“四電集成”技術在京津城際軌道交通的應用探索

于小四

(中鐵七局集團電務工程有限公司,鄭州 450016)

1 概述

京津城際軌道交通是一條新建的連接兩個城市的城際鐵路線,長約 120km。該線的大部分為高架線,最大設計速度為 350km/h,最大運營速度為 300km/h。沿線共設 5座車站,其中北京南和天津為始發站,其余 3座為中間站。為迎接 2008年北京夏季奧林匹克運動會,京津城際軌道交通將于 2008年 8月正式投入商業運營。為實現此目標,京津城際軌道交通采用了先進的、成熟的世界高速鐵路系統技術。為了滿足客流預測的需求,用于運營的電動車組將以長、短兩種編組方式,分別可載客1200人和 600人。預計到 2020年高峰小時客流量將達7991人次每小時單方向,2030年將達10078人次每小時單方向。為滿足此運能需求,列車運營的最小行車間隔應為 3min。調度和運行控制應采用先進的自動信號和微機聯鎖系統。

2 四電集成技術特點

2.1 信號系統

京津城際軌道交通信號系統主要由西門子提供的SIMISW微機聯鎖系統、TRAINGUARD列控設備以及通號公司提供的 DS6-K5B計算機聯鎖、ZPW-2000A軌道電路、列控中心TCC、CTC協議轉換子系統、信號集中監測子系統、25Hz軌道電路等設備構成。本信號系統是歐洲ETCS-1級列車運行控制系統,滿足設計速度350 km/h和運營速度 300km/h,正向 3min的運行間隔設計要求,本系統能夠兼容中國 CTCS-2級列車運行控制系統,滿足 200km/h動車組上線運行的要求。

本信號系統包含以下主要設備:

(1)西門子 ETCS-1級 ATP車載設備和軌道電路讀取器 TCR。

(2)西門子應答器和軌旁電子單元 LEU。

(3)西門子 SIMISW微機聯鎖設備、ACC區域控制計算機。

(4)西門子 MSTT現場控制單元、SIWES多機控制器。

(5)DS6-K5B計算機聯鎖。

(6)軌道空閑檢測設備 ZPW-2000A軌道電路。

(7)軌道空閑檢測設備 25Hz軌道電路。

(8)列控中心 TCC。

(9)CTC協議轉換子系統。

(10)信號集中監測子系統。

(11)信號電源子系統。

以上各子系統構成一個完整的 ETCS-1級列車運行控制系統,滿足設計速度 350km/h和運營速度 300 km/h,正向 3min的運行間隔設計要求,并滿足調度中心對京津全線的調度集中(CTC)控制。

2.2 通信系統

京津城際軌道交通通信系統滿足京津城際軌道交通操作人員、管理人員和維護人員能夠在調度中心、動車段維護區域、車站以及鐵路沿線進行語音、數據和視頻通信。本系統是一套集成系統,能根據不同的運營模式將各個子系統集成為一個協同工作的系統。本通信系統包括專用移動通信系統、傳輸和接入系統、數據網、調度通信系統、電話交換系統、救援指揮通信系統、通信綜合網管系統、同步時鐘分配系統、電源系統、通信光纜系統、動力及環境監控系統、車站段所綜合布線等 12個子系統。

專用移動通信系統采用 GSM-R數字移動通信制式,為鐵路專用移動通信系統。滿足 350km/h運行速度下語音、數據傳輸。

傳輸和接入系統采用 SDH制式,由 6個節點構成骨干傳輸系統,包括各車站、城際公司、動車段、維修段、調度中心、電力站、基站等。

數據網為京津城際軌道交通提供基于 TCP/IP應用的網絡連接業務,此數據網是鐵路數據網的組成部分,能夠在調度中心實現與既有鐵路數據網互聯。

在北京調度中心設置調度交換機,利用傳輸系統的 2M通道在各車站開通鐵路專用數字調度系統作為客運專線的調度通信系統。

救援指揮通信系統提供鐵路沿線在事故搶險時所需要的現場語音通信以及現場與調度中心之間的語音、數據、圖像通信業務。

通信綜合網管系統管理范圍包括傳輸接入系統、調度通信系統、電源系統、數據網、同步和時鐘分配系統、動力及環境監控系統、GSM-R、電話系統等,提供故障管理和資源管理功能。本系統為京津城際軌道交通所有數字通信系統提供同步時鐘信號,并為各車站提供統一標準時間信號。時鐘源利用鐵通公司基準時鐘信號,并有GPS做備用時鐘。本系統采用西門子 SCADA系統平臺對車站重點區域、通信、信號無人機房的電源系統、環境實施包括視頻在內的綜合監控系統。

