自動站間閉塞區(qū)間C0/C2等級轉(zhuǎn)換方法研究及應(yīng)用

謝寶軍，姜錫義

(1.中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，成都 610031；2.中國國家鐵路集團(tuán)有限公司，北京 100844)

1 概述

既有鐵路樞紐環(huán)線區(qū)間閉塞多為半自動閉塞和自動站間閉塞，僅能滿足速度較低、行車密度小的普速客貨列車的運(yùn)輸需求。隨著城市綜合交通樞紐的建設(shè)，為加強(qiáng)與城市功能有機(jī)融合，提高出行效率和換乘體驗(yàn)，高鐵、城際及市域鐵路需引入既有鐵路樞紐，一般采用CTCS-2級（簡稱C2）列控系統(tǒng)進(jìn)入既有樞紐站。因此，需對既有樞紐信號系統(tǒng)地面基礎(chǔ)設(shè)施升級改造為C2線路，以滿足裝載C2級列控車載設(shè)備（簡稱車載設(shè)備）的動車組列車運(yùn)行。改造工程主要內(nèi)容包括區(qū)間閉塞修改為四顯示自動閉塞，地面設(shè)置列控中心（TCC）、臨時限速服務(wù)器（TSRS）、ZPW-2000系列軌道電路、車站應(yīng)答器及C0/C2等級轉(zhuǎn)換應(yīng)答器等，如圖1所示。

圖1 C0/C2等級轉(zhuǎn)換點(diǎn)設(shè)置示意圖Fig.1 Schematic diagram of C0/C2 level transition

但是部分樞紐站受既有工程條件的限制，如C0 站TDCS升級為CTC，對既有調(diào)度所中心影響范圍很大；C0站為6505電氣集中聯(lián)鎖，信號站改工程難度大；C0站機(jī)械室無空間，無法設(shè)置TCC及安全數(shù)據(jù)網(wǎng)設(shè)備等眾多因素，暫無條件升級改造。C0站與C2站區(qū)間閉塞仍維持既有自動站間閉塞、區(qū)間無軌道電路，C0站不設(shè)TCC、接近區(qū)段采用25 Hz軌道電路疊加ZPW-2000系列電碼化。為了實(shí)現(xiàn)兩種不同列控等級線路間互聯(lián)互通，保障車載設(shè)備與C0級列車運(yùn)行監(jiān)控裝置（簡稱LKJ）之間不停車切換，C0/C2等級轉(zhuǎn)換應(yīng)答器只能設(shè)于C2站進(jìn)站信號機(jī)接近區(qū)段。根據(jù)《列控系統(tǒng)應(yīng)答器應(yīng)用原則》（TB/T3484-2017）中C0/C2等級轉(zhuǎn)換應(yīng)答器設(shè)置規(guī)定，接近區(qū)段依次設(shè)置[CZ-C0][FCZ-C0]、等級預(yù)告應(yīng)答器組、等級執(zhí)行應(yīng)答器組。其中下行反向和上行正向預(yù)告應(yīng)答器與進(jìn)站應(yīng)答器組合并，正線設(shè)置出站應(yīng)答器組（原因詳見后文4.1節(jié)內(nèi)容）。以下行為例，[CZ-C01]盡量設(shè)于接近區(qū)段邊界處，[CZ-C01]與[CZ-C02]之間距離不小于200 m，[CZ-C02]距離ZX0-2/FZX2-0之間距離大于450 m，YG0-2至ZX0-2/FZX2-0之間距離大于動車組列車運(yùn)行5 s的距離，既有自動站間閉塞區(qū)段線路最高允許速度不超過120 km/h，二者距離按170 m考慮，等級轉(zhuǎn)換點(diǎn)設(shè)置如圖2所示。

