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龙厦铁路防灾安全监控接入高铁运行控制系统解决方案

发表时间：2021/6/28 来源：《基层建设》2021年第6期作者：张俊

[导读] 摘要：本文主要以龙厦铁路防灾安全监控工程为例分析其系统结构、系统功能，介绍防灾安全监控的信息处理及电路原理，同时对通信、信号接口电路（异物侵限继电器）提出修改解决方案。

        中铁二十四局集团上海电务电化有限公司上海市 200071
        摘要：本文主要以龙厦铁路防灾安全监控工程为例分析其系统结构、系统功能，介绍防灾安全监控的信息处理及电路原理，同时对通信、信号接口电路（异物侵限继电器）提出修改解决方案。
        关键词：高速铁路；防灾；安全监控；系统
        1.概述
        1.1前言
        本文主要以龙厦铁路防灾安全监控系统工程为例进行阐述。
        由于龙厦铁路属于时速200公里客货共线铁路，同时受大风、暴雨影响大，为了保障行车安全，提高运输效率，龙厦铁路应具备在大风、暴雨气象条件下抵御灾害的能力，因此需要建设防灾安全监控系统，全面监测这些可能发生的各种灾害，如非法侵入、自然灾害、异物侵限等，都要进行准确、实时、全面的安全监控，在突发应急情况下调度员能根据现场具体情况采取相应措施（列车限速或停运）。
        龙厦防灾安全监控系统主要是对危及客运专线运行安全的自然灾害（风、雨、等）、公跨铁桥异物侵限等进行监测报警，提供经处理后的灾害预警、限速、停运等信息，为调度所进行列车运行计划调整，下达行车管制、抢险救援、维修管理等命令提供依据，通过信号联锁及列控系统或行车调度命令实现自动或人工控制行车速度，提高高速列车运行安全性。结合本线自然条件，龙厦防灾安全监控系统由风监测子系统、雨量监测子系统、异物侵限监控报警子系统组成，并预留地质灾害监控子系统接口。
        1.2工程概况
        龙厦防灾安全监控系统工程覆盖龙厦铁路111.286公里的线路，从福建龙岩至福建厦门，由龙岩向南，经南靖县东南，越过九龙江，经漳州市，进入厦门，线路全长约140km。龙厦铁路所经过的地区为滨海平原区及低山丘陵区，地质条件比较复杂，桥隧占线路总长约70%（桥梁有60座，延长约25000米；隧道有25座，延长约50000米）。龙厦防灾安全监控系统工程含13处风监测点、8处雨量监测点、8座桥梁异物侵限安装工程、15个通信基站（其中含马坑、龙山、南靖、草坂和漳州5个车站），并预留与地震监测子系统等其他子系统的接口。
        1.3系统结构
        龙厦防灾安全监控系统对铁路沿线风、雨及异物侵限实现有效、准确、实时监测，为调度指挥及维护管理提供报警、预警信息，有效防止或减少灾害对高速铁路列车运行安全的影响。防灾安全监控系统采用统一的处理平台，由监控数据处理设备、监控终端设备（工务及调度所）、防灾监控单元、现场各监测设备及通信网络设备构成。结合龙厦线的调度指挥权限的划分及维修机构的设置情况，在南昌调度所设防灾监控终端；在南昌铁路局工务处、龙岩工务段、厦门工务段设防灾工务监测终端；在龙山站设防灾监控数据处理设备；在沿线区间GSM-R基站及牵引变电所或分区所，根据信息采集点的设置需要相应设置防灾安全监控单元。下图1为防灾安全监控系统图：

                    图1 防灾安全监控系统图
        1.4 系统功能
        （1）实时监控各监测点数据和设备状态信息，实现探测设备报警定位和显示，主要显示控制功能有：
        ① 风、雨警报显示，统计、分析灾害资料，为行车管制提供依据。
        ② 接收异物侵限报警信号，为工务段、工务工区进行抢险处理提供报警信息。
        ③ 预留接收地震报警信息，对地震动数据进行分析，为救援、抢险救灾提供报警信息。
        ④ 防灾安全监控系统显示报警优先级别：地震→异物侵限→风→雨→其他。
        （2）发生灾害时，给各个终端发送报警信息，提醒调度员、工务人员及时采取相应应对措施；服从南昌调度所统一指挥，积极处理并排除预警的潜在灾害或报警已发生的灾害。
        （3）预留与铁路局中心系统以及相邻线防灾系统的通信接口，传送监测数据、灾害报警、预警信息及设备故障信息，并根据需要传送灾害监测信息报表。
        （4）远期可与气象、地震部门连接，交换信息，接受业务指导。
        1.5异物侵限报警
        当发生异物侵限报警时，向综合视频监控系统发送异物侵限报警信息，触发综合视频终端立即显示报警点处的视频图像。当异物侵入致使单电网断线时，判断为电网故障，提醒相关维护单位及时处理；电网双断时，由监控单元主机通过防灾继电器向列控系统传输继点接口信息，通过列控系统向列车发出停车指令，迫使列车停车。
        监控单元主机将现场设备采集到的实时数据进行逻辑判断和数据处理后本地存储，同时上传至防灾安全监控中心系统。防灾安全监控中心系统数据服务器内建立防灾数据库，内设有异物侵限监控相关数据表，存储相关信息。应用服务器接收监控单元传入的实时数据，进行数据处理和逻辑判断，生成状态信息和统计数据，给各终端提供数据服务的同时将各类数据存入数据服务器，以备查询和分析。
        维护终端实时从应用服务器读取实时数据，图形化、动态地集中显示全线监测点信息，含有异物侵限监控子系统监测点的实时变化值以及防灾安全监控系统的运行状态。
        当异物侵限报警时，维护终端自动弹出报警界面，同时触发告警箱发出声光报警，提醒值班员及时处理报警信息。所有报警信息及事故记录信息永久保存，以备查询。防灾安全监控中心系统根据数据信息内容提供相应级别的防灾报警、预警。
        2.电路原理
        2.1通信、信号接口电路（异物侵限继电器）
        1）通信基站将接收到的现场信息传送到信号继电器室，用以驱动防灾报警继电器（吸起或落下），当现场公跨铁桥异物侵限没有发生报警时，防灾报警继电器接收到通信基站送过来的电源，SYWJ吸起，XYWJ吸起。当现场公跨铁桥异物侵限发生报警时，防灾报警继电器接收不到通信基站送过来电源，SYWJ落下，XYWJ落下，列控系统采集到异物继电器落下信息，向列车发出停车指令，迫使列车停车。
        原理如下图2所示。

