蔡菁華

(北京全路通信信號(hào)研究設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，北京 100070)

國(guó)內(nèi)鐵路路網(wǎng)廣闊，站場(chǎng)復(fù)雜，為滿足特定的運(yùn)輸需求，部分鐵路車站存在由車站直接控制無(wú)配線/中繼站信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈的需求。目前現(xiàn)有的區(qū)間最遠(yuǎn)無(wú)配線站/中繼站與車站的距離是20 km，車站按最不利情況電纜可控制距離最遠(yuǎn)2 km，而區(qū)間最遠(yuǎn)理論計(jì)算值能達(dá)到15 km，無(wú)法滿足現(xiàn)有最遠(yuǎn)的無(wú)配線站/中繼站的點(diǎn)燈需求。為了解決上述問(wèn)題，現(xiàn)對(duì)信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈電路進(jìn)行分析。

1 現(xiàn)有信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈電路

普速鐵路中，信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈主要由以下內(nèi)容組成：室內(nèi)電源；室內(nèi)點(diǎn)燈隔離變壓器；室內(nèi)點(diǎn)燈電路（含監(jiān)督室外信號(hào)機(jī)的燈絲繼電器DJ和實(shí)現(xiàn)邏輯功能的相關(guān)繼電器）；室外傳輸電纜；室外點(diǎn)燈單元（含變壓器和燈絲轉(zhuǎn)換繼電器）；燈泡/LED燈盤。

從信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈控制方式上，劃分為車站信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈、區(qū)間信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈兩種。車站信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈和區(qū)間信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈的根本區(qū)別是信號(hào)開(kāi)放的控制，車站信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈有信號(hào)開(kāi)放繼電器（XJ），而區(qū)間信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈（通常指區(qū)間通過(guò)信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈）因常態(tài)顯示允許信號(hào)，所以無(wú)信號(hào)開(kāi)放繼電器（XJ）。兩種類型的信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈電路都是通過(guò)燈絲繼電器（DJ）來(lái)監(jiān)督室外點(diǎn)燈的完整性。

1.1 車站信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈電路

車站信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈電路通常包括：進(jìn)站、出站、調(diào)車、進(jìn)路等信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈電路。如圖1所示，以進(jìn)站信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈電路進(jìn)行說(shuō)明。

圖1 車站進(jìn)站信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈原理示意Fig.1 Schematic diagram of home signal lighting circuit

室內(nèi)電源：采用AC 200 V交流50 Hz電源供電。

室內(nèi)點(diǎn)燈變壓器：通常情況下，車站信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈電路可不采用點(diǎn)燈隔離變壓器，此點(diǎn)燈隔離變壓器的作用是防止室外混線造成信號(hào)機(jī)錯(cuò)誤點(diǎn)亮；圖1中采用1：1變比，僅起隔離作用的BXG-35變壓器，即入端 AC 200 V，出端AC 200 V。

室內(nèi)點(diǎn)燈電路：因車站信號(hào)機(jī)有信號(hào)開(kāi)放繼電器（XJ）的條件，并滿足在繼電電路接點(diǎn)轉(zhuǎn)換時(shí)，不導(dǎo)致錯(cuò)誤，需要監(jiān)督點(diǎn)燈回路的DJ具備一定的緩放功能，所以通常采用帶有150 ms 緩放時(shí)間的JZXC-H18或JZXC-H18F型繼電器。具體繼電器參數(shù)如表1所示。

表1 信號(hào)機(jī)室內(nèi)燈絲繼電器（DJ）參數(shù)Tab.1 Indoor fi lament relay (DJ) parameters for signal

室外傳輸電纜：通?？刹捎闷胀ǚ瞧帘螖?shù)字信號(hào)電纜，電纜傳輸距離是根據(jù)室內(nèi)DJ繼電器參數(shù)和室外點(diǎn)燈單元所消耗的電流進(jìn)行計(jì)算的。通常信號(hào)電纜采用的單芯電纜直徑為1 mm，其1 km的電阻約為23.5 Ω。

室外點(diǎn)燈單元：點(diǎn)燈單元通常采用BX1-34點(diǎn)燈變壓器，其一次側(cè)為AC 180 V、 220 V，二次側(cè)為AC 16 V、14 V、13 V；室內(nèi)點(diǎn)燈電路回路電流按 0.158 A 計(jì)。

