北京地鐵新機場線長大區間信號設備控制距離解決方案的研究

支 柱

（1.北京全路通信信號研究設計院集團有限公司，北京 100070；2.北京市高速鐵路運行控制系統工程技術研究中心，北京 100070）

北京地鐵新機場線長大區間信號設備控制距離解決方案的研究

支 柱1，2

（1.北京全路通信信號研究設計院集團有限公司，北京 100070；2.北京市高速鐵路運行控制系統工程技術研究中心，北京 100070）

北京地鐵新機場線站間距離長，使得室外信號設備的控制距離很長，這與常規的地鐵線路中正線的信號控制距離差別較大。從信號系統設計初期的角度研究在長大區間中如何保證信號設備在用電、信號傳輸以及信號設備的管理維護等方面的要求。對涉及到的各種軌旁信號設備應采取的解決方案進行分析與研究，通過實際調查與計算，確定方案的可行性。并對后期信號設備的管理維護提出解決方案。

長大區間；信號軌旁設備；維護管理

1 提出問題

北京軌道交通新機場線是連接中心城與新機場的軌道交通線路。線路全長41.36 km，一期共設3座車站，平均站間距19 km，其中具體的站間距如表1所示。

表1 車站間距

北航站樓站至磁各莊站之間距離長達25 km多，磁各莊站至草橋站之間距離長達13 km多。根據聯鎖區的劃分，北航站樓站與磁各莊站區間中最遠的室外信號設備至位于站內的信號設備室距離長達13 km多；磁各莊站與草橋站區間中最遠的室外信號設備至位于站內的信號設備室距離長達6 km多。這與常規的地鐵線路正線上1～2 km（一般不超過3 km）的信號控制距離差別較大。

通常情況下，城市軌道交通區間軌旁設備包括信號機、轉轍機、道岔缺口監測設備、計軸、應答器等，這些設備常規線徑的控制距離如表2所示。

通常設備集中站對區間軌旁設備的控制可采用通過常規線徑的電纜來實現直接控制。而新機場線中最長達13 km的控制距離需要從信號系統設計初期就考慮到在長大區間中保證信號設備在用電、信號傳輸等方面的特殊要求，以及工程建成開通運營后對長大區間信號設備的管理維護。

2 解決方案

1）在長大區間的信號軌旁設備

a.線路在新機場北停車場與正線銜接處設置16組道岔，這些道岔距離新機場北航站樓站約4 km。

表2 信號設備常規線徑的控制距離

b.在上述轉轍機的岔前岔后，根據作業需要設置相應信號機、計軸、應答器等軌旁設備。

c.在地下區間風井處、路基段與地下段分界處設置區間分界點信號機、計軸、應答器等軌旁設備。

2）這些軌旁信號設備在長大區間距離設備集中站較遠，每一種信號區間軌旁設備可采用不同的控制方式來實現超長距離控制，如加粗線徑、加芯、增加中繼設備等方式來實現設備集中站對區間軌旁設備的長距離控制。具體解決方案如下：

a.信號機：通過采用1.4 mm線徑的電纜，同時在室內增加隔離變壓器提高室內送電電源電壓的方式來實現對本工程信號機的長距離控制。

AC110 V的信號機點燈變壓器一次側輸入電壓為85～110 V，一次側電流為128～135 mA。如果按照1.4 mm加芯方式，線路上的電壓損耗為△U=（12 Ω/2）×15×2×0.135 A=24.3 V。

因此采用1.4 mm線徑的電纜，對于AC110 V的信號機，最遠可以控制7.7 km。對于13 km的控制距離，可以采用1.4 mm加芯的方式滿足要求。

b.轉轍機：理論上可以通過采用1.4 mm線徑的電纜，同時在室內增加隔離變壓器提高室內送電電源電壓的方式來實現對本工程轉轍機的長距離控制。

根據運電信號函［2015］443號文的要求，工程設計時，三相交流五線道岔控制距離大于2.3 km，應將X1與X2～X5分電纜設置。

可以采用1.4 mm線徑的鋁護套信號電纜，當控制距離超過4.5 km時，可以采用加芯或在室內增加隔離變壓器提高電源電壓的方式。

c.道岔缺口監測設備：可以通過在區間增設中繼設備、或加芯、或在軌旁增加通信轉換器的方式，實現對道岔缺口監測設備的長距離控制。

控制距離超過3.5 km，在設備室內和道岔轉轍機旁均設置線路放大器，采用PLC窄帶通信技術。道岔缺口監測電纜與轉轍機控制電纜共纜，與轉轍機控制電纜同樣加芯處理。采取此解決方案的廠家如上海邦成。