2.3 電力系統

用電負荷主要包括沿線車站通信、信號、綜合調度系統、動車設備、維修、給排水、空調通風、照明等負荷。區間用電負荷主要有:通信、信號中繼站、牽引所備用電源。

負荷分類:

一級負荷主要包括通信、信號、綜調中心、電力調度中心、應急照明及防災系統、車輛軸溫檢測系統、專為通信信號設備配備的附屬設施。

二級負荷主要包括動車設備、維修、給水、車站建筑照明及站場照明。

其余為三級負荷。

一級負荷由供電網絡為其提供兩路獨立電源,二級負荷有條件時由供電網絡為其提供兩路電源,三級負荷供電網絡為其提供一路電源。

客運專線的鐵路電力系統的主要設備特點為:模數化、標準化、免維護、少維修。當鐵路電力系統的一級負荷發生兩路供電電源同時停電時,系統內部恢復其供電的時間不大于 3min。

沿線設置的變配電所及全線鋪設的兩回 10kV電力貫通線構成。10kV電力貫通線全部采用單芯銅鎧銅芯電纜沿電纜槽敷設或直埋敷設方式。

HINT1基因突變所致的遺傳性軸突型神經病1例報告 ………………………… 李潔，張麗，湯其強，等 394

所有新設變、配電所按照免維護、無人值班設計,依靠 SDACA系統遠動操作、監視。全線電力設備納入牽引供電 SCADA子系統監控。

所有新建變、配電所 35kV高壓開關柜采用 8D系列(或更新)型、10kV高壓開關柜采用 8D系列(或更新)型免維護 SF6氣體絕緣開關柜,變壓器采用干式變壓器,低壓柜采用模數化組合式開關柜,低壓空氣開關選用遠程可操作式。沿線與行車有關的通信、信號、綜合調度系統采用箱式變電站供電;箱式變電站內設備由SCADA系統遠程操作、監視,并配置相應的測控單元。

2.4 電力牽引供電系統

系統集成商所提供的供變電、SCADA、設備應是免維護、無維修(如確需少量維護的,由系統集成商負責),接觸網設備應達到免維護、少維修的原則要求。

牽引供電系統的設計應確保安全可靠和運營方便,高速正線采用 2×25kV(AT)供電方式,牽引變電所接引電力系統兩回獨立可靠的 110kV電源,每個牽引變電所設置 2組牽引變壓器,在任何情況下一組投入運行,另一組備用。110kV采用戶外布置,2×25kV側開關設備采用戶內 GIS開關柜并應互為熱備用。具體電力牽引供電系統配置見表1。

表1 京津城際軌道交通電力牽引供電系統配置

對于樞紐地區高中速聯絡線、動車組走行線和動車段(所)等采用 1×25kV(帶回流線的直接)供電方式。

接觸網采用全補償簡單鏈型懸掛為主,硬性支持結構,部分工程或試驗區段為全補償彈性鏈型懸掛、動車段檢修庫部分采取移動式剛性結構。

3 四電集成技術應用方法

客運專線的線路橋隧較多,留給站后四電施工工期異常緊張,300km區段線路站后施工只有 4～5個月,700km以上的工程有效施工工期只有 7個月。客運專線對站后四電施工組織影響較大的是電力和接觸網兩個專業,同時綜合調試帶來了許多新技術。

3.1 通信專業

3.1.1 光、電纜敷設

根據設計圖紙及線路復測結果,優化光纜配盤,避免在橋上接頭,減少光、電纜浪費。同時,要考慮通信站、中繼站兩側光纜長度大于 1km。施工要嚴格按規定進行,嚴禁浪涌、背扣及損傷外護套。光電纜埋深、預留、彎曲半徑、防護等各項指標符合《鐵路運輸通信工程施工質量驗收標準》(TB10418—2003)的規定。

