武廣高鐵湖北段聯鎖列控系統標準化改造工程設計方案

靖焱林

（北京全路通信信號研究設計院集團有限公司，北京 100070）

1 概述

武廣高鐵起于武漢樞紐的武漢站，途經咸寧、岳陽、長沙、株洲、衡陽、郴州、韶關、清遠、花都等地，終止于廣州樞紐內的廣州南站，正線全長968.57 km，于2009年12月26日開通。

武廣高鐵建設時期，國內高鐵技術處于引進、消化、吸收階段，高速鐵路信號控制系統技術標準體系尚不成熟。近十年國內高速鐵路建設穩步推進，積累和總結了大量應用經驗，原鐵道部和鐵路總公司頒布了一系列的技術標準和規范，造成武廣高鐵部分信號系統不符合現行標準的現狀。

按照《中國鐵路總公司關于實施高速鐵路“強基達標、提質增效”工程的指導意見》要求，為進一步提升高鐵運營品質和效益，打造安全優質高鐵品牌，開創高鐵發展新局面，中國鐵路總公司決定，自2017年起在全路實施高速鐵路“強基達標、提質增效”工程。實施高速鐵路“強基達標、提質增效”、高鐵信號系統標準化改造對進一步提升高鐵運營管理水平，促進高鐵可持續發展，更好地服務經濟社會發展具有重要意義。

武廣高鐵正在實施列控系統增加區間占用邏輯檢查功能改造工程，結合該工程同步對信號系統進行標準化改造，實現現場一次施工、信號系統軟件一步到位，不擴大施工影響范圍，可有效降低工程實施風險，節省工程投資。

2 信號系統現狀

武廣高鐵全線采用CTCS-3級列控系統作為運營速度350 km/h高速動車組的主用列控系統，滿足列車正向運行追蹤間隔時間3 min的要求，CTCS-2級列控系統作為350 km/h高速動車組的降級備用系統。

湖北段包括橫店東、L1/L2線路所、武漢動車段、武漢高速場、烏龍泉東、咸寧北、赤壁北、武廣中繼 1～ 7。

信號系統主要由行車調度指揮系統、計算機聯鎖系統、列控系統、信號集中監測系統、電源系統等構成，其中行車調度指揮系統、信號集中監測系統和電源系統近幾年已按最新技術標準更新改造，聯鎖系統、列控系統和信號安全數據網不滿足現行技術標準。

3 技術方案

3.1 設計原則

武廣高鐵湖北段各車站、線路所、中繼站及其所轄區間列控中心增加區間邏輯檢查功能，同步實施聯鎖、列控、信號安全數據網等系統標準化改造，本著對運輸干擾小、改動風險低、簡便易行的原則制定技術方案。

充分評估現場實施難度和風險，對于有安全隱患的內容須嚴格對照現行標準修改；對于實施難度很大或影響范圍很大的內容，需充分評估安全風險后確定改造方案，改造方案不應降低系統安全性、可用性、可靠性和可維護性。

合理控制工程投資，對于涉及京廣全線信號系統修改、室外建安工程、與其他專業接口較多的內容，綜合比選方案，部分內容可由已列入計劃的專項工程實施。

對于部分已經到大修期的設備，考慮設備更新。

3.2 聯鎖系統

武廣高鐵各站采用DS6-K5B型計算機聯鎖系統，站間未建立直接通信通道，需要由列控中心提供代傳聯鎖站間信息。本次聯鎖系統按照《鐵路車站計算機聯鎖技術條件》（TB/T3027-2015）等最新技術條件進行升級，取消站間列控代傳，改為聯鎖直接通信。

目前武廣RBC1、武廣RBC2的切換區域數據交叉覆蓋，交叉區域數據由CBI代傳，即CBI僅連接單個RBC，數據列控代傳至鄰站CBI后，由鄰站CBI傳遞給相鄰RBC。本次CBI與RBC間如果修改成標準通信接口，將擴大RBC軟件修改范圍，提高了工程實施風險，考慮目前的接口方式并未降低系統安全性，CBI與RBC間通信接口維持既有，建議由后續武廣高鐵RBC更新改造工程一并實施。

改造后CBI與CBI、RBC間數據流向示意如圖1所示。

各站聯鎖系統取消通信前置機，增加演算板，通過演算板接入信號安全數據網；部分聯鎖工控機使用期限已到8年，考慮同步更換；全線聯鎖硬件、軟件修改。

部分車站既有聯鎖辦理滅燈側向接車進路、開放USU時不檢查下一架信號機開放條件；辦理點燈側向接車進路，開放USU時檢查下一架信號機開放條件。按新的高鐵技規，點燈、滅燈開放USU都不需要檢查下一架條件，本次一并修改。

部分車站站內軌道區段采集僅采集了前接點條件，考慮既有設計符合故障-安全原則，部分聯鎖設備無條件增加采集板和施工范圍控制，本次維持既有。武漢高速場反向接車信號機SPKLF反向接車使用頻率很低，延續進路對反向運行的運輸效率影響較小，該站SPKLF至6G、7G和8G接車進路的延續進路維持既有。建議相關內容待聯鎖系統到更新改造時統一修改。

