铁路车站平行进路带动道岔联锁控制优化方案

刘 鹏

LIU Peng1, 2

（1.中国铁道科学研究院集团有限公司 通信信号研究所，北京 100081；2.中国铁道科学研究院集团有限公司 国家铁路智能运输系统工程技术研究中心，北京 100081)

高速铁路车站平行进路作业多，车站追踪间隔时间短[1]，联络线与正线接轨一般设置大号码道岔[2]。为满足平行进路作业的需要，车站在排列进路时应把不在进路上的道岔带动到指定位置，为平行进路作业创造良好的条件。被带动的道岔称之为带动道岔[3]，主要控制对象为渡线上的双动道岔，单动道岔较少设计带动道岔[4]。随着高速铁路车站大号码道岔的广泛应用，现有渡线道岔的带动控制方法已经不适应高速铁路车站平行进路的特殊运营场景。因此，考虑车站平行进路带动道岔设计问题，基于道岔锁闭原理及大号码道岔特性，提出延长进路锁闭、适当延长带动命令、优先控制带动道岔的设计方案，解决车站在平行进路构建时带动道岔联锁控制优化问题。

1 铁路车站平行进路带动道岔应用场景分析

1.1 平行进路带动道岔

平行进路带动道岔设计示意图如图1 所示。图1 中存在2 条平行的进路A—B 与C—D。办理进路A—B 需要将1/3#道岔扳动至反位，办理平行进路C—D 需要将5/7#道岔扳动至定位。为提高车站通过能力，允许车站在办理进路A—B 的同时，或进路建立后，办理平行进路C—D。为此，在办理进路A—B 时，如果5/7#道岔在反位，需要将这2 个道岔带动到定位，以避免进路A—B 建立后，5/7#道岔被锁闭在反位而影响平行进路C—D建立。5/7#带动道岔在联锁表道岔栏中标记为{5/7}[5]。

图1 平行进路带动道岔设计示意图Fig1 Diagram of the design of driving turnout design

1.2 存在问题

（1）带动道岔锁闭操作复杂。图1 中，如果5/7#带动道岔在反位位置，根据需要，车站值班员可以对5/7#道岔先进行单锁操作[6]，使道岔锁闭在反位状态而不被进路A—B 带动。在完成进路A—B 排列后，先对5/7#道岔进行单解操作[6]，再对5/7#道岔进行定位操作(进路操作或者单操)，此后5/7#道岔被锁定在定位，不能被转动。在进路A—B 取消，或区段1—5DG 解锁后，5/7#道岔才能够再次转动。上述带动道岔工作的逻辑比较复杂，曾经有车站值班员由于不清楚带动道岔的工作原理，误认为此现象是电务设备故障[7]。

（2）带动道岔转动时间不足。当办理进路A—B 时，如果5/7#道岔在反位，主动道岔1/3#向反位转动的同时，需要向5/7#道岔发送定位带动命令，使其转动到定位。但是，由于进路的闭锁并不检查带动道岔是否到位问题，此时带动道岔的带动命令会随着进路锁闭而被撤除，带动道岔很可能尚未转换到位。例如，图1 中的进路A—B 上所有的道岔都在进路要求位置，道岔不需要转岔，进路锁闭时间很短，进路A—B 锁闭的同时，1/3#道岔将撤除5/7#带动命令，导致5/7#道岔不能转换到位。如果此时办理平行进路C—D，该进路被选出后锁闭将无法正常建立，需要等待进路A—B 的1—5DG 区段解锁后，5/7#道岔才可以重新转动，影响平行进路的建立。

1.3 原因分析

1.3.1 带动道岔锁闭原理限制

集中联锁的道岔应受进路锁闭、区段锁闭、单独锁闭及人工封锁等条件控制[8]。上述锁闭条件均可以将道岔设置为锁闭状态。根据传统继电集中联锁的电路设计原理，联锁对道岔锁闭控制的对象是道岔区段，即锁闭的是道岔区段中的所有道岔[9]。道岔区段未被锁闭时处于解锁状态，此时道岔区段中的道岔可以转动。如果道岔区段中有任意道岔进路锁闭，或者有车占用，则整个道岔区段处于锁闭状态，此时道岔区段中所有道岔均禁止转动。单动道岔只由1 个区段控制，而双动道岔由2 个区段(如图1 中的5/7#道岔由1—5DG 道岔区段和7DG道岔区段)控制。

