基于純國產(chǎn)信號設(shè)備的京津城際延伸線CTCS-3D級列控系統(tǒng)方案介紹

張新明 王俊高 段 武

京津城際延伸線 (天津站至于家堡站)工程設(shè)計時速300 km，正向追蹤間隔3 min，反向運行采用自動站間閉塞。共設(shè)4個車站和2個線路所，分別是天津站 (既有)、機場西線路所、軍糧城北站、濱海西線路所、塘沽站城際場和于家堡站。

京津城際鐵路采用CTCS-3D級列控系統(tǒng)，其特點是:地面設(shè)備以國外ETCS-1級列控系統(tǒng)為基礎(chǔ)，在對其進行了適應(yīng)性功能擴展 (改造國外設(shè)備，增加國產(chǎn)設(shè)備)后，可同時滿足ETCS-1級和CTCS-2級列控系統(tǒng)的功能需求。京津城際延伸線可以采用與京津城際鐵路一致的列控系統(tǒng)方案，簡稱為“京津城際方案”。

在滿足與京津城際鐵路互聯(lián)互通的前提下，本文提出一種采用純國產(chǎn)信號設(shè)備，在對國內(nèi)客專CTCS-2級地面列控系統(tǒng)進行適應(yīng)性修改的基礎(chǔ)上，構(gòu)建京津城際延伸線CTCS-3D級列控系統(tǒng)的方案，簡稱為“本文方案”，在主要控車功能方面雖與京津城際方案基本一致，但同時又進行了適當功能優(yōu)化。

下面具體對這2種方案的部分功能進行對比分析。本文方案中的CTC(調(diào)度集中控制)、列控中心、計算機聯(lián)鎖和臨時限速服務(wù)器等地面設(shè)備的組成、結(jié)構(gòu)、功能和接口，盡可能與國內(nèi)客專CTCS-2級列控系統(tǒng)標準保持一致。圖1給出了本文方案中延伸線調(diào)度臺、CTC、列控中心、計算機聯(lián)鎖和臨時限速服務(wù)器的接口關(guān)系示意圖，其中虛線框表示既有設(shè)備改造，實線框表示新增設(shè)備。

圖1 本文方案中部分地面設(shè)備的接口關(guān)系示意圖

1 聯(lián)鎖與室外信號機

在京津城際方案中，延伸線全線設(shè)置1套Simis-W區(qū)域控制聯(lián)鎖系統(tǒng)，實現(xiàn)區(qū)間和站內(nèi)進路控制。該聯(lián)鎖系統(tǒng)控制MSTT(軌旁控制模塊)，由MSTT控制站內(nèi)信號機和區(qū)間白燈。進、出站信號機均采用矮型“紅、封、白”機構(gòu)，常態(tài)點燈;調(diào)車信號機采用標準機構(gòu)，常態(tài)點燈。區(qū)間閉塞分區(qū)分界處設(shè)置帶白燈的停車標志牌。

在本文方案中，每站各設(shè)置1套國產(chǎn)計算機聯(lián)鎖設(shè)備，只實現(xiàn)站內(nèi)接、發(fā)車進路控制 (不控制區(qū)間白燈)。站內(nèi)信號機的設(shè)置與京津城際方案一致，而在區(qū)間閉塞分區(qū)分界處設(shè)置不帶白燈的停車標志牌，由列車上的機車信號顯示來指導(dǎo)司機進行區(qū)間停車后的啟車越行控制。具體分析如下。

1.在京津城際方案中，由聯(lián)鎖系統(tǒng)控制區(qū)間的進路辦理，區(qū)間辦理進路后，白燈亮，區(qū)間進路解鎖后，白燈滅，常態(tài)滅燈。在本文方案中，國產(chǎn)計算機聯(lián)鎖不控制區(qū)間進路，不能實現(xiàn)京津城際方案的點燈方式。

2.若以控制國內(nèi)區(qū)間通過信號機的方式來控制白燈，則只要運行前方區(qū)段空閑，白燈就亮，常態(tài)為亮燈。這與京津城際方案的點燈含義不同，一燈二含義會誤導(dǎo)司機。

3.裝備ETCS-1級或CTCS-2級車載設(shè)備的動車上都有機車信號顯示，由機車信號指導(dǎo)司機是可行的。

2 列控中心

在京津城際方案中，每個車站各設(shè)置1套國產(chǎn)列控中心，其功能如下。

1.根據(jù)軌道區(qū)段占用狀態(tài)、區(qū)間閉塞方向、落物防護區(qū)段報警信息及來自計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的進路信息，控制站內(nèi)和區(qū)間軌道電路的載頻和低頻信息編碼，并控制站內(nèi)及區(qū)間軌道電路發(fā)碼方向。