3.1.2 光纜接續及中繼段測試

光纜接續采用鐵道部《鐵路光纜數字通信工程施工規定》和《光纜接續操作細則》施工。接續同時采用OTDR遠端環回雙向監測,及時計算出接頭的實際衰耗值,保證接續的質量。所有光纜接頭處同側金屬護套和加強芯相互連通,但兩側金屬護套和金屬加強芯不作電氣連通,也不接地。光纜接續卡一式兩份在接續的同時填寫,一份封在接頭盒內,一份留檔。光纜成端接續完畢,進行中繼段光纖指標測試,測試曲線存盤,測試數據作為驗交和將來維護使用的依據。

3.1.3 設備安裝與調測光

各種專用通信設備的布置一般以設計圖紙中的設備平面布置圖為基礎,并考慮行車指揮人員的方便;電氣化區段的車站引入柜、綜合柜應對地絕緣。各種機架的架身應垂直于地面,垂直偏差應小于架身長度的千分之一。電源設備架內配線應分布在機架內兩側,相互平行或垂直,并采用塑料綁扎帶集中綁扎,排列應整齊、順直。交直流電源線分開敷設,直流電源線的正負極應有顏色區分。設備安裝與調測先以一個站為示范點,對施工工藝要求做進一步的規范、明確。示范站安裝完成后再進行其他通信站和中間站的安裝、配線。設備加電并加載數據后,設備測試組開始設備單機測試。設備單機測試完成后,首先對傳輸系統和程控交換系統進行系統測試,之后,再把各種終端設備接入,進行聯網試驗,最后開通。

3.1.4 驗收交接

工程施工結束后認真組織進行自檢,發現問題及時處理。認真做好竣工資料的收集、整理,各種竣工資料要齊全,真實、準確。積極配合建設單位、接管單位進行驗收及各項指標的測試工作。正式驗收交接前,定期對線路進行巡檢,確保線路和設備的安全。

3.2 信號專業

在施工過程中,根據電纜訂貨長度進行配盤,盡量避免電纜接頭。ZPW-2000A軌道電路系統為我國目前安全性高、傳輸性能好、能滿足 ATP系統要求的一種先進制式的軌道電路。ZPW-2000A軌道電路可適用于牽引電流1600A,不平衡電流200A的電氣化牽引區段。分別適用站內有絕緣和區間無絕緣軌道電路。

3.3 接觸網專業

3.3.1 施工組織

京津城際軌道交通施工組織推行的模式為“六化”:即施工人員專業化、施工作業標準化、施工機具專用化、施工計算電腦化、施工檢測科學化和施工組織合理化。

在工程實施中統一工藝標準,以程序化施工為指導思想。從施工測量開始,利用先進的精密儀器對工程質量進行有效控制。

材料、設備材料到現場后,按照有關工藝標準組織施工,并請生產廠家派技術人員進行技術服務,實行標準化施工,工程質量達到安全可靠、整齊美觀、標準統一、減少維修。

3.3.2 支柱安裝

接觸網支柱安裝主要采用機械化方式。軌道鋪架前,支柱安裝采用汽車吊或高架橋支柱專用安裝設備進行安裝,軌道鋪架后采用安裝列車進行安裝。支柱進行整正時采用無輔助獨立整桿器進行整正。

3.3.3 支持定位裝置安裝

支持定位裝置安裝采用四化一到位的施工方法:即計算微機化、預配工廠化、安裝機械化、測量科學化,要求一次達到設計標準的施工方法。加強施工人員的技術培訓和現場指導,確保“四個一次到位”技術得到最大限度的推廣應用。

接觸網施工的基準點軌面高程、線路中心線和超高是保證支柱裝配質量的關鍵。根據現場實測的原始數據,借助計算機程序自動生成的《腕臂預配數據表》,利用該表中相關數據在預配車間對定位裝置進行預配,并按要求進行標識。

定位裝置是弓網受流的關鍵部件,其安裝質量直接影響接觸網的安全運行。其定位支座的安裝高度、拉出值、限位間隙和定位器斜率或定位器允許抬升量是定位裝置施工安裝關鍵的四要素。

3.3.4 接觸導線、承力索架設

承力索、接觸線架設質量,特別是接觸線架設后平直度直接影響到弓網受流質量,為保證導線平直度和良好的弓網受流質量,承力索和接觸線采用錨段配盤,必須采用恒張力架線車組進行架設,同時采用超拉或額定張力自然延伸等措施使新線初伸長(蠕變)一次基本出盡,保證接觸懸掛調整一次到位。