对于某条进路而言，带动道岔是否被带动到位并不影响进路建立。但是，为了提高运输效率，带动道岔原则是“能带则带”。例如，图1 中，当5/7#道岔单锁在反位后，排列1/3#反位进路时，5/7#道岔的定位操纵命令受单锁条件制约不生效，因而5/7#道岔不被带动。1/3#反位进路锁闭后，1—5DG 区段锁闭，此时5/7#道岔受区段锁闭和单锁双重制约不能被带动。当对5/7#道岔进行单解操作后，道岔单锁条件解除，但区段锁闭控制条件依然存在，因而1—5DG 区段未解锁前，再次操作5/7#道岔仍然无效。

1.3.2 大号码带动道岔的影响

高速铁路车站正线及到发线采用18 号道岔，联络线采用42 号。一组18 号道岔有5 个牵引点(尖轨3 个，可动心轨2 个)，一组42 号道岔有9个牵引点(尖轨6 个，可动心轨3 个)[10]。大号码道岔的牵引点较多，每个牵引点需要设置1 套启动电路以控制1 台转辙机。例如，5 机牵引单动道岔启动时序为3 个尖轨牵引点依次启动，随后2 个可动心轨牵引点同步启动。此外，为了降低电源屏的输出，双动道岔控制电路第1 动道岔动作完毕后，第2 动道岔才能动作[11]。因为这些多机牵引道岔启动电路的特性，大号码提速道岔扳动时间较长。

图1 中，当进路A—B 锁闭后，主动道岔1/3#的带动命令自动撤销。此时5/7#道岔很可能尚未完全转动到定位，但其定位操纵命令被提前取消，切断了后续牵引点的启动电路。由于没有持续的带动命令，导致5/7#道岔未能转换到位，造成道岔“失表示”。此时，由于5/7#道岔受区段锁闭控制，无法转动至定位，平行进路C—D 不能正常建立。

2 铁路车站平行进路带动道岔联锁控制优化方案

2.1 设计方法

带动道岔如果在进路锁闭后不能正确转换到位，会严重影响平行进路的作业，在CTC 中，会导致根据行车计划自动触发进路失败。根据上述问题分析，带动道岔主要存在道岔提前被进路锁闭及道岔转动时间过长的2 个关键问题，可以通过优化带动道岔控制方案解决。

（1）延长进路锁闭时间。进路建立的过程包括选择进路、排列进路(转换道岔)、锁闭进路、开放信号[12]。在不需要转动道岔的情况下，从选择进路到锁闭进路的时间仅有1 ～ 2 s，而多机牵引带动道岔的转换时间最长可以达到15 s (ZYJ7 交流电液转辙机)[13]。在进路1 ～ 2 s 的建立和锁闭时间内，带动道岔不能及时地转动到位。因此，可以通过适当错峰延长进路的锁闭时间，以确保大号码带动道岔的转换到位。为提高运输效率，在进路等待带动道岔转换期间，进路上的道岔也可以随之转动。此外，带动道岔不满足带动条件(如受到单锁制约)时，进路也可以不错峰延长锁闭时间。

（2）适当延长带动命令。针对大号码道岔转动时间长特点，为确保带动道岔转换到位，进路锁闭后，可以暂不撤除带动道岔的带动命令，使带动道岔继续转换到位[8]。道岔动作命令持续一定时间后再自动撤销，动作命令撤销后道岔仍然受区段锁闭控制。

（3）优先控制带动道岔。为了降低道岔电源的输出电流峰值，减少电源屏能耗，计算机联锁进路上的道岔按顺序选出和转动[14]。一般情况下，道岔启动顺序从进路终端向始端依次按一定间隔时间(0.5 s)开始转动。在传统的设计中，带动道岔随进路上的主动道岔一起开始转动，因而主动道岔在进路的位置决定带动道岔的转动时机。如果主动道岔的位置在进路始端，其在在进路建立过程中最后才转动，导致带动道岔由于启动时机过晚，在进路锁闭前不能完全转动到位。为此，可以通过优化道岔启动时机，提高带动道岔的优先控制权，避免带动道岔启动过晚的问题。