2.實現(xiàn)站間運行方向與閉塞控制。

3.與鄰站列控中心之間傳輸區(qū)間軌道電路狀態(tài)、區(qū)間閉塞和方向條件等安全信息，以及相關(guān)狀態(tài)信息。

4.根據(jù)列車在區(qū)間的走行邏輯，對軌道電路占用、出清、非正常邏輯進行判斷和報警，并采取必要的防護措施。

本文方案中的列控中心除實現(xiàn)上述功能外，還具備如下功能:通過列控安全數(shù)據(jù)網(wǎng)接收來自臨時限速服務(wù)器的限速信息，以及來自計算機聯(lián)鎖的車站進路信息;根據(jù)限速設(shè)置、站內(nèi)進路狀態(tài)、軌道區(qū)段占用狀態(tài)、區(qū)間閉塞方向和落物防護區(qū)段報警等信息，實現(xiàn)有源應(yīng)答器報文(采用預(yù)存報文方式)的邏輯選擇;通過若干室內(nèi)和室外LEU，將所選報文傳至站內(nèi)和區(qū)間相應(yīng)的有源應(yīng)答器。

3 LEU設(shè)置

在京津城際方案中，所有有源應(yīng)答器都由軌旁控制模塊MSTT控制，不考慮有源應(yīng)答器控制模塊或控制端口的冗余性。

在本文方案中，采用LEU控制有源應(yīng)答器，其特點如下。

1.進、出站信號機處的有源應(yīng)答器由室內(nèi)LEU控制。控制進站信號機處有源應(yīng)答器的LEU采用冗余設(shè)置;控制出站信號機處有源應(yīng)答器的LEU按照N+1冷備方式設(shè)置。

2.采用室外LEU控制區(qū)間的有源應(yīng)答器。列控中心通過光通信方式控制室外LEU。考慮每個室外LEU控制同一條線上相鄰的2個有源應(yīng)答器，且實現(xiàn)端口熱備冗余。

3.客專CTCS-2級列控中心標準:最多控制16個LEU。本文方案中，為了提高系統(tǒng)工作穩(wěn)定性，避免系統(tǒng)的滿負荷運行，建議每站列控中心的LEU控制量不超過14個。

4 調(diào)度臺與臨時限速

在京津城際方案中，臨時限速命令由調(diào)度臺擬定后，通過CTC系統(tǒng)發(fā)送給Simis-W區(qū)域控制聯(lián)鎖系統(tǒng)，聯(lián)鎖根據(jù)該限速命令以及相關(guān)進路狀態(tài)、落物防護區(qū)段報警等信息，控制MSTT的報文選擇。京津城際延伸線可以與原京津城際鐵路合并調(diào)度臺。

本文方案:

1.與京津城際鐵路調(diào)度臺相鄰設(shè)置京津城際延伸線調(diào)度臺。在天津城際場銜接處互設(shè)復(fù)示終端，以方便調(diào)度人員對全線運行情況的掌握。運行圖與調(diào)度命令等無法實現(xiàn)貫通，需要按照獨立線路處理。

2.各站新設(shè)CTC站機，接入北京局客專調(diào)度所CTC總機系統(tǒng)。

3.臨時限速命令由新設(shè)置的京津城際鐵路延伸線調(diào)度臺擬定，通過臨時限速服務(wù)器 (京津城際延伸線全線設(shè)置一套臨時限速服務(wù)器)給各站列控中心下達。

4.臨時限速區(qū)按閉塞分區(qū)管理，正線限速級別只考慮45、80和160 km/h三擋，側(cè)線限速級別只考慮45、80 km/h二擋，不對一定線路范圍內(nèi)最多允許設(shè)置幾處限速作額外限制。由調(diào)度臺負責限速區(qū)和限速級別擬訂時的管理和限制。臨時限速服務(wù)器和列控中心維持國內(nèi)客專CTCS-2級標準不變。

5.在京津城際方案中，應(yīng)答器報文里的線路速度信息包，不僅包含了線路的固定限速，還隱含了臨時限速。本文方案也采用這種方式。

5 應(yīng)答器組與報文

圖2 本文方案中的區(qū)間應(yīng)答器組布置

在京津城際方案中，區(qū)間正方向運行采用追蹤方式，在正方向每個閉塞分區(qū)入口處設(shè)置1個應(yīng)答器組 (含1個有源應(yīng)答器+2個無源應(yīng)答器)，有源應(yīng)答器發(fā)送控制正向行車所需要的ETCS-1級行車許可和線路速度信息，無源應(yīng)答器發(fā)送控制正向行車所需要的應(yīng)答器鏈接、線路坡度、軌道區(qū)段、不含臨時限速信息的CTCS-2包、公里標、文本(車站、橋梁、隧道等名稱)和分相區(qū)信息等。這與本文方案一致 (如圖2所示)。區(qū)間反方向運行采用自動站間閉塞方式，在發(fā)車站的離去區(qū)段上設(shè)置1個區(qū)間應(yīng)答器組 (含1個有源應(yīng)答器+2個無源應(yīng)答器)，有源應(yīng)答器發(fā)送控制反向行車所需要的ETCS-1級行車許可和線路速度信息，無源應(yīng)答器發(fā)送控制反向行車所需要的應(yīng)答器鏈接、線路坡度、軌道區(qū)段、不含臨時限速信息的CTCS-2包、公里標、文本和分相區(qū)信息。另外在接車站的接近區(qū)段設(shè)置1個區(qū)間應(yīng)答器組 (含1個有源應(yīng)答器)，發(fā)送用于站內(nèi)反向接車的ETCS-1級注入應(yīng)答器報文 (含注入位置參考信息、ETCS-1級行車許可和線路速度信息)。本文方案則將該注入應(yīng)答器取消，代以純定位應(yīng)答器，其功能由相鄰的區(qū)間有源應(yīng)答器實現(xiàn) (如圖2所示)。