圖1 改造后RBC切換區域數據流向示意圖Fig.1 Schematic diagram of data direction in RBC switching area after transformation

3.3 列控中心

按照最新技術標準修改各車站、線路所和中繼站TCC軟件。

1）TCC間通過信號安全數據網通信，實現TCC站間安全信息的實時傳輸，主要包括站間邊界的軌道區段編碼信息、軌道區段信息、信號機狀態信息、災害防護信息以及區間改方信息。

2）TCC通過信號安全數據網和TSRS建立通信，接收TSRS的初始化命令、臨時限速命令和時鐘信息，并向TSRS發送TCC初始化狀態、臨時限速狀態、軌道區段狀態和區間方向信息。

3）車站TCC與CBI通過信號安全數據網建立通信，接收CBI發送的車站進路狀態信息、信號機狀態信息和改方請求信息，并向CBI發送區間方向信息、允許發車命令、區間軌道區段狀態、區間通過信號機紅燈斷絲狀態信息、區間災害防護狀態信息。

4）對于僅采集站內區段FQJ的前接點條件側車站，存在安全隱患，根據《列控中心技術條件》（TB T3439-2016）要求，TCC為站內每個軌道電路區段設置一個FQJ，實現發碼方向切換，繼電器吸起表示反向發碼。TCC根據列車進路，分別驅動相應的FQJ，控制軌道電路發碼方向和進路方向一致。TCC采集站內FQJ狀態，當驅采不一致時，應發送HU碼或檢測碼，并發送報警信息。站內軌道電路FQJ按標準修改為采集前、后接點。

綜合考慮工程投資、改造范圍、相關專業接口和改造風險等因素，以下仍維持既有方案。

1）武漢高速場和武漢動車段I場部分進站和正線出站信號機的有源應答器LEU為N+1冗余，如改成1+1冗余，需要增加LEU、LEU機柜和列控機柜，修改配線，同時電源屏也要擴容，考慮現場這兩個站場房屋和電源條件有限；既有LEU設備工作可靠性很高，故障率低，LEU故障時電務部門可立即啟用備用設備，對運輸影響效率較?。槐敬蝺烧緢錾鲜鯨EU仍維持N+1冗余。

2）武漢高速場與武漢動車段I場間動走線，區間閉塞納入高速場控制，未設置標準改方電路。既有高速場TCC直接控制區間FQJ并將FQJ信息直接傳遞給動車場，動車段TCC根據FQJ信息判定區間方向。若本次按照標準修改，需要在武漢高速場和動車段I場各增加改方電路，增加TCC驅動采集點和采集板，考慮動走線區間長度較短，目前的改方方式可滿足使用要求，不降低安全標準，為降低工程影響范圍，本次維持既有，待設備更新改造時按最新標準修改。

3）各站反向運行，車站1LQ與2LQ發碼方式維持既有不合并發碼；側線股道發車，2LQ占用后股道降級發UU碼；考慮修改范圍較大和接口專業較多，可保證目前的安全有效運輸需求，本次維持既有。

3.4 無線閉塞中心

武廣客專各RBC間不直接通信，且RBC數據交叉覆蓋，RBC通過列控中心-聯鎖-RBC的信息傳遞方式獲取移交區內相鄰RBC管轄范圍的區段信息，實現列車在兩個RBC間行車許可控制的安全切換。

現行標準要求RBC切換區域數據不再交叉覆蓋且RBC-RBC間應直接通信實現切換功能，修改RBC間通信方式涉及邊界區應答器報文修改、管轄范圍內所有聯鎖、列控軟件修改、邊界區段軌道區段修改，本次維持既有，建議后續武廣高鐵RBC更新改造工程一并實施， RBC切換區域數據流向示意如圖1所示。

3.5 信號安全數據網

既有TCC站間安全信息通過列控中心125 M安全信息網傳輸，包括邊界信息、區間方向信息、臨時限速命令和狀態信息、設備工作狀態信息等。根據《高鐵列控中心接口暫行技術規范》（鐵總運[2015]75號）規定，TCC站間通信組包長度為250字節/包，遠超出125 M通信機制規定的120字節/包的容量，125 M網絡無法承載最新技術條件下所需傳送的信息容量。本次拆除既有125 M網絡，將所有業務轉移到信號安全數據網。在中繼站增設信號安全數據網交換機，并對既有的車站/線路所交換機按照安全數據網3.0規范進行升級改造。

京廣線安全數據網為一個大網，結構不滿足安全數據網3.0技術標準，若重新按業務重新劃分子網，需同步修改鄭武、京廣線廣鐵集團范圍的子網結構，修改所有接入信號安全數據網的信號設備的IP，增加光纖熔纖、通信光纜敷設等建安工程，實施范圍幾乎涉及整個京廣線。綜合考慮，武廣湖北段安全數據網改造仍維持既有京廣線環網組網結構。

