CN116403371A - 一种高速铁路地震预警应急处置装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种高速铁路地震预警应急处置装置及方法，所述装置包括：通信模块、控制模块和继电器模块。当通信模块接收到现场监控单元发出的地震报警状态信号时，通过冗余设置的继电器单元控制牵引变电接口切断列车供电，控制列车减速停车，保障旅客生命财产安全，保证外电失电时不触发牵引变电系统断电。

Description

一种高速铁路地震预警应急处置装置及方法

技术领域

本发明涉及地震预警技术领域，尤其涉及一种高速铁路地震预警应急处置装置及方法。

背景技术

铁路是国民经济大动脉，高速铁路对于完善现代交通运输体系、促进经济社会发展、满足人们出行需要具有重大意义。我国铁路实施了六次大提速和开行高速列车，列车运行速度和列车密度的不断提高，当列车运行速度较高时，较小震级的地震，对路基、轨道、桥梁等的冲击都可能导致危害旅客生命安全的重大事故。在这种形势下，对高速铁路而言，如果能在破坏性地震动到来前提早哪怕是短短的几十秒甚至几秒实施地震报警和紧急处置，将大大降低旅客生命财产损失的发生概率。因此，为了最大限度地减轻高速铁路的地震灾害，除了对铁路构造物进行高级别抗震设防、对运行列车采取脱轨防护措施外，建设高速铁路地震监测与预警系统也是一项非常有效的手段。地震预警是指在地震发生后，利用震源附近地震台站观测到的地震波初期信息，快速估计地震参数并预测地震对周边地区的影响，抢在破坏性地震波到达震中周边地区之前，发布各地地震动强度和到达时间的预警信息，向目标区域提供数秒至数十秒的预警时间，使企业和公众能够提早采取地震应急处置措施，进而减轻地震人员伤亡和财产损失，是近年来发展起来的减轻地震灾害的有效手段之一。

由于我国高速铁路地震预警技术与国外相比还不成熟，暂未形成完善的标准体系，在地震应急处置技术方面还有待提高，如中国专利CN106683347A公开了一种高速铁路地震预警现场监测系统，在牵变和信号接口模块中设置四个地震预警继电器，地震预警继电器采用安全型继电器，常态吸起，独立电源，分别通过控制牵变接口和信号接口中的地震预警继电器，向牵引变电系统和列控系统传送地震报警信息，但是其并没有说明具体是如何实现，而且也不能实现外电失电时不触发牵引变电系统断电的要求，此外，其没有设置冗余结构，应急处置可靠性较低。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种高速铁路地震预警应急处置装置及方法，以解决现有的地震预警继电器没有设置冗余结构，应急处置可靠性较低的问题。

