交流轉(zhuǎn)轍機全電子執(zhí)行單元監(jiān)測數(shù)據(jù)采集功能的實現(xiàn)方案

張春瓏

（中鐵第一勘察設(shè)計院集團有限公司，陜西 西安 710043）

1 項目背景

黃大鐵路車站設(shè)置CTC 行車指揮系統(tǒng)、聯(lián)鎖系統(tǒng)、微機監(jiān)測系統(tǒng)、防雷系統(tǒng)等信號設(shè)備。聯(lián)鎖系統(tǒng)采用安全冗余型計算機聯(lián)鎖設(shè)備，97 型25Hz 相敏軌道電路，信號機采用鋁合金機構(gòu)LED 發(fā)光盤，道岔配置三相交流電液轉(zhuǎn)轍設(shè)備。閉塞、聯(lián)鎖系統(tǒng)及機車信號地面編碼電路等的室內(nèi)執(zhí)行部分均采用全電子執(zhí)行單元。

全電子執(zhí)行子系統(tǒng)由電子執(zhí)行單元、光端機、機柜組成，執(zhí)行單元分為上下行咽喉執(zhí)行機，全電子化執(zhí)行單元由道岔模塊、信號模塊、軌道模塊、其他模塊等組成。模塊采用無觸點式控制技術(shù)，具有過載和負載短路自動保護功能，取消了電路熔絲，故障排除后自動恢復(fù)；模塊具有電源監(jiān)測功能，能夠有效判斷出電源斷相、相序錯誤等故障并及時報警；模塊支持熱插拔，允許用戶不間斷系統(tǒng)進行更換。

微機監(jiān)測系統(tǒng)執(zhí)行《鐵路信號集中監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)條件》（運基信號[2010]709 號）。在黃大電務(wù)公司所在地東營西新建微機監(jiān)測中心，在東營西、無棣電務(wù)工隊設(shè)車間機，聯(lián)網(wǎng)至東營西基地監(jiān)測中心，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化管理。監(jiān)測本線的聯(lián)鎖、閉塞、CTC、智能電源屏、計軸、電碼化等信號設(shè)備，實現(xiàn)信號設(shè)備運用過程中數(shù)據(jù)的動態(tài)實時的監(jiān)測、記錄、統(tǒng)計分析。

2 目前狀況

根據(jù)《鐵路信號集中監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)條件》（運基信號【2010】709 號）文第 5.1.4.2.2 條：“交流轉(zhuǎn)轍機監(jiān)測內(nèi)容：道岔轉(zhuǎn)換過程中轉(zhuǎn)轍機動作功率、電流、動作時間、轉(zhuǎn)換方向。”第5.1.4.2.3 條：“監(jiān)測點：電壓采樣在斷相保護器輸入端，電流采樣在斷相保護器輸出端?！?/p>

三相交流轉(zhuǎn)轍機動作功率采集，需同時采集道岔交流轉(zhuǎn)轍機的三相電壓和三相電流，然后計算功率數(shù)值。在繼電電路作為執(zhí)行部分的計算機聯(lián)鎖車站中，微機監(jiān)測系統(tǒng)對交流道岔繼電控制電路的輔助組合進行了以下修改：

為了獲得交流道岔轉(zhuǎn)換過程中轉(zhuǎn)轍機動作功率，在道岔輔助組合第11 位增加設(shè)置了交流轉(zhuǎn)轍機功率采集器，采集斷相保護器輸入端11、31、51 上的電壓，同時將轉(zhuǎn)轍機交流電源屏380V 電壓的中心線配到監(jiān)測采集組合，用作三相電源的相電壓采集參考信號。

為了監(jiān)測交流轉(zhuǎn)轍機電流，在道岔輔助組合背面繼電器7，8 之間設(shè)置了交流轉(zhuǎn)轍機電流采集傳感器，電流采集穿芯線與原組合配線相同，斷開原有DBQ 與1DQJ/1DQJF 之間的啟動線，按照順序穿過互感器后恢復(fù)配線，采集斷相保護器輸出端電流。

圖1 繼電控制電路的三相交流道岔功率采集電路原理圖

圖2 JDF/JDFI/JDFII/TDF 組合背面采集模塊安裝示意圖

為了監(jiān)測道岔動作的起始和結(jié)束時間，以繪制完整的道岔曲線，在道岔輔助組合背面繼電器1，2 之間設(shè)置了轉(zhuǎn)轍機開關(guān)量采集器采集道岔1DQJ/1DQJF 的動作狀態(tài)；當(dāng)?shù)啦聿粍幼鲿r，1DQJ/1DQJF 落下，采集模塊4 和5之間的回路處于閉合狀態(tài)，此時模塊端子3 上有12V 電壓輸出到采集單元。當(dāng)?shù)啦韯幼鲿r，1DQJ/1DQJF 吸起，采集模塊4 和5 之間的回路斷開，模塊端子3 至采集單元的12V 電壓消失，監(jiān)測程序以此判斷道岔開始轉(zhuǎn)動。當(dāng)?shù)啦韯幼鹘Y(jié)束時，1DQJ/1DQJF 落下，采集模塊4 和5 之間的回路重新閉合，模塊端子3 至采集單元的12V 電壓恢復(fù)，監(jiān)測程序以此判斷道岔轉(zhuǎn)動結(jié)束。