控制距離超過500 m，在道岔附件加裝信號中繼設備，采用載波方式將缺口視頻圖像傳回設備室。采取此解決方案的廠家如杭州慧景。

d.計軸：通過在計軸磁頭軌旁箱盒內加裝轉換板和增音箱、或寬帶隔離變壓器、或增加計軸電纜線徑、或加芯等方式來實現對計軸的長距離控制。

經統計，北航站樓集中區與磁各莊集中區分界處的計軸控制電纜長度最長，達到13 km。而目前國內的幾個計軸廠家通過一些措施達到15 km左右的計軸控制距離，廠家具體解決方案如表3所示。

表3 計軸廠家的長距離控制解決方案

e.應答器：一般不采用增加電纜線徑或加芯的方式來實現對有源應答器的超長距離控制，在國鐵上一般采用在區間增設軌旁LEU機柜來實現。本工程借鑒采用這種在長距離有源應答器旁增設軌旁LEU機柜的方式。

當有源應答器距離設備室超過3 km時，有源應答器的編碼不能直接通過電纜從信號設備室傳輸。此時有源應答器需要通過軌旁LEU機柜連接信號設備室，通過軌旁LEU機柜來獲取該應答器的編碼信息及電源。建議在這種情況下，LEU機柜采用冗余設LEU單元來提高安全性與穩定性。

按照每個軌旁LEU機柜（含LEU、交換機、機柜）的用電量500 VA計，新機場線中的長大區間采用從設備室為軌旁LEU機柜供電時，LEU機柜所使用的電源電纜線徑統計如表4所示。

f.道岔融雪

室外電氣控制柜由動照專業從區間變電所就地就近供電。室內控制終端至室外電氣控制柜的控制電纜采用鐵路數字信號電纜（8B芯），控制距離過長時，可以采用增加放大器等方式實現。

表4 北京新機場線正線LEU機柜電源電纜線徑統計

g.長大區間軌旁設備的管理維護：

線路在新機場北停車場與正線銜接處設置16組道岔，這些道岔距離新機場北航站樓站約4 km。

為了便于故障情況下手搖轉轍機和應急搶修，可在道岔旁設置區間管理用房、維護用房以及相應工作站。

其中區間用房主要包括值班員值班室和通號維護部值班室，房內設置的工作站主要有：

在值班員值班室設置ATS顯示工作站，區間值班員可以查看ATS相關的信息。

在通號維護部值班室內設置維護工作站及打印機，及時了解道岔區的設備狀態，包括區間道岔轉轍機的動作情況和狀態。

區間用房內的設備供電由設備集中站單拉電源線供電、或在區間用房內設置電源設備兩種方式：

方式一，按照最大功率1.1 kVA考慮，若采用由設備集中站直供方式，計算過程如下：

區間用電設備（主要包含工作站、LEU軌旁機柜、交換機等）均為220 V用電設備，考慮供電電纜壓降為20 V，在區間用電設備端的電源電壓為200 V（在±10%以內）。

電纜截面積的計算公式依據：由R=ρ（L/S）及R=U降/I推導出：

其中，ρ取0.017 5（20 ℃時銅電阻率），L為供電回路長度（即單程距離×2），I取值用電設備的額定電流，即I=P/U=P/（U×cosθ）（cosθ為功率因數0.8）。

針對北磁區間用房內工作站的直供電源電纜線徑計算如下：

由計算結果看出，可以選用50 mm2的電力供電電纜，型號為WDZB-YJY23-3×50+1×16。

方式二，若采用在區間用房內設置電源設備方式：

該道岔區距離北航站樓站設備室超過3 km，由于此范圍內有源應答器的來源采用軌旁LEU機柜（暫定設6個軌旁LEU機柜，每處用電需求為500 VA，共3 kVA），若考慮在該區間用房取電，則此處區間用房內電源設備容量按照5 kVA設計。

3 結論

本文以北京軌道交通新機場線長大區間信號解決方案的研究為背景。借鑒了鐵路的成功經驗，因為長大區間的一些解決方案在鐵路上已經得到應用，并且其實現方式已經相當成熟、穩定、可靠。通過對北京城市軌道交通新機場線長大區間信號設備解決方案的研究，為將來的城際以及其他類型的快速軌道交通處理類似問題時帶來經驗。

［1］林瑜筠.區間信號自動控制［M］.北京：中國鐵道出版社，2014.

Because of Beijing new airport metro line with a long section between stations， the control distance of trackside signals of the line is longer than that of conventional subway lines. This paper studies the requirements for the power supply， signal transmission， management and maintenance of the trackside signals in original design of the signal system， analyzes the solution of various kinds of signals involved in the system. It is proved that the solution is feasible by actual investigation and calculation， including the solution for management and maintenance of the signals on long sections.

long section； trackside signal； management and maintenance

10.3969/j.issn.1673-4440.2016.05.020

（2016-07-18）