè)備集中的信號(hào)設(shè)備房內(nèi)，對(duì)區(qū)域內(nèi)需要倒接的設(shè)備/接口進(jìn)行集中式倒接操作。當(dāng)轉(zhuǎn)轍機(jī)室外電纜經(jīng)分線架接入倒接裝置后，轉(zhuǎn)轍機(jī)在新、舊兩套系統(tǒng)的倒接作業(yè)只需要操作倒接機(jī)柜上的倒接開關(guān)即可完成。

廣州地鐵1號(hào)線采用四線制單機(jī)牽引的直流ZD6轉(zhuǎn)轍機(jī)，其倒接電路原理如圖3所示。1臺(tái)直流ZD6轉(zhuǎn)轍機(jī)的倒接電路中需要配置2塊倒接裝置，其中：倒接裝置1連接既有電纜終端架4根轉(zhuǎn)轍機(jī)控制電纜，倒接裝置2連接轉(zhuǎn)轍機(jī)表示二極管。新系統(tǒng)轉(zhuǎn)轍機(jī)控制模塊可輸出直流電，所以新系統(tǒng)在轉(zhuǎn)轍機(jī)控制電路中不需要設(shè)置二極管，如圖3所示，倒接裝置2內(nèi)SICAS_1和SICAS_2短接導(dǎo)通。

注：數(shù)字表示接線端子編號(hào)。

圖3為倒接裝置接入既有系統(tǒng)后ZD6轉(zhuǎn)轍機(jī)與既有系統(tǒng)連接的狀態(tài)。此時(shí)，既有的室外轉(zhuǎn)轍機(jī)至室內(nèi)終端架的4根控制電纜已斷開。室外轉(zhuǎn)轍機(jī)通過新軌旁盒與倒接裝置連接，再通過倒接裝置分別與室內(nèi)既有電纜終端架和新電纜終端架連接。其中，既有電纜終端架與倒接裝置內(nèi)的常閉接觸點(diǎn)端子SSI_1至SSI_4連接，新電纜終端架與倒接裝置內(nèi)的常開接觸點(diǎn)端子SICAS_1至SICAS_4連接。

通過控制倒接裝置的斷電或得電，以實(shí)現(xiàn)兩套系統(tǒng)共用的轉(zhuǎn)轍機(jī)在既有系統(tǒng)與新系統(tǒng)之間的倒接。白天運(yùn)營時(shí)，倒接裝置斷電，既有系統(tǒng)對(duì)轉(zhuǎn)轍機(jī)進(jìn)行控制，保障正常運(yùn)營。夜間新系統(tǒng)調(diào)試期間，倒接裝置得電，新系統(tǒng)對(duì)轉(zhuǎn)轍機(jī)進(jìn)行控制，開展新系統(tǒng)調(diào)試工作。

通過倒接操作，新、舊兩套系統(tǒng)可分別對(duì)轉(zhuǎn)轍機(jī)進(jìn)行控制，為此需要將倒接裝置接入既有系統(tǒng)。其主要的實(shí)施步驟為：

1) 在倒接裝置接入既有系統(tǒng)前完成新軌旁盒、切換裝置的安裝，新軌旁盒至切換裝置Out接觸點(diǎn)端子的線纜、倒接裝置內(nèi)SICAS_1至SICAS_4常開觸點(diǎn)端子至新電纜終端架的線纜都需要完成敷設(shè)及配線。而新軌旁盒至轉(zhuǎn)轍機(jī)內(nèi)的線纜，以及倒接裝置內(nèi)SSI_1至SSI_4常閉接觸點(diǎn)端子至既有電纜終端架的線纜完成敷設(shè)后做好清晰的標(biāo)識(shí)即可，暫不需要進(jìn)行配線。另外，還需要完成倒接裝置的上電測(cè)試，確保倒接裝置狀態(tài)良好。

2) 在倒接裝置接入既有系統(tǒng)期間，需要斷開室外轉(zhuǎn)轍機(jī)內(nèi)部至既有軌旁盒的連接及既有軌旁盒至既有電纜終端架的連接，并接通室外轉(zhuǎn)轍機(jī)內(nèi)部至新軌旁盒的連接及倒接裝置內(nèi)SICAS_1至SICAS_4常開觸點(diǎn)端子至新電纜終端架的連接。每次至少更換1臺(tái)轉(zhuǎn)轍機(jī)所有控制線纜的相關(guān)配線，針對(duì)該臺(tái)轉(zhuǎn)轍機(jī)倒接裝置的配線、調(diào)試及啟用需要在同1個(gè)夜間作業(yè)點(diǎn)內(nèi)完成，以免影響次日的運(yùn)營。

3) 在倒接裝置接入既有系統(tǒng)后，需要在既有系統(tǒng)下通過室內(nèi)終端工作站、轉(zhuǎn)轍機(jī)控制模塊及室外轉(zhuǎn)轍機(jī)狀態(tài)來核對(duì)設(shè)備狀態(tài)的一致性。只有核對(duì)結(jié)果符合預(yù)期，才能投入次日的載客運(yùn)行。

在倒接裝置成功接入既有系統(tǒng)后，意味著倒接裝置正式投用，倒接裝置即時(shí)納入運(yùn)營管理，只有在運(yùn)營主管單位同意的情況下才能操作倒接裝置。在白天運(yùn)營期間，倒接開關(guān)處在“既有系統(tǒng)”狀態(tài)位置，保障正常運(yùn)營秩序。在夜間新系統(tǒng)調(diào)試時(shí)，倒接開關(guān)處在“新系統(tǒng)”狀態(tài)位置，開展新系統(tǒng)調(diào)試。當(dāng)新系統(tǒng)完成調(diào)試并正式投入運(yùn)營后，再逐步拆除倒接裝置及相關(guān)線纜。

5 結(jié)語

在城市軌道交通既有線路信號(hào)系統(tǒng)更新改造工程實(shí)施中，新系統(tǒng)與既有系統(tǒng)能否做到安全、快速的倒接是改造工程實(shí)施的關(guān)鍵之一。本文以廣州地鐵1號(hào)線信號(hào)系統(tǒng)更新改造工程為依托，從倒接裝置的設(shè)計(jì)及應(yīng)用原則、選型、工作電路原理進(jìn)行分析，并以ZD6轉(zhuǎn)轍機(jī)倒接方案為例，論述了轉(zhuǎn)轍機(jī)實(shí)現(xiàn)新、舊兩套系統(tǒng)間的倒接方式及主要實(shí)施步驟，可為國內(nèi)開通運(yùn)營較早且有計(jì)劃進(jìn)行信號(hào)系統(tǒng)更新改造的線路(如廣州地鐵的2號(hào)線和3號(hào)線)提供參考。