張文洲

(廣州地鐵集團有限公司， 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營開通時間較長，其信號系統(tǒng)主要采用20世紀90年代的技術(shù)，已接近或達到生命周期年限，存在著信號系統(tǒng)可用性降低、故障率升高、維護成本增加等問題[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)展對線路行車間隔、運營效率等方面的要求。為了徹底解決信號系統(tǒng)設(shè)備老化問題，進一步提升信號系統(tǒng)性能，提高線路運營服務(wù)水平[2]，需要對這些線路的既有信號系統(tǒng)進行更新改造。

在既有信號系統(tǒng)更新改造期間，為了盡量避免改造對線路運營造成影響，應(yīng)對新系統(tǒng)與既有系統(tǒng)進行完全隔離，即：在夜間進行新系統(tǒng)的安裝及調(diào)試，在白天仍由既有系統(tǒng)保障線路的正常運營。因此，在既有信號系統(tǒng)更新改造工程中需要設(shè)計專用的信號倒接裝置，以實現(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)試并正式投入運營。

應(yīng)用倒接裝置實現(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]進行了研究。本文根據(jù)廣州地鐵1號線信號系統(tǒng)更新改造工程的系統(tǒng)倒接方案，分析倒接裝置的設(shè)計原則、選型、工作原理及安裝方式，并結(jié)合工程實際研究論述了新、舊兩套系統(tǒng)對ZD6轉(zhuǎn)轍機的控制倒接方案。

1 倒接裝置的設(shè)計原則

與新建的城市軌道交通線路信號系統(tǒng)建設(shè)相比，既有線的信號系統(tǒng)更新改造工程存在實施周期長、夜間調(diào)試作業(yè)多(新系統(tǒng)調(diào)試均需要在夜間進行)、實施風(fēng)險高等困難。為了降低項目的實施風(fēng)險，需要實現(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營。為此，需要為既有線的信號系統(tǒng)更新改造工程設(shè)計專用的倒接裝置。通過倒接裝置，不僅可以實現(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)按以下原則進行設(shè)計：

1) 倒接裝置接入新、舊兩套系統(tǒng)，不會對信號系統(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，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為原則，以降低倒接作業(yè)的復(fù)雜度及風(fēng)險。

4) 倒接裝置應(yīng)安裝在設(shè)備集中站信號設(shè)備房內(nèi)，以實現(xiàn)對區(qū)域倒接設(shè)備的遠程控制，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營帶來的風(fēng)險。

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)計原則，倒接裝置應(yīng)具有強制導(dǎo)向接觸點結(jié)構(gòu)，且內(nèi)部多個接觸點不會同時處于導(dǎo)通狀態(tài)。安全型繼電器[6]內(nèi)部強制導(dǎo)向接觸點結(jié)構(gòu)及多個接觸點不會同時導(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)對系統(tǒng)輸出的唯一性，可作為信號系統(tǒng)的倒接裝置。

選用安全型繼電器時，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，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)的工作電流。

廣州地鐵1號線信號系統(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為常閉接觸點端子，與既有系統(tǒng)相連接，繼電器失電時接觸點閉合，繼電器得電時接觸點斷開；② SICAS_1至SICAS_4為常開接觸點端子，與新系統(tǒng)相連接，繼電器失電時接觸點斷開，繼電器得電時接觸點閉合；③ 兩套系統(tǒng)共用設(shè)備(如轉(zhuǎn)轍機等)的“開關(guān)量”信號與安全繼電器Out_1至Out_4接觸點連接。

繼電器常閉接點(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營。繼電器常開接點與新系統(tǒng)連接，只有在夜間開展新系統(tǒng)調(diào)試時使繼電器得電，此時常閉接點斷開，常開接點閉合，兩套系統(tǒng)共用的設(shè)備/接口與新系統(tǒng)連接，進行新系統(tǒng)調(diào)試。

注：GND——接地；NC——常閉接點。

若在新系統(tǒng)與既有系統(tǒng)倒接時，繼電器內(nèi)部任意1個或多個接觸點發(fā)生故障，則無法完成系統(tǒng)倒接。此時，在系統(tǒng)中會產(chǎn)生類似控制電路中斷的報警信息，在終端設(shè)備上無法對兩套系統(tǒng)共用的設(shè)備/接口進行控制。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

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。在機柜門上應(yīng)設(shè)置倒接開關(guān)，可通過倒接開關(guān)完成對機柜的上電或斷電操作，實現(xiàn)對柜內(nèi)所有倒接裝置的集中控制。