該方案與現(xiàn)行列控技術(shù)條件標(biāo)準(zhǔn)存在差異，若按常規(guī)做法不進(jìn)行特殊設(shè)計，則會出現(xiàn)C2站TCC無法識別接發(fā)車方向、接發(fā)車時動車組列車觸發(fā)制動、等級轉(zhuǎn)換點(diǎn)處發(fā)生制動導(dǎo)致轉(zhuǎn)換失敗、臨時限速命令下達(dá)等一系列問題。以區(qū)間自動站間閉塞為例，結(jié)合工程實(shí)踐，分別從C2站TCC區(qū)間方向切換、C0級與C2級轉(zhuǎn)換車載邏輯及臨時限速等方面進(jìn)行分析研究，介紹該特殊情況下等級轉(zhuǎn)換設(shè)計方法。該方法已應(yīng)用于工程建設(shè)，可保障車載設(shè)備與LKJ之間成功切換，避免觸發(fā)制動，一定程度上提高了動車組列車運(yùn)行效率。

2 C2站區(qū)間方向切換

C0站 不 設(shè) 置TCC，C2站TCC無 法 通 過 安全數(shù)據(jù)網(wǎng)與C0站通信完成區(qū)間方向初始化；區(qū)間無軌道電路，C2站TCC也采集不到區(qū)間方向繼電器狀態(tài)。因此，C2站TCC不能判定本站接發(fā)車方向，繼而造成接近區(qū)段軌道電路發(fā)碼方向不能隨接發(fā)車方向相應(yīng)改變，而且作為發(fā)車方向時，不能控制進(jìn)站信號機(jī)處（含反向）的有源應(yīng)答器發(fā)送臨時限速和線路數(shù)據(jù)報文，不能滿足列控技術(shù)條件的功能要求。

圖2 自動站間閉塞區(qū)間C0/C2等級轉(zhuǎn)換點(diǎn)設(shè)置示意圖Fig.2 Schematic diagram of C0/C2 level transition in automatic inter-station block sections

要實(shí)現(xiàn)C2站TCC控制接近區(qū)段軌道電路發(fā)碼方向和進(jìn)站口有源應(yīng)答器報文發(fā)送功能，首先要解決TCC識別接發(fā)車方向的問題，最后解決接近區(qū)段發(fā)碼通道切換的問題。

2.1 TCC方向判別

C0站和C2站區(qū)間閉塞制式為自動站間閉塞，采用64D半自動閉塞電路。通過分析該電路中有關(guān)繼電器的時間工作時序，可利用開通繼電器（KTJ）和同意接車?yán)^電器（TJJ）作為車站接發(fā)車方向的判定依據(jù)。當(dāng)C2站為接車方向時，TJJ勵磁吸起，KTJ失磁落下；當(dāng)C2站為發(fā)車方向時，KTJ勵磁吸起，TJJ失磁落下。根據(jù)列控中心采集規(guī)則，進(jìn)站信號機(jī)X口接車為正方向，發(fā)車為反方向；進(jìn)站信號機(jī)XN口發(fā)車為正方向，接車為反方向。按照鐵路故障—安全的規(guī)則，涉及行車安全的關(guān)鍵狀態(tài)應(yīng)采用繼電器前接點(diǎn)表示，故進(jìn)站信號機(jī)X口的區(qū)間正方向（ZFJ）用TJJ吸起條件，反方向（FFJ）用KTJ吸起條件；進(jìn)站信號機(jī)XN口的ZFJ用KTJ吸起條件，F(xiàn)FJ用TJJ吸起條件，電路如圖3所示。

圖3 ZFJ和FFJ勵磁電路Fig.3 ZFJ and FFJ energizing circuits

但上述無極繼電器勵磁時間短，不能保證TCC采集接發(fā)車方向狀態(tài)要求。參照《列控中心技術(shù)條件》區(qū)間軌道電路切換電路，可通過ZFJ和FFJ組合驅(qū)動有極方向繼電器（FJ），用它來記錄接發(fā)車方向，電路如圖4所示。

由FJ勵磁電路可知，C2站為接車方向時，X方向FJ一直保持反位落下，XN方向FJ一直保持定位吸起；C2站為發(fā)車方向時，X方向FJ一直保持定位吸起，XN方向FJ一直保持反位落下。最后TCC通過采集FJ來判定本站接發(fā)車方向，完全符合列控中心技術(shù)條件TCC方向接口電路原理。