在京津城際方案中，進站信號機和出發(fā)信號機處的應(yīng)答器組采用2個有源應(yīng)答器+1個無源應(yīng)答器的設(shè)置方式。本文方案將組內(nèi)有源應(yīng)答器簡化為1個，即采用1個有源應(yīng)答器+1個無源應(yīng)答器的設(shè)置方式，該有源應(yīng)答器整合了ETCS-1級車載設(shè)備和CTCS-2級車載設(shè)備需要的控車信息 (如圖3所示)。有源應(yīng)答器功能合并可以減少列控中心的LEU負載，有利于整個系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性。相關(guān)應(yīng)答器組報文內(nèi)容如下。

圖3 本文方案中的站內(nèi)應(yīng)答器組布置

1.進站信號機處有源應(yīng)答器的正線接車進路報文，包含接車方向有效的應(yīng)答器鏈接、ETCS-1級行車許可和線路速度信息。

2.進站信號機處有源應(yīng)答器的側(cè)線接車進路報文，包含接車方向有效的應(yīng)答器鏈接、ETCS-1級行車許可、線路速度和軌道區(qū)段信息。

3.進站信號機處無源應(yīng)答器報文，包含接車方向有效的線路坡度信息、不含臨時限速信息的CTCS-2包以及相反方向的調(diào)車危險信息。

4.出發(fā)信號機處有源應(yīng)答器的正線發(fā)車進路報文，包含發(fā)車方向有效的應(yīng)答器鏈接、ETCS-1級行車許可和線路速度信息。

5.出發(fā)信號機處有源應(yīng)答器的側(cè)線發(fā)車進路報文，包含發(fā)車方向有效的應(yīng)答器鏈接、ETCS-1級行車許可、線路速度和軌道區(qū)段信息。

6.出發(fā)信號機處無源應(yīng)答器報文包含發(fā)車方向有效的線路坡度、公里標和不含臨時限速信息的CTCS-2包。

對于區(qū)間和站內(nèi)的純定位應(yīng)答器，本文方案與京津城際方案保持一致。

在京津城際方案中，側(cè)線股道上安置注入應(yīng)答器組，實現(xiàn)列車側(cè)線通過的提前提速 (減少效率損失)。本文方案將該注入應(yīng)答器組取消，代以純定位應(yīng)答器，提高側(cè)線通過效率的功能由股道入口處的有源應(yīng)答器承擔，該有源應(yīng)答器發(fā)送CTCS-2級發(fā)車進路預(yù)告報文+ETCS-1級注入應(yīng)答器報文。當辦理側(cè)進側(cè)出通過進路或直進側(cè)出通過進路時，股道入口處有源應(yīng)答器發(fā)送與通過進路方向一致的應(yīng)答器鏈接、注入位置參考信息、ETCS-1級行車許可、線路速度和軌道區(qū)段信息 (如圖3所示)。

6 落物防護

在京津城際方案中，列控中心根據(jù)來自落物防護區(qū)段的報警信息控制落物區(qū)段及其上一個軌道區(qū)段發(fā)送紅碼，Simis-W聯(lián)鎖根據(jù)落物報警信息，縮短相關(guān)有源應(yīng)答器報文中的ETCS-1級行車許可，并通過軌旁控制模塊MSTT將更新后的報文發(fā)送給有源應(yīng)答器。ETCS-1級車載設(shè)備接收到由機車信號發(fā)送的碼序突變指令后觸發(fā)制動，并在運行前方有源應(yīng)答器處收到縮短的ETCS-1級行車許可。客專CTCS-2級車載設(shè)備根據(jù)接收到的突變碼序重新計算出縮短的CTCS-2級行車許可。

本文方案則由列控中心整合京津城際方案中列控中心和Simis-W聯(lián)鎖兩者的落物防護功能。

7 結(jié)束語

本文提出一種基于純國產(chǎn)信號設(shè)備的京津城際延伸線CTCS-3D級列控系統(tǒng)方案，該方案在對國外先進的高鐵信號技術(shù)引進、消化、再創(chuàng)新方面，進行了大膽的嘗試。以下給出了京津城際方案和本文方案的對比，如表1所示。

表1 京津城際方案和本文方案的對比

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