新設安全數據網交換機需要兩路獨立的電源輸入，經現場勘查，部分車站電源屏不具備雙電源輸出條件，甚至不具備增加電源模塊或電源屏的條件，本次各信號安全數據網交換機的兩路獨立電源仍由列控中心提供，不降低原系統使用可靠性。

改造后武廣高鐵湖北段信號安全數據網組網如圖2所示。

3.6 臨時限速

由于武廣客專125 M及信號安全數據網的結構，使得中繼站TCC無法與TSRS直接建立連接、只能通過主站TCC轉發限速命令。按最新技術標準對信號安全數據網和TCC軟件修改后，中繼站TCC可通過信號安全數據網和TSRS建立通信，接收TSRS的臨時限速相關命令信息，改造后的限速信息數據流向示意如圖3所示。

圖2 改造后信號安全數據網組網圖Fig.2 Signal safety data network diagram after transformation

圖3 改造后限速命令下達與回執數據流向Fig.3 TSR delivery and receipt data direction after transformation

3.7 其他

列控系統增加區間占用邏輯檢查功能，按最新技術標準修改TCC、TSRS、CTC和CSM軟件。

既有武廣高鐵部分車站和中繼站防災信息僅設置異物侵限繼電器組合，防災信息未接入列控系統，本次按照最新技術標準將防災信息納入列控系統，新增TCC接口架側的異物侵限繼電器采集配線，修改RBC、CBI、TCC、CSM的軟件。

武廣高鐵開通至今已運行近10年，軌道電路監測與列控監測共用一套監測維護終端，工控機老化、性能下降較為嚴重。改造升級TCC基礎版本后，由于軌道電路監測和區間占用邏輯檢查功能需要訪問同一個CAN接口卡和數據庫、產生沖突，軌道電路監測與列控監測必須分別設置，本次拆分軌道電路監測和列控監測維護終端，既有終端作為軌道電路監測使用，新設列控監測維護終端。

4 實施方案

工程實施步驟應考慮以下約束條件。

1）根據《高鐵列控中心接口暫行技術規范》（鐵總運[2015]75號）規定，TCC與CBI、TSRS、CTC、CSM等信號子系統間應實現接口版本校驗功能。為避免因接口版本校驗引起的過渡，在全線實施過程中，各信號子系統應固定配置初始版本號。

2）由于TSRS基礎版本升級，與TCC間接口協議發生較大變化，在同一TSRS管轄范圍內無法實現同時連接新、老TCC，TSRS需根據階段劃分做過渡軟件。

3）由于既有存在TCC代傳，因此在分段實施時，需考慮到如下兩個原則：RBC移交區兩側的聯鎖、列控等需劃分在同一段內實施；有聯鎖站間代傳的，兩側的聯鎖、列控等需劃分在同一段內實施。

4）每段邊界處TCC需要同時滿足125 M網絡和安全數據網兩種方式通信，因此邊界TCC需使用過渡軟件。由于過渡時需同步修改相鄰主站及邊界的中繼站TCC軟件，為減少過渡次數，需嚴格按照線路方向順序實施。

工程實施按以下幾個階段劃分。

第一階段：現場調查階段，對各站現場硬件配置、架柜配線等情況進行調查。

第二階段：現場安裝階段，包括線纜敷設、架柜配線、設備硬件安裝及改造。

第三階段：單體調試階段，在硬件安裝與改造完成的基礎上，針對TSRS、聯鎖、列控中心、安全數據網等新增硬件及新版軟件進行接口功能驗證，以確保軟硬件工作正常；對于由配線修改的車站，點對點核對配線正確。

第四階段：系統調試階段，在單體調試與驗證完成的基礎上，針對各子系統進行功能驗證。更換RBC、TSRS、聯鎖、列控中心、CTC、信號集中監測等子系統軟件，重點進行C3模式下限速功能、防災功能驗證及RBC其他功能抽測。

第五階段：電務段驗收試驗階段，在單體調試與驗證完成的基礎上，針對各子系統進行功能驗證。更換RBC、TSRS、聯鎖、列控中心、CTC、信號集中監測等子系統軟件，重點進行C3模式下限速功能、防災功能驗證及RBC其他功能抽測。

第六階段：動態驗證及開通，啟用新版軟件。

5 總結

武廣高鐵因為建設期較早，信號系統與現行標準不符之處諸多，在一定程度上影響運輸效率和安全，信號系統標準化改造雖然實施難度大，卻勢在必行，意義重大。結合列控系統增加區間占用邏輯檢查功能，同步對聯鎖、列控和信號安全數據網對標改造，應綜合考慮工程需求、范圍控制、風險控制和投資控制等因素，制定可行的技術方案。武廣高鐵湖北段聯鎖列控系統標準化改造已實施完畢，并成功開通，事實證明設計方案可行，為武廣高鐵廣鐵段標準化改造和其他客專標準化改造奠定了基礎。