匈塞鐵路塞爾維亞境內信號系統技術方案研究

陳立華

(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)

匈塞鐵路是國家“一帶一路”倡議下的跨境基礎設施工程，作為中東歐合作的標志性項目，是中國高鐵進入歐洲的第一單，是中國高鐵技術和裝備“走出去”的重要組成部分。匈塞鐵路起自匈牙利布達佩斯，終到塞爾維亞貝爾格萊德，線路全長約350 km，屬歐洲大通道10 號通道，其中匈牙利境內166 km，塞爾維亞境內184 km，共約43 個車站。除塞爾維亞境內70 km 區段為雙線外，其余均為單線，全線為電化區段。匈塞鐵路項目全線增建二線，最高運營速度200 km/h，滿足客貨混運、裝備ETCS-2 車載設備的動車組和裝備Induzi 車載設備的列車互聯互通運行的要求。

本文主要針對中國高鐵技術和裝備根據塞爾維亞需求，進行技術差異分析，提出系統解決方案和裝備適應性修改方案。

1 總體技術方案研究

根據塞爾維亞鐵路總體需求，本工程采用在既有塞爾維亞國家系統的基礎上疊加ETCS 2 列車控制系統。全線裝備CTC、無線閉塞（RBC）、計算機聯鎖（CBI）、臨時限速服務器（TSRS）、計軸、信號集中監測、電源、道岔融雪等設備，其中互聯互通的RBC、應答器設備需要取得TSI 認證，計算機聯鎖、計軸、列控設備（RBC、TSRS、應答器）安全等級滿足SIL4 級。滿足正方向自動閉塞追蹤運行，反方向自動閉塞或自動站間閉塞運行的要求。

匈塞鐵路信號系統總體結構如圖1 所示。

2 與塞爾維亞國家系統結合方案研究

塞爾維亞國家系統是在聯鎖設備基礎上疊加自動停車系統，自動停車Induzi I-60 系統由地面設備和車載設備構成。車載設備發送500/1 000/2 000 Hz 載頻信息，地面信號機處設置軌旁應答器，聯鎖設備根據信號顯示控制應答器發送相應的震蕩電路頻率，當該頻率與機車上的震蕩電路產生諧振時，觸發自動停車系統的控制命令，按照既定規則控制列車的運行。

載頻信息含義如下：

1）500 Hz：瞬間測速；

2）1 000 Hz：檢查司機是否注意到該信號準備停車或在該信號機顯示有限速的情況下，運行一定時間后檢查車速；

3）2 000 Hz：緊急停車，通過一個顯示“禁止信號”的信號機。

Induzi 車載設備制動曲線如圖2 所示。

當列車通過具有預告作用的預告信號機或主信號機時，預告下一架信號機前停車或預期速度低于90 km/h，列車收到1 000 Hz 的頻率信息時，司機必須在4 s 內按下警惕按鈕，用于確認已經識別出限速信號并啟動制動，如果未確認，將發出聲音警告并觸發緊急制動。如果后續主信號指示停車或速度低于40 km/h，則地面發送500 Hz 載頻信息，列車將觸發相應的速度控制曲線，控制列車安全運行。

圖2 Induzi系統制動曲線示意圖Fig.2 Schematic diagram of braking curve of Induzi system

為了兼顧塞爾維亞國家系統和ETCS 2 級列控系統，本工程在站內、區間主信號機設置（1 000/2 000 Hz）應答器，部分主信號機同時設置 500 Hz 應答器。針對每一架主信號機，計算機聯鎖設備根據信號機顯示狀態及進路速度的條件，分別驅動1 000/2 000 Hz 或500 Hz 繼電器，并回采該繼電器狀態信息，考慮到在Induzi 控制繼電器發生斷線等故障時不影響裝配ETCS 2 級車載設備的列車運行，驅采不一致時，僅給出報警信息不納入信號機的控制。聯鎖與自動停車系統結合方案如圖3 所示。

圖3 Induzi系統與聯鎖設備結合示意圖Fig.3 Schematic diagram for the combination of Induzi system and interlocking equipment

3 聯鎖系統方案研究

根據塞爾維亞用戶的需求，本工程采用DS6-60 型硬件安全冗余結構（2×2 取2）的計算機全電子聯鎖設備，聯鎖系統具備車站、區間的控制功能。站內采用集中控制方案，區間采用軌旁目標控制器的方案。