2.2 实现途径

带动道岔控制优化方案实现途径如下。

（1）延时计时器及时间参数。为了错峰延长进路锁闭时间，需要在主动道岔中增加延时计时器。进路锁闭后，为了适当延长带动道岔的驱动命令，在带动道岔控制中也需要增加延时计时器。进路延时锁闭时间T的选取，需要权衡运输效率和大号码道岔转动时间的特性2 方面因素。进路锁闭时间过长，超过道岔需要的转换时间，会产生时间浪费，影响运输效率；而进路闭锁时间过短则会导致带动道岔，特别是大号码道岔不能转换到位。为此，在考虑提速道岔运用维修[15]及道岔卡阻等极端情况，参考道岔断相保护器(DBQ)的断相检查时间30 s[16]，设置延时锁闭最大时间参数Tmax= 30 s。带动道岔进路道岔错峰启动及优先控制过程如图2 所示。

图2 带动道岔进路道岔错峰启动及优先控制过程Fig.2 Process diagram of driving switch priority control and route switch peak stagger start

（2）计时器的启动与结束时机。计时器启动时机为进路选出后，进路上道岔开始转换的时刻；计时器的结束时机为带动道岔提前带动到位的时刻。此外，如果主动道岔与带动道岔在同一条进路上，或带动道岔已在目标位置，或带动道岔已先锁闭，则无需启动计时器。带动道岔增加带动命令维持计时器，以确保带动道岔有足够的时间来维持道岔的动作。设计时间参数选取与进路延时锁闭的时间T保持一致，在带动道岔提前转动到位时，可以提前结束计时器的计时状态，并停止带动命令的输出。

（3）带动道岔优先控制。计算机联锁软件具备道岔选岔存储功能，数据灵活性较高[17]，因而带动道岔启动时机设计为进路选路之后，道岔转换之前，即与进路第1 个道岔启动时刻相同，或者设计为启动时机优于进路上道岔，实现带动道岔的提前转动。

进路与带动道岔逻辑处理流程图如图3 所示。

综上分析，铁路车站带动道岔主要解决以下问题：①延长主动道岔进路锁闭时间，可以确保进路锁闭前带动道岔已经转动到位，避免带动道岔被提前锁闭而影响平行进路的建立；②优化带动道岔启动控制时机，将带动道岔控制时机与进路中第一个道岔控制时机同步，让带动道岔提前转动，减少进路的等待时间；③进路锁闭后，如果道岔因故未转换到位，可以继续延长带动道岔驱动命令，确保大号码带动道岔转动到位。

图3 进路与带动道岔逻辑处理流程图Fig3 Logic processing of route and driving turnout

2.3 进路道岔时间计算分析

为保证进路的使用效率，铁路进路选岔时间可能发生变化，而增加延时等待计时器不能影响既有进路的选岔时间，需要根据进路选岔数量的不同分析进路选岔时间。

（1）进路选岔数量为0。进路所有道岔都在要求位置，不需要转动道岔，进路道岔转换时间Tj等于带动道岔的转换时间TD。即使在带动道岔存在卡阻的最不利情况下，进路延长锁闭的时间为Tj=TD= 30 s，此种故障情况可以接受，认为对进路的选岔时间没有影响。

（2）进路选岔数量为1。带动道岔与进路惟一道岔同时动作，假设2 种道岔类型相同，在相同环境下，有Tj=TD＜ 30 s，对既有进路选岔时间无影响。

（3）进路选岔数量大于1。此种情况是运营中最常见的情况，因为带动道岔与进路上第一个道岔同时启动，有Tj＞TD，对既有进路选岔时间无影响。

综上所述，铁路车站带动道岔的控制优化方案对进路选岔时间的影响很小，不会影响进路的使用效率。

3 结束语

铁路车站平行进路带动道岔联锁的控制优化方案能够解决带动道岔平行进路问题，提高运输效率，对计算机联锁实现带动道岔控制方案的标准化提供借鉴。但还未突破传统区段锁闭的概念，铁路车站带动道岔仍然受区段锁闭限制。还应针对计算机联锁发展趋势，进一步探讨计算机联锁条件下带动道岔问题，明确完善带动道岔带动的技术条件及设计规范，以指导高速铁路车站道岔控制系统设计，提升高速铁路车站的作业效率。