3.3.5 附加導線架設

為提高附加線(正饋線、供電線等)質量和工效,附加線耐張段采取無接頭技術,實行錨段量級物資配盤;其次,施工組織采取:“作業車 +平板車”+“作業車”的組織方式,前面的作業車為牽引動力,采用雙支撐架架設回流線的方法,雙支撐架安裝在作業臺上,在放線過程采取小張力架設,回流線不易散股;后面的“作業車”配合前面的作業車在肩架上安放滑輪并把附加導線及時放在滑輪中,避免在支柱處磨損。

3.3.6 吊弦安裝

接觸懸掛的安裝質量與接觸線高度的關鍵在于整體吊弦的安裝質量,吊弦的測量、計算、預配、安裝要一次安裝到位,并采用成熟可靠的計算方法和施工工藝。懸掛點承力索高度、跨距是計算的基礎,務求準確,根據各測量參數自動生成《吊弦預配表》。

依據《吊弦預配表》,作業人員在預配車間利用專用整體吊弦制作裝置進行吊弦制作,進行標示,并對制作好的吊弦進行長度檢查,按要求分錨段、跨距號進行包裝。安裝時嚴禁踩踏導線和給導線施加外力,線夾一次安裝到位,避免產生硬點。

3.3.7 檢測試驗

施工單位應建立完善的接觸網檢測體系,配備先進的檢測工具和儀器。并采用多功能激光接觸網測量儀等儀器進行無接觸靜態檢測。同時,配合鐵道部組織的動態檢測,主要在工程完工后進行對接觸網安全檢測,分低速動態檢測和高速動態檢測,低速動態檢測采用接觸網冷滑裝置或接觸網弓網接觸力測量裝置;高速動態檢測采用接觸網圖像分析測量系統,主要測量弓網接觸力、定位器抬升(檢測車測量、地面測量)、受電弓運行加速度、離線率(電弧),視頻記錄等。

3.4 電力及變配電

對采用的 2×25kV組合電器(GIS),尤其是它的現場安裝拼組、調整是 GIS組合電器安裝調整的重要步驟和質量控制環節。作業人員必須嚴格按照產品安裝說明書要求的工藝流程進行安裝和測試。熟悉產品設計意圖,掌握拼組、調整的技能。

安全監控系統包括視頻監控、防災報警、防盜報警、環境參數檢測等。關鍵在于各監測點設備的位置和空間角度的調整、調試和聯調。

安裝調整結束后,當地視頻監控盤和室內外攝像機的安裝位置符合設計要求,攝像機的監控范圍及云臺旋轉角度符合產品的技術規定。系統啟動后,能夠立即啟動當地監控主機圖像監視系統,并同時向監控中心傳輸圖像。

SCADA系統主要由控制中心和被控端以及通信通道構成,其中包括牽引供電被控端子系統、電力被控端子系統、車站信號電源箱和無線列調電源箱被控端子系統、控制中心子系統和復式終端子系統以及視頻安全監控系統。

電力貫通線工程電纜敷設方式以電纜溝內敷設為主,電纜溝的開挖與制作由土建單位完成。

電力貫通線工程包括:電纜路徑測量定位、高壓電纜敷設、電纜中間頭制作、箱式變電站定位測量、箱式變電站安裝等內容。為減少中間接頭,依據設計圖紙對電纜線路徑路進行測量后合理配盤,安裝嚴格按相應技術要求和安裝手冊進行;耐壓強度試驗按相關規定進行。

4 結語

實踐證明:“四電集成”綜合應用技術在京津城際軌道交通推廣應用以來,取得較好的技術、經濟和社會效益,為以后客運專線建設提供了大量可以借鑒的技術參考,同時在系統調試方面、電纜上橋、專業配合、安裝工藝等等方面也提供了更多思考。

[1]鐵建設[2006]167號,客運專線鐵路電力牽引供電施工質量驗收暫行標準[S].

[2]鐵道部經濟規劃研究院.客運專線鐵路電力牽引供電工程施工技術指南[S].北京:中國鐵道出版社,2007.

[3]中華人民共和國鐵道部.鐵路工程施工安全技術規程(下冊)[S].北京:中國鐵道出版社,2006.

[4]于小四.電氣化鐵道接觸網施工技術指南[M].北京:中國鐵道出版社,2009.