3.1 聯鎖功能及結構

聯鎖設備通過計算機對車站作業人員的操作命令及現場表示的信息進行邏輯計算，控制相應信號機及道岔動作，實現對車站列車、調車進路的安全控制。設備采用操作表示、邏輯處理、目標控制3層獨立單元模塊的系統構架，模塊間通過網絡進行連接。

聯鎖設備與無線閉塞中心RBC 通過數據通信網絡進行接口，根據進路信息、軌道占用信息向RBC 發送列車進路信息、緊急狀態等信息。

聯鎖設備接收計軸設備的區段狀態、以及車站聯鎖的進路等信息，實現區間閉塞、區間信號機的顯示、方向的控制。聯鎖設備結構示意如圖4 所示。

圖4 聯鎖設備結構示意圖Fig.4 Schematic diagram for the structure of interlocking equipment

3.2 特殊聯鎖功能需求分析

針對塞爾維亞用戶需求分析，聯鎖特殊功能可以歸納為以下幾個方面。

1) 列車進路設置保護區段

列車進路辦理需要檢查進路的側沖防護條件和保護區段的側沖防護條件。

2) 列車進路的建立增加調車信號機開放條件

列車進路的建立時，需要帶亮該進路中調車信號機，被帶亮的調車、軌道邊界信號機不能點亮允許信號時，進路內所有信號機都不得開放允許信號。

3) 區間信號機具備緊急關閉和恢復功能

本站聯鎖系統界面需顯示區間所有接車方向的信號機及其防護的區段，并能對所顯示的信號機進行緊急關閉和恢復的操作。

4) 信號機具備晝間和夜間模式轉換功能

聯鎖系統界面設置信號機晝間、夜間模式調整按鈕，車站值班員通過操作實現晝間、夜間信號機亮度調整的功能。

3.3 區間軌旁分散控制方案

區間每個閉塞信號點（含4 架閉塞分區信號機）設置一臺軌旁控制柜，控制柜內設信號機控制模塊、通用輸入輸出模塊、電源模塊、網絡設備和防雷等設備，聯鎖室外控制柜內左右線信號機點燈模塊分開設計，室外控制柜與信號樓間通過光纜連接，通過電纜向柜內設備供電。聯鎖軌旁機柜控制柜布置如圖5 所示。

圖5 聯鎖軌旁機柜示意圖Fig.5 Schematic diagram for arrangement of interlocking trackside cabinet

4 信號機及信號顯示關系研究

本線為滿足與既有線路跨線運行和互聯互通的要求，參照塞爾維亞信號機布置和信號顯示關系。車站設主信號機（進站、出站，其中，進站信號機可加裝速度表示器，出站信號機可加裝發車表示器、進路表示器、速度表示器）、調車信號機，以及復示信號機、軌道邊界信號機、發車表示器等；區間為三顯示自動閉塞，設自動閉塞信號機、復示信號機。信號機機構配置及顯示含義如表1 所示。

表1 信號機構配置及顯示含義Tab.1 Configuration and display meanings of signaling mechanism

續表

5 轉轍機適應性方案研究

本工程采用ZDJ9 電動轉轍機，通過速度在160 km/h 以上的道岔增加密貼檢查裝置。每組道岔配置1 臺轉轍機，多點牽引的道岔第一牽引點配置轉轍機，后續牽引點通過連接桿的方式由第一牽引點處的轉轍機帶動。

5.1 技術要求差異分析

具體技術差異如表2 所示。

表2 轉轍機技術差異分析Tab.2 Analysis on technical differences of switch machines

5.2 轉轍機適應性設計

1）可擠型適應性設計

通過配裝擠脫接點座并適配鎖閉鐵，可配置220 mm 動程ZDJ9 型電動轉轍機可擠機型，滿足塞鐵160 km/h 及以下速度的線路配套可擠型轉轍機的要求。轉轍機對比如圖6 所示。

圖6 匈塞用ZDJ9轉轍機與國內ZDJ9轉轍機對比Fig.6 Comparson between ZDJ9 switch machine used in Hungary-Serbia Railway and domestic ZDJ9 switch machine

2）轉轍機擠脫力配置

根據塞爾維亞鐵路的技術要求轉轍機擠岔力小于11 kN，ZDJ9 型電動轉轍機擠脫力為28 kN，擠脫力大于塞方要求，在ZDJ9 轉轍機擠脫器基礎上，通過調整擠脫碟簧的方案滿足塞方的要求。