2.2 接近區(qū)段發(fā)碼通道切換

圖4 FJ勵磁電路Fig.4 FJ energizing circuits

既有C2站接近區(qū)段和站內(nèi)正線采用25 Hz軌道電路疊加ZPW-2000系列電碼化，TCC編碼，接車時接近區(qū)段和咽喉區(qū)有低頻碼，發(fā)車時無低頻碼。正線發(fā)車時股道上僅發(fā)送L碼。根據(jù)《CTCS-2級列控車載設(shè)備暫行技術(shù)規(guī)范》TJ/DW152-2014的規(guī)定，正線發(fā)車時L碼至無碼，會導(dǎo)致車載設(shè)備觸發(fā)最大常用制動。

因此，發(fā)車時車載設(shè)備需在接近區(qū)段和咽喉區(qū)接收到低頻碼，根據(jù)后文4.1節(jié)的內(nèi)容，應(yīng)發(fā)送JC碼，同時在正線接車發(fā)碼電路基礎(chǔ)上增加發(fā)車發(fā)碼通道。該電路設(shè)計有兩種方案：一是利用上述FJ切換發(fā)碼通道；二是TCC驅(qū)動倒碼繼電器（DMJ），用其切換發(fā)碼通道，控制發(fā)碼方向。

3 C0級轉(zhuǎn)換C2級方案

LKJ至車載設(shè)備切換的場景也就是C2站接車。當(dāng)列車經(jīng)道岔側(cè)向進(jìn)入股道時，根據(jù)《列車運(yùn)行監(jiān)控裝置（LKJ）控制模式設(shè)定規(guī)范（2015版）》（TJ/DW173-2015）的規(guī)定，LKJ接收到UU/UUS碼和司機(jī)輸入股道信息后，LKJ的控制模式曲線是以前方進(jìn)站道岔為停車目標(biāo)點(diǎn)。當(dāng)動車組越過等級執(zhí)行點(diǎn)且接收到轉(zhuǎn)換命令后，動車組列車由車載設(shè)備控制。根據(jù)《CTCS-2級列控車載設(shè)備暫行技術(shù)規(guī)范》（TJ/DW152-2014）的規(guī)定，在動車組未進(jìn)入道岔區(qū)段之前，車載設(shè)備是以進(jìn)站信號機(jī)為停車目標(biāo)點(diǎn)。

如圖 5所示，以等級轉(zhuǎn)換執(zhí)行點(diǎn)為基準(zhǔn)，ν2為LKJ允許速度，ν1為車載設(shè)備的允許速度。LKJ和車載設(shè)備因停車目標(biāo)點(diǎn)不一致，ν2和ν1的有較大的速度差。ν3為動車組列車實(shí)際運(yùn)行速度，當(dāng)動車組列車越過等級轉(zhuǎn)換執(zhí)行點(diǎn)后，ν3＞ν1，即列車實(shí)際運(yùn)行速度遠(yuǎn)大于車載設(shè)備允許速度，故車載設(shè)備邏輯判定為超速，則觸發(fā)緊急制動而停車。

圖5 未設(shè)置限速前LKJ和車載設(shè)備制動模式曲線示意圖Fig.5 Schematic diagram of braking mode curves of LKJ and onboard equipment without speed limit

解決上述問題的方案主要有：一是無論普速列車還是動車組，以C0/C2等級轉(zhuǎn)換執(zhí)行點(diǎn)為限速點(diǎn)，并納入調(diào)度命令管理；二是修改LKJ數(shù)據(jù)，側(cè)線接車時停車目標(biāo)點(diǎn)為進(jìn)站信號機(jī)；三是在行車組織上固定進(jìn)路方式，即只使用直進(jìn)彎出或直進(jìn)彎出進(jìn)路；四是除普速列車之外，人工控制動車組列車運(yùn)行至C0/C2等級轉(zhuǎn)換執(zhí)行點(diǎn)前，人工控制運(yùn)行速度至車載允許速度以下；五是要求司機(jī)在未越過等級轉(zhuǎn)換點(diǎn)之前不輸入股道信息。