燈泡：信號(hào)燈泡采用12 V/25 W（30 W）燈泡或LED發(fā)光盤；采用LED時(shí)，根據(jù)《LED鐵路信號(hào)機(jī)構(gòu)通用技術(shù)條件》（TB/T 4242-2010）的規(guī)定，其點(diǎn)燈回路和點(diǎn)燈單元應(yīng)能適配采用燈泡時(shí)的技術(shù)要求，即LED發(fā)光盤與采用燈泡的信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈基本一致。

1.2 區(qū)間信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈電路

區(qū)間信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈電路通常是指區(qū)間通過(guò)信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈電路。如圖2所示，具體說(shuō)明如下。

圖2 區(qū)間通過(guò)信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈原理示意Fig.2 Schematic diagram of block signal lighting circuit

室內(nèi)電源：與車站信號(hào)機(jī)相同；采用AC 200 V交流50 Hz電源供電。

室內(nèi)點(diǎn)燈變壓器：通常情況下，區(qū)間通過(guò)信號(hào)機(jī)較車站信號(hào)機(jī)距離遠(yuǎn)，因此需要增設(shè)升壓變壓器；一般采用BGY2-80型變壓器，一次側(cè)輸入AC 200 V，二次側(cè)額定電流0.32 A時(shí)，有AC 200～310 V共9檔可調(diào)。

室內(nèi)點(diǎn)燈電路：區(qū)間通過(guò)信號(hào)機(jī)常態(tài)為允許信號(hào)，根據(jù)規(guī)范也沒(méi)有要求在允許燈光熄滅時(shí)改點(diǎn)為低一級(jí)的信號(hào)顯示，因此電路沒(méi)有信號(hào)開(kāi)放繼電器（XJ）；所監(jiān)督區(qū)間通過(guò)信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈回路的DJ通常采用無(wú)緩放的JXC-16/16型繼電器，具體繼電器參數(shù)如表1所示。

室外傳輸電纜：與車站信號(hào)機(jī)相同。

室外點(diǎn)燈單元：與車站信號(hào)機(jī)相同。

燈泡：與車站信號(hào)機(jī)相同。

2 車站、區(qū)間信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈控制距離

現(xiàn)有信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈電纜的控制距離如公式（1）所示計(jì)算所得，根據(jù)現(xiàn)有組成信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈的相關(guān)條件，并結(jié)合工程設(shè)計(jì)的實(shí)際情況進(jìn)行計(jì)算：

公式（1）中：l— 電纜長(zhǎng)度/m；

U— 供電電源電壓/V；

UB— 點(diǎn)燈變壓器一次側(cè)的額定電壓/V；

ΔUDJ— 燈絲繼電器通過(guò)額定電流時(shí)，該繼電器的電壓損失/V；

i— 在次級(jí)線圈接有額定負(fù)載情況下，信號(hào)變壓器初級(jí)線圈加額定電壓時(shí)的電流值/A，通常情況下按回路電流0.158 A計(jì)；

Re— 有關(guān)配線的連接線電阻/Ω，通常按0.5 Ω計(jì)列；

r— 信號(hào)電纜每米的電阻值/Ω，通常直徑為1 mm的信號(hào)電纜此電阻值為0.0 235 Ω；

ZQ— 點(diǎn)燈電路去線數(shù)；

ZH— 點(diǎn)燈電路回線數(shù)；

n— 共用回線同時(shí)點(diǎn)燈數(shù)量。

從公式（1）可以得出以下車站、區(qū)間信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈線纜控制距離。

車站信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈，DJ采用JZXC-H18時(shí)：U=220，UB=180，ΔUDJ=5，站內(nèi)點(diǎn)燈同時(shí)點(diǎn)單燈且不考慮加芯時(shí)，經(jīng)計(jì)算后l=4 702 m；同時(shí)點(diǎn)2燈且不考慮加芯時(shí)，經(jīng)計(jì)算后l=3 135 m。

車站信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈，DJ采用JZXC-H18F時(shí)：U=220，UB=180，ΔUDJ=16.7，站內(nèi)點(diǎn)燈同時(shí)點(diǎn)單燈且不考慮加芯時(shí)，經(jīng)計(jì)算后l=3 127 m；同時(shí)點(diǎn)2燈且不考慮加芯時(shí)，經(jīng)計(jì)算后l=2 085 m。