3）轉轍機減速器配置設計

根據塞爾維亞鐵路的技術要求：半徑300 m 及以下道岔，轉轍機摩擦力（Setting-up force）為5 500 N±500 N；300 m 以上半徑道岔，轉轍機摩擦力為7 000±500 N。通過在ZDJ9 轉轍機內配置190 動程機型減速器，并調整摩擦聯接器的摩擦力的方案滿足塞方技術要求。

4）擠岔恢復功能改進設計

根據塞爾維亞鐵路的技術要求，可擠型轉轍機在擠岔后可以直接通過電動或手動操作進行自行恢復。在保持ZDJ9 型電動轉轍機鎖閉及擠脫方式的基礎上，通過在轉轍機動作桿上增加螺栓銷，在鎖閉鐵上增加螺栓銷的導槽實現擠岔自行恢復功能。轉轍機對比如圖7 所示。

圖7 塞爾維亞ZDJ9轉轍機擠岔自動恢復示意圖Fig.7 Schematic diagram of switch spilt self-recovery of ZDJ9 switch machine in Serbia

為保證轉轍機擠脫后通過轉換可靠恢復，并防止推板套反彈造成段表示問題，對動作板速動片進行尺寸調整。為適應轉轍機能夠完全擠脫，對底殼、鎖閉鐵、端蓋、動作桿等進行了優化設計。

6 列控系統方案研究

本線采用ETCS-2 級列車運行控制系統，采用基線3 版本，滿足歐洲ETCS-2 級跨國列車互聯互通運行的要求。

本工程設置無線閉塞中心（RBC）、臨時限速服務器（TSRS）、無源應答器、安全數據網等設備，其中互聯互通的設備（RBC、應答器）需要取得TSI 認證。

根據ETCS 2 級列控系統技術要求，結合本線線路具體實際，在站內進出站信號機、區間通過信號機外方均設置安裝一組應答器（由兩臺固定應答器組成）；在既有線路銜接處，本線正線線路設置E0 →E2等級轉換應答器組，實現和既有線路級間轉換。

由于考慮跨國列車運行，各車載供應商參數不盡相同，車地設備匹配是本項目關鍵。

7 防雷接地系統對信號設備影響分析

塞爾維亞鐵路接地系統是以鋼軌為基礎的，鋼軌作為牽引回流和接地的導體。鋼軌連接到車站房屋接地極，房屋中的設備通過接地極實現接地。電力牽引區段線路中心線8 m 范圍內所有金屬部件需接鋼軌。信號設備接地采用直徑95 mm2的絕緣鍍鋅鋼絲繩，就近連接到鋼軌上。

信號系統在區間軌旁設置室外機柜，軌旁電子設備由室內通過電纜提供兩路AC220 V 電源，通過光纜與室內進行通信；電子設備通過信號電纜控制軌旁信號機、繼電器、計軸設備。軌旁電子機柜連接如圖8 所示。

外部環境對信號軌旁電子設備影響主要來自于雷電入侵。一般來說，雷電侵入途徑有兩種：一是遠端雷電由信號電纜或供電電纜引入；二是近端雷電引起的“地反擊”通過信號電纜或供電電纜向遠端泄放。根據塞爾維亞工況采取以下設計方案：

1) 鋼軌接縫處良好連接；

2) 軌旁電子機柜良好接地；

3) 軌旁電子機柜內部所有電子板卡均對地懸浮設計；

4) 軌旁電子機柜對外輸入輸出端口，采用SPD進行橫縱向防護。

圖8 軌旁電子機柜控制示意圖Fig.8 Schematic diagram for connection of trackside electronic cabinet

總之，通過匈塞鐵路塞爾維亞段用戶需求分析和信號系統方案研究，對中國高鐵技術和裝備“走出去”有了新的思考。一方面，由于不同地區文化差異，思維觀念、生活習慣等種種因素影響，中國技術和裝備走出去，難免要進行適應性改進，面對經濟發達以及標準體系健全的歐洲國家來說，需要在先進理念、智能化運維以及從系統層面提供更多系統解決方案方面提升；另一方面，中國高鐵技術和裝備經歷了引進-消化吸收-再創新過程后，已達到國際領先水平。隨著技術不斷進步，國際上提出一些新的理念和思路，在中國高鐵“走出去”進行裝備適應性修改的同時，為中國高鐵再發展、再創新提供了技術支撐和經驗積累。