為了監(jiān)測轉(zhuǎn)換方向，采集了道岔輔助組合DBJ、FBJ 分表示狀態(tài)，并采集了位于分線盤處對應(yīng)道岔的定位、反位表示交直流電壓。

繼電控制電路的三相交流道岔功率采集電路原理如圖1 所示，采用采集模塊安裝JDF/JDFI/JDFII/TDF 組合背面的實施方案，如圖2所示。

3 存在的問題

現(xiàn)黃大線信號工程采用電子執(zhí)行單元代替繼電器作為聯(lián)鎖設(shè)備的執(zhí)行部分，微機監(jiān)測廠家不能再比照繼電電路自行采集相關(guān)繼電器接點獲得所需信息。通過電子執(zhí)行單元維護主機為微機監(jiān)測系統(tǒng)提供模塊監(jiān)測信息，維護主機提供一個標(biāo)準(zhǔn)通信接口，可將信號點燈、實時測量的軌道電壓值、道岔的動作情況及電流曲線傳至微機監(jiān)測系統(tǒng)；模塊具備自檢、報警功能，模塊的工作狀態(tài)可傳至微機監(jiān)測系統(tǒng)。接口如圖3 所示。

本項目也采用三相交流五線制控制電液轉(zhuǎn)轍機，道岔采用多機牽引，三相交流轉(zhuǎn)轍機的參數(shù)跟實時狀態(tài)和時序相關(guān)，現(xiàn)有全電子執(zhí)行單元沒有處理這部分信息的功能，因此傳輸?shù)谋O(jiān)測信息中沒有三相交流轉(zhuǎn)轍機動作的功率等相關(guān)數(shù)據(jù)。該工程前的采用全電子執(zhí)行單元的線路車站多采用直流轉(zhuǎn)轍機，未遇過到此問題。

圖3 微機監(jiān)測和全電子執(zhí)行單元采集原理圖

圖4 五線制道岔控制結(jié)構(gòu)示意圖

圖5 五線制道岔表示結(jié)構(gòu)示意圖

4 改進方案

為滿足《鐵路車站計算機聯(lián)鎖技術(shù)條件》（TB/T 3027-2015）具體條文內(nèi)容“13.5 電子執(zhí)行單元宜具備室外信號設(shè)備運行參數(shù)的采集功能，采集到的參數(shù)可通過通信通道傳送到信號集中監(jiān)測等其他設(shè)備”的要求，全電子執(zhí)行單元模塊利用自身模塊采集驅(qū)動原理及程序設(shè)定原理，即五線制全電子道岔模塊驅(qū)動交流五線制轉(zhuǎn)轍機，由執(zhí)行聯(lián)鎖機下發(fā)控制命令來控制道岔的轉(zhuǎn)動，并實時監(jiān)測道岔的表示狀態(tài)。采用交替采集定位及反位信號方式，形成動態(tài)采集波形，通過全電子執(zhí)行單元維護機監(jiān)測通道查看表示電壓，交替采集處于定位（或反位）正半波-負半波表示電壓大于30V，四開或相反位置狀態(tài)表示電壓小于20V。根據(jù)交流五線制道岔采集道岔模塊定位反位的正弦波、負弦波數(shù)值，推導(dǎo)并采用合適電壓數(shù)值公式，利用程序設(shè)定計算后得出電壓值。在電路中增加定反位自閉檢測電路及三相電流檢測元件如圖4 所示，增加定反位電流組合元件如圖5 所示，軟硬件共同實現(xiàn)道岔動作電流曲線、動作電流平均值、動作功率、動作時間和轉(zhuǎn)換方向的監(jiān)測，通過CAN 通信口傳送至全電子執(zhí)行單元維護機，再由維護機再經(jīng)以太網(wǎng)口提供給微機監(jiān)測設(shè)備使用。

本方案同時新增了過流和短路自動保護功能，過流后有60s 的停止輸出保護，新增了擠岔保護功能及輸入電源檢查功能，能夠檢查輸入的三相電源電壓過高、過低、缺相、逆相等故障，報警并停止輸出。

5 應(yīng)用意義

通過理論分析、設(shè)備功能開發(fā)，以及現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)驗證，及時調(diào)整完善了設(shè)計方案，滿足了現(xiàn)場信號設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測功能需求，實現(xiàn)了信號設(shè)備管理、發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱患、分析設(shè)備故障原因、輔助故障處理的監(jiān)測功能，指導(dǎo)現(xiàn)場維修，提高電務(wù)部門維護效率，進而有效保障了行車安全。本文所述技術(shù)方案已應(yīng)用于墩格鐵路改建工程，同時為后續(xù)類似工程或技術(shù)問題提供可借鑒、有價值的工程技術(shù)案例。