本发明的技术方案是这样实现的：一方面，本发明提供了一种高速铁路地震预警应急处置装置，其中，所述装置包括：

通信模块、控制模块和继电器模块；

所述通信模块，用于与现场监控单元进行通信，传输现场监控单元发出的地震报警状态信号；

所述控制模块，与通信模块电性连接，用于根据接收到的地震报警状态信号，向继电器模块输出报警控制命令；

所述继电器模块，与控制模块电性连接，采用冗余设置的继电器单元，用于根据报警控制命令向牵引变电系统传送地震报警信息。

在以上技术方案的基础上，优选的，所述控制模块包括2组PLC，所述继电器模块包括2组继电器单元；

一组所述PLC与一组所述继电器单元电性连接，另一组所述PLC与另一组所述继电器单元电性连接。

在以上技术方案的基础上，优选的，每组所述继电器单元包括2个继电器；

每组所述PLC，与所述通信模块电性连接，用于根据接收到的地震报警状态信号，控制与其电性连接的所述继电器进行相应启闭；

2个所述继电器，分别与同组所述PLC电性连接，用于根据所述PLC的控制向牵引变电系统进行断电控制。

在以上技术方案的基础上，优选的，所述继电器为重力型继电器。

在以上技术方案的基础上，优选的，所述通信模块输入接口采用握手信号接收地震报警状态信号。

在以上技术方案的基础上，优选的，所述PLC的输出接口分别控制和驱动2个继电器，继电器1动作完成后，继电器2才能动作。

在以上技术方案的基础上，优选的，每组所述继电器单元向牵引变电所牵引变压器的高压断路器控制回路输出三路无源节点。

在以上技术方案的基础上，优选的，三路所述无源节点采用以下方式进行连接：

继电器2的常闭节点81连接IN，继电器2的常闭节点83连接继电器1的常开节点71，继电器1的常开节点72连接OUT；

继电器2的常闭节点61连接IN，继电器2的常闭节点63连接继电器1的常开节点51，继电器1的常开节点52连接OUT；

继电器2的常闭节点41连接继电器1的常开节点31以及IN，继电器2的常闭节点43连接继电器1的常开节点32以及OUT。

另一方面，本发明提供一种高速铁路地震预警应急处置方法，其采用了如上所述的高速铁路地震预警应急处置装置，其中，包括如下步骤：

S1.通信模块与现场监控单元进行通信，传输现场监控单元发出的地震报警状态信号；

S2.控制模块根据接收到的地震报警状态信号，向继电器模块输出报警控制命令；

S3.继电器模块采用冗余设置的继电器单元，根据报警控制命令向牵引变电系统传送地震报警信息。

本发明的高速铁路地震预警应急处置装置及方法相对于现有技术具有以下有益效果：

当通信模块接收到现场监控单元发出的地震报警状态信号时，通过冗余设置的继电器单元控制牵引变电接口切断列车供电，控制列车减速停车，保障旅客生命财产安全，保证外电失电时不触发牵引变电系统断电；

为避免因输入接口干扰引起的误触发，输入接口设计采用握手信号接收报警信号。该协议设计既能满足时效性，同时也能抵抗输入干扰，避免应急处置装置出现误动作；

设计每路无源节点的继电器组合方案，综合考虑到成本、安装空间等因素，以及为保障系统可靠性，降低误动作风险。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的高速铁路地震预警应急处置装置结构图；

图2为本发明的高速铁路地震预警应急处置装置继电器单元电路图；

图3为本发明的高速铁路地震预警应急处置装置继电器单元工作原理图。

实施方式

下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

实施例

如图1所示，本发明的一种高速铁路地震预警应急处置装置，其中，所述装置包括：

通信模块、控制模块和继电器模块；

所述通信模块，用于与现场监控单元进行通信，传输现场监控单元发出的地震报警状态信号；

所述控制模块，与通信模块电性连接，用于根据接收到的地震报警状态信号，向继电器模块输出报警控制命令；

所述继电器模块，与控制模块电性连接，采用冗余设置的继电器单元，用于根据报警控制命令向牵引变电系统传送地震报警信息。

高速铁路地震预警监测系统由铁路局中心系统、现场监测设备两级构成，其中现场监测设备包含监控单元和地震计（加速度传感器），监控单元又由供电设备、通信设备、数据采集器、监控主机以及继电器控制设备组成，本装置即是一种继电器控制设备。

在列车接到地震报警后，对列车施行控制的模式（即列车如何制动）主要有两种：一种是牵引供电系统控制模式，即接到报警时，牵引变电所停止向接触网供电，列车车载装置检出接触网断电后立即自动采取紧急制动措施；另一种是列控系统控制模式，即接到报警时，由列控系统发出控制列车运行的信号，自动控制列车停止运行。

高速铁路地震预警监测平台包括相邻台站和铁路局中心系统，当通信模块接收到现场监控单元发出的地震报警状态信号时，通过冗余设置的继电器单元控制牵引变电接口切断列车供电。

其中，所述控制模块包括2组PLC，所述继电器模块包括2组继电器单元；

一组所述PLC与一组所述继电器单元电性连接，另一组所述PLC与另一组所述继电器单元电性连接。

其中，每组所述继电器单元包括2个继电器；

每组所述PLC，与所述通信模块电性连接，用于根据接收到的地震报警状态信号，控制与其电性连接的所述继电器进行相应启闭；

2个所述继电器，分别与同组所述PLC电性连接，用于根据所述PLC的控制向牵引变电系统进行断电控制。

本装置中采用2组互为冗余的PLC+双继电器组合结构，能够有效保证外电失电时不触发牵引变电系统断电。

其中，所述继电器为重力型继电器。

重力继电器（gravitation type relay）是当继电器断电时，用衔铁重力保证前接点断开，并使后接点闭合的继电器，世界上最早的铁路信号专用继电器都是以座式重力型出现的。