每個倒接裝置有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)的常閉接觸點端子、連接新系統(tǒng)的常開接觸點端子，以及連接共用設(shè)備的輸出接觸點端子。在工程實施配線階段需要對不同作用的線纜用顏色區(qū)分，作清晰的標識。

如圖2所示，倒接裝置通過底座安裝在萬可端子上。每個萬可端子有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/接口的信號線纜。這樣的設(shè)計便于在新系統(tǒng)完成調(diào)試并正式投用后，對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，核對需要進行倒接的設(shè)備/接口的控制電路及相關(guān)線纜數(shù)量，進而配置滿足倒接方案要求的倒接裝置及機柜尺寸。

注：數(shù)字為接線孔的編號。

4 轉(zhuǎn)轍機倒接方案

本文以該倒接工程的轉(zhuǎn)轍機倒接方案為例，對轉(zhuǎn)轍機在新系統(tǒng)與既有系統(tǒng)間的倒接電路和主要實施步驟進行論述。根據(jù)倒接裝置設(shè)計及應(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)備集中的信號設(shè)備房內(nèi)，對區(qū)域內(nèi)需要倒接的設(shè)備/接口進行集中式倒接操作。當(dāng)轉(zhuǎn)轍機室外電纜經(jīng)分線架接入倒接裝置后，轉(zhuǎn)轍機在新、舊兩套系統(tǒng)的倒接作業(yè)只需要操作倒接機柜上的倒接開關(guān)即可完成。

廣州地鐵1號線采用四線制單機牽引的直流ZD6轉(zhuǎn)轍機，其倒接電路原理如圖3所示。1臺直流ZD6轉(zhuǎn)轍機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)轍機控制電纜，倒接裝置2連接轉(zhuǎn)轍機表示二極管。新系統(tǒng)轉(zhuǎn)轍機控制模塊可輸出直流電，所以新系統(tǒng)在轉(zhuǎn)轍機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。

圖3為倒接裝置接入既有系統(tǒng)后ZD6轉(zhuǎn)轍機與既有系統(tǒng)連接的狀態(tài)。此時，既有的室外轉(zhuǎn)轍機至室內(nèi)終端架的4根控制電纜已斷開。室外轉(zhuǎn)轍機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，以實現(xiàn)兩套系統(tǒng)共用的轉(zhuǎn)轍機在既有系統(tǒng)與新系統(tǒng)之間的倒接。白天運營時，倒接裝置斷電，既有系統(tǒng)對轉(zhuǎn)轍機進行控制，保障正常運營。夜間新系統(tǒng)調(diào)試期間，倒接裝置得電，新系統(tǒng)對轉(zhuǎn)轍機進行控制，開展新系統(tǒng)調(diào)試工作。

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

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接觸點端子的線纜、倒接裝置內(nèi)SICAS_1至SICAS_4常開觸點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)轍機內(nèi)的線纜，以及倒接裝置內(nèi)SSI_1至SSI_4常閉接觸點端子至既有電纜終端架的線纜完成敷設(shè)后做好清晰的標識即可，暫不需要進行配線。另外，還需要完成倒接裝置的上電測試，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常開觸點端子至新電纜終端架的連接。每次至少更換1臺轉(zhuǎn)轍機所有控制線纜的相關(guān)配線，針對該臺轉(zhuǎn)轍機倒接裝置的配線、調(diào)試及啟用需要在同1個夜間作業(yè)點內(nèi)完成，以免影響次日的運營。

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)轍機控制模塊及室外轉(zhuǎn)轍機狀態(tài)來核對設(shè)備狀態(tài)的一致性。只有核對結(jié)果符合預(yù)期，才能投入次日的載客運行。

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，倒接裝置即時納入運營管理，只有在運營主管單位同意的情況下才能操作倒接裝置。在白天運營期間，倒接開關(guān)處在“既有系統(tǒng)”狀態(tài)位置，保障正常運營秩序。在夜間新系統(tǒng)調(diào)試時，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系統(tǒng)更新改造工程實施中，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施的關(guān)鍵之一。本文以廣州地鐵1號線信號系統(tǒng)更新改造工程為依托，從倒接裝置的設(shè)計及應(yīng)用原則、選型、工作電路原理進行分析，并以ZD6轉(zhuǎn)轍機倒接方案為例，論述了轉(zhuǎn)轍機實現(xiàn)新、舊兩套系統(tǒng)間的倒接方式及主要實施步驟，可為國內(nèi)開通運營較早且有計劃進行信號系統(tǒng)更新改造的線路(如廣州地鐵的2號線和3號線)提供參考。