通過故障條件下對運(yùn)輸組織的影響以及人工干預(yù)存在的安全風(fēng)險等方面綜合分析，推薦方案一。考慮限速對其他列車運(yùn)行時分的影響，限速值檔位設(shè)置應(yīng)根據(jù)車載設(shè)備在等級轉(zhuǎn)換執(zhí)行點(diǎn)處的允許速度而定，長度為50 m考慮，確保允許速度和實(shí)際運(yùn)行速度關(guān)系為ν1＞ν2＞ν3。設(shè)置限速后，LKJ和車載設(shè)備制動模式曲線關(guān)系，如圖6所示。

圖6 設(shè)置限速后LKJ和車載設(shè)備制動模式曲線示意圖Fig.6 Schematic diagram of braking mode curves of LKJ and onboard equipment with speed limit

4 C2級轉(zhuǎn)換C0級方案

車載設(shè)備至LKJ切換場景包括正線直向發(fā)車和側(cè)線（含正線轉(zhuǎn)線）發(fā)車。

4.1 正線直向發(fā)車

因區(qū)間無軌道電路，故車載設(shè)備制動模式曲線停車目標(biāo)點(diǎn)為C2站接近區(qū)段邊界，動車組在目標(biāo)速度監(jiān)視區(qū)（TSM）運(yùn)行，如圖7所示，制動模式曲線1。該區(qū)域司機(jī)人工實(shí)施制動頻繁，動車組通過等級轉(zhuǎn)換點(diǎn)時，若車載設(shè)備正在輸出制動，則不能轉(zhuǎn)換為C0級，導(dǎo)致動車組停車，待車載設(shè)備緩解后方可轉(zhuǎn)換為C0級。

根據(jù)車載設(shè)備控制邏輯，正線運(yùn)行時，若地面無碼（含25.7 Hz（ZP）和27.9 Hz（JC）），且無碼前為允許碼，本案例是L碼，則車載設(shè)備輸出最大常用制動；當(dāng)動車組在反向運(yùn)行信息包[CTCS-3]描述的反向區(qū)段以FS模式運(yùn)行時，若地面低頻為JC碼，則停車目標(biāo)點(diǎn)為前方閉塞分區(qū)終點(diǎn)。因此，接近區(qū)段和咽喉區(qū)地面軌道電路發(fā)送JC碼，同時在正線設(shè)置出站應(yīng)答器組，TCC控制有源應(yīng)答器發(fā)送[CTCS-3]包。

當(dāng)動車組越過等級轉(zhuǎn)換應(yīng)答器組后，LKJ控制有效，速度監(jiān)控曲線所需行車參數(shù)由LKJ提供，故可按照ZPW-2000系列軌道電路載頻布置規(guī)則，將無軌道電路區(qū)段依次虛擬為數(shù)個有軌道電路信息區(qū)段，與站內(nèi)區(qū)段長度之和為從C2站出站信號機(jī)至前方C0站進(jìn)站信號機(jī)的距離，并作為[CTCS-3]信息包數(shù)據(jù)。接近區(qū)段和咽喉區(qū)發(fā)送JC碼及出站應(yīng)答器發(fā)送[CTCS-3]后速度監(jiān)控曲線如圖7所示曲線2，ν2＞ν1，動車組在頂棚速度監(jiān)視區(qū)（CSM）運(yùn)行，一定程度上提高了鐵路運(yùn)輸能力。該方案不僅可保障車載設(shè)備和LKJ之間安全平穩(wěn)轉(zhuǎn)換，而且可提高動車組運(yùn)輸效率。

圖7 LKJ和車載設(shè)備速度監(jiān)控曲線示意圖Fig.7 Schematic diagram of speed monitoring curves of LKJ and onboard equipment