其中，所述通信模块输入接口采用握手信号接收地震报警状态信号。

通信模块输入接口接收高速铁路地震预警监测系统中地震触发逻辑单元给出的报警信号，为避免因输入接口干扰引起的误触发，输入接口设计采用握手信号接收报警信号。其中一个输入IO接口设计为高电平有效的接收选择信号CS，另2个IO接口协议设计为在CS有效时连续接收10个上升沿和下降沿，接收到完整的信号则判断接收到破坏性地震报警信号。该协议设计既能满足时效性，同时也能抵抗输入干扰，避免应急处置装置出现误动作。

其中，所述PLC的输出接口分别控制和驱动2个继电器，继电器1动作完成后，继电器2才能动作。

PLC的输出接口分别控制和驱动2个重力型继电器组合，输出有优先级顺序，继电器1动作后，继电器2才能动作。和继电器1连接的输出接口与输入协议中的上升沿对应，即接收到10个连续上升沿后判断该输出接口有效；同样接收到10个连续下降沿后判断和继电器2连接的输出接口有效。

其中，每组所述继电器单元向牵引变电所牵引变压器的高压断路器控制回路输出三路无源节点。

本装置通过2组冗余的PLC+双继电器组合结构向牵引变电所两台（组）牵引变压器的高压断路器控制回路各输出三路无源节点，三路无源节点中要求有2路常开，1路常闭。其中常开节点闭合时会驱动高压断路器分闸从而触发牵引供电系统断电。

其中，如图2-3所示，三路所述无源节点采用以下方式进行连接：

继电器2的常闭节点81连接IN，继电器2的常闭节点83连接继电器1的常开节点71，继电器1的常开节点72连接OUT；

继电器2的常闭节点61连接IN，继电器2的常闭节点63连接继电器1的常开节点51，继电器1的常开节点52连接OUT；

继电器2的常闭节点41连接继电器1的常开节点31以及IN，继电器2的常闭节点43连接继电器1的常开节点32以及OUT。

考虑到成本、安装空间等因素，以及为保障系统可靠性，降低误动作风险，设计三路无源节点采用上述方式的继电器组合方案。

对应继电器组合无源常开节点，最终目标是当接收到地震报警信号后使得IN和OUT导通。连接继电器1的常开节点与继电器2的常闭节点，由重力型继电器的原理可知，不上电时继电器1处于断开状态（落下），继电器2处于闭合状态（落下）。上电后控制继电器1闭合（吸起），继电器2断开（吸起），这里注意先后顺序，继电器1动作完成后，继电器2才能动作。收到地震信号后继电器1保持闭合（吸起），继电器2落下也处于闭合状态，此时从IN至OUT整条无源节点回路导通。该设计的优点在于当紧急处置装置失电时并不改变继电器组合的常开节点整体状态，有电时回路是断开的，失电时也是断开的，并且不会因为驱动端在上电或失电时的不稳定干扰回路的整体状态。

对应继电器组合无源常闭节点则由继电器1的常开节点和继电器2的常闭节点并联实现。

本应急处置装置具有双套协议输入以及逻辑判断模块，当应急处置装置接收到现场监控单元发布的应急处置信息（三级报警）时，触发继电器组合逻辑控制的牵引变电接口模块继电器动作。外电失电时不触发牵引变电系统断电，应急处置装置动作时间满足相关规范要求，具备手动隔离功能。地震警报信息解除后，应急处置装置恢复正常状态。应急处置装置还可以实时采集继电器接口的状态反馈给监控主机。

本实施例中的高速铁路地震预警应急处置装置，当通信模块接收到现场监控单元发出的地震报警状态信号时，通过冗余设置的继电器单元控制牵引变电接口切断列车供电。

实施例

提供一种高速铁路地震预警应急处置方法，其采用了如实施例一所述的高速铁路地震预警应急处置装置，其中，包括如下步骤：

S1.通信模块与现场监控单元进行通信，传输现场监控单元发出的地震报警状态信号；

S2.控制模块根据接收到的地震报警状态信号，向继电器模块输出报警控制命令；

S3.继电器模块采用冗余设置的继电器单元，根据报警控制命令向牵引变电系统传送地震报警信息。

该方法可同样适用于列控系统，需要注意的是，列控系统（或称信号系统） 原理与牵变系统不同，它不是无源节点，是2组各两路有源节点，需要供电，而且通信协议的报警等级和含义也不同。

