1 交流转辙机控制电路优化 “交流道岔控制模块” 研究设计报告 北京全路通信信号研究设计院 2010 年 12 月 交流转辙机控制电路优化－交流道岔控制模块研究设计报告 2 研究设计报告 一、课题的提出一、课题的提出 根据 2008 年铁道部科技司科研项目《高速铁路道岔转换系统研究》的要 求，高速道岔转换系统研究项目由通号公司承担，其中“控制方式的研究，减 少控制器材，提高控制电路的可靠性 控制方式的研究，减 少控制器材，提高控制电路的可靠性”是一个重要研究课题，具体研究由通号 设计院组织进行 我国铁路道岔控制电路采用继电电路和器材一直沿用至今，特别是铁路提 速以来，道岔均为多点牵引方式，每个牵引点的转辙机采用一套控制电路以 一组18号道岔5点牵引为列，室内控制电路使用的器材就占用半个组合柜，这 些继电器的大量采用，一方面导致车站机械室的面积大大增加；另一方面出现 故障频率高，尤其是继电器电路不能完成自身故障和状态诊断，无法做到预防 性的维护，继电器在一个寿命周期内要多次入信号检修所进行检修，维护工作 量大因此，有必要对目前的交流道岔控制电路进行优化，研制一种高安全、 高可靠、少维修的电路和器材，采用小型化、模块式结构。
有必要对目前的交流道岔控制电路进行优化，研制一种高安全、 高可靠、少维修的电路和器材，采用小型化、模块式结构 二、国内外现状及简要说明二、国内外现状及简要说明 随着客运专线的开通使用，我国引进了两种国外道岔，一种是法国科吉富 的18号道岔，一种为德国的BWG道岔两种国外道岔的牵引控制方式，采用 了两种不同的方案 1、法国高速铁路道岔控制方式 法国的道岔控制电路，在国外和国内使用有很大的不同法国道岔为尖轨 4点牵引，心轨2点牵引尖、心轨均为单机导管方式，所以每组道岔只需设 置两台转辙机的控制电路即可 在国外，法国采用的是控制与表示分开设置的方式，由9芯电缆控制一台 转辙机，在室内是尖轨、心轨各有一套单独的控制电路，其中3线为电机控制 线，正反转由室内控制模块倒相控制表示由室内送出直流48V，室外不设二 极管，通过检查转辙机和密贴检查器的接点，分别通过2线，送回室内，以此 交流转辙机控制电路优化－交流道岔控制模块研究设计报告 3 来区分定反位表示 在国内，法国道岔主要应用在合宁、合武线，在室内是尖轨、心轨各有一 套单独的控制电路采用的是国内的5线制交流控制电路，由两套继电器组合 控制 2、德国高速铁路道岔控制方式 德国道岔为多机多点牵引，每组道岔由多台转辙机牵引，在可动心轨部份 设置有下拉装置，下拉装置的控制需与转辙机的控制相配合。
德国道岔，其在国内和国外控制方式也有不同 在国外，转辙机的控制为4线制电路控制电路，为解决多机牵引问题，在 室外设置有多机控制器SIWES多机控制器没有单独的供电电源，它的继电 器工作电能是在转辙机转换过程中获得的其表示电路与控制回路共用芯线， 室外不设二极管，当转辙机到位后，控制模块送出60V直流电，经检查室外转 辙机接点后，送回室内模块，由模块检查相应回线上的正负极性，确定定反位 表示 交流转辙机控制电路优化－交流道岔控制模块研究设计报告 4 在国内，引进的德国道岔主要为尖轨3点牵引，心轨2点牵引，部份道岔 可动心轨带下拉装置采用多机多点方式，室外设5台转辙机 在京津城际，采用了完全的德国控制方式在室内尖轨、心轨各设一套控 制电路，但在室外设置有多机控制器，以控制多台转辙机室内控制是由计算 机联锁的电子模块完成 在武广等其他线路，室内仍采用国内5线制交流电路，室内组合配置与国 内控制方式相同，每台转辙机有单独控制组合，有下拉装置时，配置下拉控制 组合与国内控制方式一样，在室内有大量的继电器组合 3、国内铁路道岔控制方式 国产大号码道岔，均采用多机多点牵引方式，室外设置多台转辙机，每台 电机在室内配套设置一套控制电路，每套控制电路均要一个组合位置，每组道 交流转辙机控制电路优化－交流道岔控制模块研究设计报告 5 岔，还需另外单独一个组合，设置保护电路。