        图2 通信、信号接口电路（异物侵限继电器）
        2.2 与移频轨道电路接口
        将异物侵限报警继电器YWJ继电器前接点串入其影响轨道区段的接收器与方向切换电路之间，当监测点没有发生异物侵限报警时，轨道继电器吸起。当监测点发生异物侵限报警时，轨道继电器落下，通过信号联锁及列控系统实现自动或人工控制行车速度。原理如下图3所示。

                  图3 与移频轨道电路接口
        2.3 与列控系统接口
        列控系统采集SYWJ、XYWJ吸起结点，当监测点发生异物侵限报警时，列控中心采集到信息，应控制异物侵限所影响轨道区段无条件发H码，向列车发出停车指令，迫使列车停车。原理如下图4所示。

                   图4 与列控系统接口
        3.存在问题
        龙厦铁路防灾安全监控系统工程涉及通信专业、信号专业接口不明问题：通信基站监控单元收到的异物侵限防灾现场信息，同时传送到信号列控设备，如果现场未发生异物侵限，此时刚好信号列控设备所涉及到异物侵限轨道区段发生故障，不好辨别异物侵限故障还是信号故障，调度员不好直接办理调度列车限速或停运，因此本工程必须完善通信、信号接口电路（异物侵限继电器）。
        4.解决方案
        在通信、信号接口电路（异物侵限继电器）增加异物继电器回采电路，即将异物继电器SYWJ、XYWJ吸起及落下节点通过电路回采方式由信号继电器室传送回通信基站防灾监控单元，监控单元通过信息比对即可识别是否现场发生异物侵限报警：
        1）当现场发生异物侵限报警时，向综合视频监控系系统发送异物侵限报警信息，触发综合视频终端立即显示报警点处的视频图像。同时由监控单元主机通过防灾继电器向列控系统传输继点接口信息（SYWJ、XYWJ落下），通过列控系统向列车发出停车指令，迫使列车停车。
        2）反之，当现场未发生异物侵限报警时，监控单元主机通过防灾继电器向列控系统传输继点接口信息（SYWJ、XYWJ吸起），通过列控系统向列车发出正常行程信息，如果刚好信号列控设备涉及到异物侵限轨道区段发生故障，就可以判断为信号故障，即可通知信号人员即时处理。
        具体解决方案如下图5所示：

        图5 （电路完善后）通信、信号接口电路（异物侵限继电器）
        5.结束语
        通信、信号接口电路（异物侵限继电器）完善后可以达到通信、信号信息对等同步，即时判断现场信息。当现场有异物侵限线路时，如有汽车撞坏双电网，即双电网所在电路回路断开，监测电路回路断开，控制器采集到断开状态，存储和发送给基站防灾设备单元，基站内继电器落下，并发出信息至监控终端，终端显示报警，值班员及时采取措施。同时，控制器动作，控制对应轨道电路红轨，联锁系统自动接收报警信息，是对应区段的信号机禁止开放信号，来防护该区段安全。
        相关设备单位应迅速赶往现场处理故障，在异物告警排除后，恢复正常工作状态，如现场不能及时处理的，需设备维护单位与调度共同确认确实不影响行车安全的情况下，才可允许对应单线临时通车，将行车运输影响降到最小；在现场报警故障恢复后，申请恢复对应区段正常行车状态。
        另外，控制器需有自我检测故障功能，当控制器设备发生故障时，应无条件导向轨道电路红光带状态。
        当现场无出现异物侵限线路时，控制器应能使轨道电路正常工作，不影响列车接发、调查等作业，基站防灾继电器吸起，监控终端不显示报警信息。
        总之，防灾安全监控系统是铁路部门重要的行车设备，也是保证列车运行安全的重要条件。当现场发生（风、雨）、异物侵限等灾害时，防灾安全监控系统对这些灾害进行监测报警，即时提供经处理后的灾害预警、限速、停运等信息，为调度所进行列车运行计划调整，下达行车管制、抢险救援、维修管理等命令提供依据，同时通过信号联锁及列控系统或行车调度命令实现自动或人工控制行车速度，提高高速列车运行安全性，保证了列车运行安全，在将来的高速铁路建设及运营过程中，防灾安全监控系统会发挥其越来越重要的作用。
        参考文献：
        [1]铁路客运专线防灾安全监控系统浅谈朱铁栓，铁路通信信号工程技术（RSCE）.2009
        [2]铁路防灾安全监控系统的组成，廖喜，铁道运营技术第23卷第2期.2017
        [3]高铁智能防灾安全监控系统设计方案评审要点浅析，沙鹏，信息通信.2020