如图3所示，继电器模块工作原理如下：

通过继电器1和继电器2的节点组合实现三路无源节点，其中要求有2路常开，1路常闭。

对应继电器组合无源常开节点，最终目标是当接收到地震报警信号后使得IN和OUT导通。连接继电器1的常开节点与继电器2的常闭节点，由重力型继电器的原理可知，不上电时继电器1处于断开状态（落下），继电器2处于闭合状态（落下）。上电后控制继电器1闭合（吸起），继电器2断开（吸起），这里注意先后顺序，继电器1动作完成后，继电器2才能动作。收到地震信号后继电器1保持闭合（吸起），继电器2落下也处于闭合状态，此时从IN至OUT整条无源节点回路导通。该设计的优点在于当紧急处置装置失电时并不改变继电器组合的常开节点整体状态，有电时回路是断开的，失电时也是断开的，并且不会因为驱动端在上电或失电时的不稳定干扰回路的整体状态。

对应继电器组合无源常闭节点则由继电器1的常开节点和继电器2的常闭节点并联实现。

本实施例中的高速铁路地震预警应急处置方法，当通信模块接收到现场监控单元发出的地震报警状态信号时，通过冗余设置的继电器单元控制牵引变电接口切断列车供电。

以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种高速铁路地震预警应急处置装置，其特征在于：所述装置包括：

通信模块、控制模块和继电器模块；

所述通信模块，用于与现场监控单元进行通信，传输现场监控单元发出的地震报警状态信号；

所述控制模块，与通信模块电性连接，用于根据接收到的地震报警状态信号，向继电器模块输出报警控制命令；

所述继电器模块，与控制模块电性连接，采用冗余设置的继电器单元，用于根据报警控制命令向牵引变电系统传送地震报警信息。

2.如权利要求1所述的高速铁路地震预警应急处置装置，其特征在于：所述控制模块包括2组PLC，所述继电器模块包括2组继电器单元；

一组所述PLC与一组所述继电器单元电性连接，另一组所述PLC与另一组所述继电器单元电性连接。

3.如权利要求2所述的高速铁路地震预警应急处置装置，其特征在于：每组所述继电器单元包括2个继电器；

每组所述PLC，与所述通信模块电性连接，用于根据接收到的地震报警状态信号，控制与其电性连接的所述继电器进行相应启闭；

2个所述继电器，分别与同组所述PLC电性连接，用于根据所述PLC的控制向牵引变电系统进行断电控制。

4.如权利要求3所述的高速铁路地震预警应急处置装置，其特征在于：所述继电器为重力型继电器。

5.如权利要求1所述的高速铁路地震预警应急处置装置，其特征在于：所述通信模块输入接口采用握手信号接收地震报警状态信号。

6.如权利要求3所述的高速铁路地震预警应急处置装置，其特征在于：所述PLC的输出接口分别控制和驱动2个继电器，继电器1动作完成后，继电器2才能动作。

7.如权利要求3所述的高速铁路地震预警应急处置装置，其特征在于：每组所述继电器单元向牵引变电所牵引变压器的高压断路器控制回路输出三路无源节点。

8.如权利要求7所述的高速铁路地震预警应急处置装置，其特征在于：三路所述无源节点采用以下方式进行连接：

继电器2的常闭节点81连接IN，继电器2的常闭节点83连接继电器1的常开节点71，继电器1的常开节点72连接OUT；

继电器2的常闭节点61连接IN，继电器2的常闭节点63连接继电器1的常开节点51，继电器1的常开节点52连接OUT；

继电器2的常闭节点41连接继电器1的常开节点31以及IN，继电器2的常闭节点43连接继电器1的常开节点32以及OUT。

9.一种如权利要求1-8任一项所述的高速铁路地震预警应急处置装置的高速铁路地震预警应急处置方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1.通信模块与现场监控单元进行通信，传输现场监控单元发出的地震报警状态信号；

S2.控制模块根据接收到的地震报警状态信号，向继电器模块输出报警控制命令；

S3.继电器模块采用冗余设置的继电器单元，根据报警控制命令向牵引变电系统传送地震报警信息。

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