在高速大号码道岔控制中，室内 有大量的继电器组合 4、几种控制方式比较 上述3种方式，各有特点德、法两国道岔室内控制电路简单，两国的室 内电子控制模块是以后控制器材的技术发展方向，值得借鉴学习但共同的问 题是室内判断故障不方便，不能直观的由室内直接判断室外故障点，给维修带 来难度国内的控制电路复杂，室内设备过多，但可以由室内直接对室外故障 判断到故障点，给维修带来便利 三、交流道岔控制电路分析三、交流道岔控制电路分析 目前我国采用的 5 线制交流道岔电路，经历了几个阶段最早在大秦线 配套，后来在广深线改进，在后来进行的几次提速过程中，不断完善目前电 路已经相对稳定但控制电路由于各种原因，仍然存在一些问题 1、交流道岔控制电路图纸管理 目前道岔型号层出不穷，安排电路配套设计不及时，使得各工程应用没有 举例设计图纸，按照电路原理图做工程设计控制电路采用国内的安全继电器 构成， 给工程设计单位修改定型电路提供了方便由于各工程设计单位对原理 图理解认识不一致，造成工程设计水平参差不齐，使得工程设计中存在隐患 转辙机转换时间限制无标准，原采用 13S，后采用 30S，到目前为止，没 有标准规定。
目前在新标准图中，统一设定为 30S 2、交流道岔控制电路用器材 由于高速铁路道岔，均采用交流转辙机，交流控制电路的设计，所采用的 器材是传统的安全型继电器，该种类型的继电器，当初都是为直流电路设计， 其接点容量和电气参数，均为直流电气参数指标，没有交流指标在电路研究 设计中，对器材的使用，存在按经验办事，没有进行科学的研究和验证 ? 一启动继电器： 交流转辙机控制电路优化－交流道岔控制模块研究设计报告 6 在最早的交流控制电路设计中，采用 JWJXC-H125/0.44 继电器，因为此继 电器是为直流控制电路设计，所以其保留线圈 1、2 为电流圈，即只有通过大 于约 1A 左右的电流时，继电器才可以保留在原设计中，受器材限制，在此 线圈上，通过接一个 27Ω75W 的电阻，接在直流 24V 电源上，使之产生近 1A 的电流，来达到功能要求此种用法，对室内 24V 电源有很大的影响24V 电源是室内继电器动作电源，非常重要但是受器材限制，必须采用此设计方 案随着西科所 JWJXC-H125/80 继电器的研制成功，并通过审查在电路中， 取消电流线圈，改用 80Ω的电压圈，完全解决了对 24V 直流电源的影响。
如果转辙机发生故障，电路工作到 30 秒时，需要室内继电器断开电路， 靠一启动继电器和其复示继电器接点断开电流，会有拉弧现象交流电弧在过 零点时，会自动断弧，所以一启动继电器接点在交流控制电路中的断弧能力， 应该好于直流电路 如果新电路继续采用此继电器的话，需研究制订一启动继电器的交流电气 参数指标，完善标准 理想的情况是由转辙机或其他关断设备断开电流，继电器接点不断电流， 保护继电器接点，延长接点寿命 ? 二启动继电器： 在室外故障不能转换到底的情况下，如果室内向另一个方向操作，此时二 启动继电器接点带电转换，造成继电器接点使用寿命短这种工作状态是电路 设 计 中 必 要 的 工 作 状 态 ， 需 研 究 在 这 种 工 作 状 态 下 ， 二 启 动 继 电 器 JYJXC-135/220 继电器的适应性 ? 断相保护器 断相保护器目前是百花齐放，厂家众多没有统一标准各种型号五花八 门 有的带限时， 有的不带 使得设计单位和现场使用时， 没有统一标准可依 因为没有统一标准，生产厂家众多，产品质量参差不齐在现场调查时，对电 路器材反映质量问题最多的就是断相保护器 断相保护器器经常出现输出电压 较低，有时不能带动 1700 继电器。