4.2 側(cè)線發(fā)車

根據(jù)車載設(shè)備側(cè)線發(fā)車時控制邏輯的規(guī)定，車載設(shè)備在FS模式下接收到UU/UUS之后，若咽喉區(qū)無碼，停車目標(biāo)點(diǎn)是前方閉塞分區(qū)終點(diǎn)。在咽喉區(qū)，車載設(shè)備將以道岔側(cè)向允許速度為固定限制速度監(jiān)控動車組列車運(yùn)行，直至運(yùn)行至出站口接收到進(jìn)站應(yīng)答器組數(shù)據(jù)后，以接近區(qū)段邊界為停車目標(biāo)點(diǎn)重新計算速度控制曲線。同正線直向發(fā)車邏輯，可在進(jìn)站有源應(yīng)答器發(fā)送[CTCS-3]包，區(qū)間無軌道電路區(qū)段虛擬，作為[CTCS-3]信息包數(shù)據(jù)，停車目標(biāo)點(diǎn)為前方C0站進(jìn)站信號機(jī)。

5 臨時限速

根據(jù)列控臨時限速技術(shù)條件，C0站未設(shè)TCC，C2站所屬調(diào)度臺無法通過TSRS給C0站所屬調(diào)度臺下達(dá)臨時限速命令，即C0站不能按照邊界轉(zhuǎn)換站處理。C2站所屬調(diào)度臺管轄范圍內(nèi)的臨時限速命令按照CTC-TSRS-TCC順序下達(dá)。對于管內(nèi)無法覆蓋的區(qū)段，C2站所屬調(diào)度臺可與C0站所屬調(diào)度臺之間通過電話、傳真等方式聯(lián)系確認(rèn)，由C0站人工下達(dá)，但也可不設(shè)置限速，具體應(yīng)根據(jù)運(yùn)輸組織實(shí)際需求確定。

對于下行運(yùn)行方向，C2站TCC單方向臨時限速管轄范圍為CZ-C01/CZ-C02（FCZ-C01/FCZ-C02）有源應(yīng)答器至BSN-JZ（BS-JZ）有源應(yīng)答器，再加1個制動距離；對于上行運(yùn)行方向，C2站BSN-JZ（BS-JZ）有源應(yīng)答器至ZX0-2/FZX2-0，再加一個線路最高允許速度減速到45 km/h的制動距離，如圖8所示。

圖8 TSR管轄范圍示意圖Fig.8 Schematic diagram of TSR control area

6 結(jié)論

隨著高速鐵路以C2級引入既有鐵路樞紐的情況越來越多，對于既有C0站暫無條件升級改造為C2站、動車組列車不能進(jìn)入C0站的情況，本文介紹的C0/C2等級轉(zhuǎn)換方法可解決此類問題。主要研究結(jié)論如下。

1）C0/C2等級轉(zhuǎn)換應(yīng)答器設(shè)于C2站接近區(qū)段，依次設(shè)置等級轉(zhuǎn)換應(yīng)答器組，其中[CZ-C0][FCZ-C0]應(yīng)答器組由C2站TCC管轄。

2）C2站區(qū)間方向切換可通過既有64D半自動閉塞電路中的KTJ和TJJ組合邏輯來判別，且正線發(fā)車時設(shè)計發(fā)碼通道，發(fā)送JC碼。

3）C0級轉(zhuǎn)換C2級場景，在等級轉(zhuǎn)換執(zhí)行點(diǎn)前設(shè)置限速，限速值檔位設(shè)置應(yīng)根據(jù)車載設(shè)備在等級轉(zhuǎn)換執(zhí)行點(diǎn)處的允許速度而定。

4）C2級轉(zhuǎn)換C0級場景，TCC控制正線出站有源應(yīng)答器和進(jìn)站有源應(yīng)答器組發(fā)送[CTCS-3]包；無軌道電路區(qū)段虛擬為有軌道電路區(qū)段，作為[CTCS-3]信息包數(shù)據(jù)。

5）C0站不作為邊界轉(zhuǎn)換站下達(dá)臨時限速命令，C2站所述調(diào)度臺管轄范圍內(nèi)的臨時限速命令均通過TSRS下達(dá)給C2站TCC；對于管內(nèi)無法覆蓋的區(qū)段，由C0站所述調(diào)度臺人工下達(dá)，或可不下達(dá)。