區(qū)間信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈，DJ采用JXC-16/16時(shí)，U=310，UB=180，ΔUDJ=16.7，區(qū)間點(diǎn)燈按同時(shí)點(diǎn)單燈且不考慮加芯時(shí)，經(jīng)計(jì)算后l=15 247 m。

3 無(wú)配線站/中繼站信號(hào)電纜直控

無(wú)配線/中繼站由車站直接控制信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈，存在以下問(wèn)題。

增加電纜芯線提高控制距離，信號(hào)點(diǎn)燈電纜通常是不考慮增加芯線延長(zhǎng)控制距離。原因如圖3所示，當(dāng)增加的回線斷線時(shí)，雖然室外信號(hào)機(jī)的燈泡不會(huì)點(diǎn)亮，但監(jiān)督室外點(diǎn)燈完整性的DJ電路還能形成回路，因此可能會(huì)造成DJ不能可靠落下，存在安全隱患。

圖3 信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈加芯斷線原理示意Fig.3 Schematic diagram of extended wire broken of signal lighting circuit

DJ的使用，因車站信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈電路中有XJ，為避免信號(hào)機(jī)燈光轉(zhuǎn)換時(shí)，使DJ短時(shí)落下造成錯(cuò)誤顯示或?qū)J打掉，所以車站信號(hào)點(diǎn)燈DJ采用具有150 ms緩放JZXC-H18/H18F繼電器，不能采用無(wú)緩放功能JXC-16/16區(qū)間DJ繼電器；因此無(wú)配線車站信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈也應(yīng)采用此繼電器。JZXC-H18/H18F配合BGY2-80型升壓變壓器，理論上可以控制到11.2 km（采用JZXC-H18，點(diǎn)雙燈）、16.8 km（采用JZXC-H18，點(diǎn)單燈）。如圖4所示，每根芯線與芯線之間、每根芯線與電纜金屬護(hù)套間都存在分布電容；當(dāng)電纜超長(zhǎng)使用時(shí)，分布電容將隨著電纜增長(zhǎng)而增大。因此當(dāng)信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈斷絲時(shí)，會(huì)通過(guò)線間分布電容溝通點(diǎn)燈回路，當(dāng)DJ的釋放值較小時(shí)，可能造成DJ不能可靠落下。根據(jù)表1所示，JZXC-H18/H18F的釋放值不大于40 mA，JXC-16/16不大于80 mA，若將區(qū)間采用的JXC-16/16改為JZXC-H18/H18F后，是否合適無(wú)法依靠純理論計(jì)算得出，這個(gè)因素和采用的線纜型號(hào)、屏蔽線使用情況、接地良好性、電纜長(zhǎng)短等都直接相關(guān)。

圖4 信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈回路分布電容原理示意Fig.4 Schematic diagram of distributed capacitance of signal lighting circuit

4 結(jié)論

目前無(wú)配線站/中繼站的設(shè)置方式及其配置相關(guān)信號(hào)設(shè)備是經(jīng)過(guò)理論和實(shí)踐結(jié)合的結(jié)果。當(dāng)車站直接控制信號(hào)機(jī)距離過(guò)長(zhǎng)而無(wú)法滿足DJ可靠工作時(shí)，目前現(xiàn)有色燈信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈體系下的信號(hào)設(shè)備無(wú)法完成對(duì)室外點(diǎn)燈完整性的監(jiān)督。

綜上所述，建議由DJ監(jiān)督燈絲完好方式改為對(duì)信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈光源直接監(jiān)測(cè)方式。直接采集信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈光源的設(shè)備需具備溫度、大氣壓力、濕度、震動(dòng)等室外環(huán)境適應(yīng)性。該設(shè)備應(yīng)具備對(duì)LED發(fā)光盤照明亮度的邏輯判斷，并具備向計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖安全可靠提供LED發(fā)光狀態(tài)信息的條件。由于LED發(fā)光狀態(tài)信息直接參與計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖邏輯運(yùn)算，故直接采集信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈光源的設(shè)備應(yīng)符合SIL4級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。車站計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖直接采集信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈光源發(fā)光狀態(tài)信息后，進(jìn)行邏輯運(yùn)算輸出，可實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)程信號(hào)機(jī)的可靠控制。