? 时间继电器 时间继电器是非安全型继电器 交流转辙机控制电路优化－交流道岔控制模块研究设计报告 7 ? 室外电阻和二极管 电阻发热，二极管不可靠 四、交流道岔控制电路优化技术条件和设计原则四、交流道岔控制电路优化技术条件和设计原则 1、技术条件 须满足 TB10071-2001 《铁路信号站内联锁设计规范》 和 TB 10007-2006 《铁 路信号设计规范》中有关道岔转换的技术要求以外，仍须满足： a、符合故障－安全原则； b、满足国内现有交流转辙机使用需要； c、对转辙机控制接口，交流按目前五线制电路； d、优化后的控制电路应为模块方式，每个模块相当与现在一个控制组合； e、交流多机控制方式，每个模块控制一台转辙机，采用模块之间传递动 作方式； f、多机牵引的道岔，当其中任一台转辙机不启动时，应切断该道岔的控制 电路 g、多机牵引一组道岔时，转辙机应按顺序错峰启动 h、在 30 秒内道岔未转换到位时，自动切断控制电路 i、三相交流电源任一相断电，室外电机不得启动，在转换过程中任一相断 电，电机应立即停止转换 j、模块的道岔表示需检查所控制的转辙机转到规定位置 k、模块向联锁发送的道岔表示信息，须检查所牵引的道岔所有转辙机均 转到规定的位置。
l、双动道岔需要满足一组道岔动作完成后，另一组再动作 2、电路优化原则 通过分析原电路的问题和现场调研情况，提出了本科研项目的电路优化 原则： ? 重点解决多机牵引时，继电器组合过多的问题，进行电路优化；重点解决多机牵引时，继电器组合过多的问题，进行电路优化； 交流转辙机控制电路优化－交流道岔控制模块研究设计报告 8 ? 利用符合欧标的小安全型继电器搭建核心安全电路， 利用电子元器件 完成辅助电路，设计集成化程度较高的模块电路； 利用符合欧标的小安全型继电器搭建核心安全电路， 利用电子元器件 完成辅助电路，设计集成化程度较高的模块电路； ? 核心安全电路主要参考目前电路的原理，以保证电路稳定；核心安全电路主要参考目前电路的原理，以保证电路稳定； ? 新电路设计，须按照安全验证工作流程进行；新电路设计，须按照安全验证工作流程进行； ? 新电路设计兼顾与各种联锁的结合方式新电路设计兼顾与各种联锁的结合方式 3、使用环境 依照 GB2423.16-1999 《电工电子产品环境试验》的要求 a、温度：－5 ℃～+60 ℃ b、相对湿度：不大于 85%（+25℃） c、气压：不低于 70.1 kPa（相对于海拔高度 3000 m 以下） d、周围无引起爆炸的有害气体，并应有防尘、防静电措施。
4、电路的外部电气参数 交流转辙机动作电源有两种供电电源屏： 原铁磁电源屏供电为三相交流 380－10＋20V、50Hz，经变压器隔离输出 目前常用的是智能电源屏供电，供电仍然是变压器隔离输出三相交流 380 －10＋20V 表示电源供电为 AC220V，表示检查为直流方式，经半波整流无平滑（通 过表示变压器由 AC220V 降压至 AC110V，在转辙机内经二极管半波整流） 转辙机平均转换时间：＜ 7.5 S 转辙机启动时电流：＜ 8A（持续时间＜ 0.1S） 转辙机运转时电流：＜ 2A 转辙机摩擦时电流：＜ 2.5A 转辙机故障时的查知时间为 30S 交流道岔控制模块的电源可以使用 DC24V 电源 交流转辙机控制电路优化－交流道岔控制模块研究设计报告 9 5、其他 优化后的交流控制模块还应满足 TB/T 3073-2003 铁道信号电气设备电磁兼容性试验及其限值 TB/T 3074-2003 铁道信号设备雷电电磁脉冲防护技术条件 采集设备集成电路元器件应采用工业级及以上等级； 印制电路板材料、电气性能、机械性能、设计和使用应符合 GB/T 4588.3-2002 的要求。
五、技术方案五、技术方案 在计算机联锁系统中，道岔控制电路是控制道岔转换的关键一环，它不仅 要按照联锁指令控制道岔转向正确的位置， 还要正确的识别出道岔目前所在的 位置，并且给出表示其中任何一个环节出现问题，将可能导致灾难性后果 道岔。