京津城際鐵路信號系統升級改造技術

王 勇，李東亮，朱文平

(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；3．中國鐵路北京局集團有限公司，北京 100860)

1 項目概述

1.1 線路概況

京津城際鐵路為連接北京、天津兩大直轄市的客運通道，起點為北京南城際場，終點為天津城際場，與京滬高鐵、津秦客專、京津城際延伸線連接，正線全長約118.3 km。全線共設5 個車站、1 個線路所、5 個中繼站，其中北京南城際場和天津城際場為端站，亦莊站、永樂站和武清站為中間站，08中繼站、34 中繼站、58 中繼站、73 中繼站和94 中繼站；線路通過北京南城際場與京滬高鐵銜接，經動走線連接至北京動車段；通過南倉線路所經城際聯線路所與京滬高鐵天津西城際場銜接；通過天津城際場與天津津秦場間的聯絡道岔與津秦客專銜接，正線與京津城際延伸線連接。

1.2 既有現狀

京津城際鐵路采用CTCS-3D 列控系統，主要包含西門子股份公司的TrainGuard 型和國內CTCS-2 等級列控設備，系統滿足ETCS-1 級動車組、CTCS-2 級動車組和后備CTCS-2 級的CTCS-3級動車組運行。信號系統由運輸調度指揮系統、列車運行控制系統、車站聯鎖系統等系統組成。

1）運輸調度指揮系統

調度集中系統由VICOS CTC 系統和國內的CTC 協議轉換器組成，VICOS CTC 系統完成調度集中系統的主要功能，CTC 協議轉換器用作VICOS CTC 系統通信協議與中國標準通信協議之間的轉換。

2）列車運行控制系統

CTCS-3D 列控系統包括ETCS-1 級和CTCS-2級列控系統，兩系統共用聯鎖設備、應答器、軌道電路、通用現場單元控制器（MSTT）等設備。

ETCS-1 級列控系統與CTCS-2 級列控系統的主要差異為地面系統為車載設備提供運行許可（目標距離、目標速度）信息途徑不同：ETCS-1 級列控系統是通過在每個閉塞分區入口處設置有源應答器向列車傳送[ETCS-12]包報文，以點式傳送的形式實現；CTCS-2 級列控系統是通過軌道電路連續向列車傳送列車運行前方空閑閉塞分區數量，同時通過應答器以[CTCS-2]包報文的形式提供各閉塞分區長度，再由車載設備實時計算出與ETCS-1 級列控系統[ETCS-12]包報文等效的運行許可信息，兩系統其余工作是基本相同的。

3）車站聯鎖系統

聯鎖系統包括Simis W 聯鎖設備和國產DS6-K5B 聯鎖設備。兩端站采用國產DS6-K5B 聯鎖設備，中間站和線路所采用Simis W 聯鎖設備，中繼站采用區域控制計算機（ACC）。

4）其他系統

全線采用TJWX-2006 型信號集中監測系統，由綜合維修中心系統、車站系統和中繼站系統組成。

兩端站采用國產智能電源屏（含UPS），中間站、線路所和中繼站采用西門子公司的電源屏和UPS 不間斷電源。

信號系統網絡由列控中心與DS6-K5B 聯鎖系統構成的125 M LAN 數據網、Simis W 聯鎖總線、CTC 數據通信以太網、監測數據通信以太網構成，實現聯鎖、列控、CTC、監測系統及系統間的安全數據通信和非安全數據通信。

2 必要性研究

按照中國國家鐵路集團有限公司關于京津城際鐵路標準線建設的部署要求，以及隨著京滬高鐵、津秦客專和京津城際延伸線等線路的開通運營，早期建設的京津城際鐵路信號系統在互聯互通、維修維護等方面暴露出其短板，主要問題如下。

1）當前信號制式對互聯互通形成制約

既有列控系統采用ETCS-1 級疊加CTCS-2級列控系統，跨線動車組和在本線運行的裝備CTCS-3 級車載設備的動車組只能降級為CTCS-2級，才能在京津城際鐵路上運行。

2）維修維護成本逐年遞增

自2008 年開通運營以來，隨著電子設備使用時間的增長，其故障率呈逐年遞增趨勢；由于ETCS-1 級列控設備為西門子股份公司設備，其每年的維修維護成本不菲且呈逐年遞增趨勢，同時部分設備也已經停產，備品備件的供應也受到制約。

3）改造升級受外方制約

由于西門子股份公司對京津城際鐵路ETCS-1級列控系統未進行技術轉讓，歷次升級和接口改造的方案、費用、工期均受外方制約。

4）固有缺陷無法得到解決，影響行車組織管理

既有行車指揮系統采用西門子股份公司的CTC設備，與京津城際延伸線、津秦客專等線路CTC 系統存在接口限制，導致調度命令、運行圖調整等雙向傳輸功能無法在系統層面實現，以及列車晚點時不能自動觸發進路等問題，因此給行車組織管理帶來相當大的困難。同時元素封鎖、LEU 瞬間報警等問題已成為慣性問題。

綜上所述，結合標準線建設對京津城際鐵路信號系統進行的技術改造，可以克服固有缺陷，有利于實現與其他接軌線路的互聯互通、減少維修維護成本、改善動車組運行條件、提高改造的自主性。

3 技術方案

京津城際鐵路既有采用西門子股份公司CTC 系統設備和ETCS-1 級疊加CTCS-2 級列控系統，相鄰線路均為CTCS-3 級列控系統，為實現行車組織的統一管理和不同動車組在相鄰線路互聯互通運行等需求，需在現有信號設備基礎上升級改造為國產CTCS-3 級列控系統。

3.1 運輸調度指揮系統

京津城際鐵路采用國內標準的調度集中系統（CTC），全線各車站和區間納入已建成的京津城際延伸線調度臺統一管理，在北京局調度所內通過局接口服務器與其他線路或系統進行信息交互，京津城際延伸線調度臺進行配套修改。

在各車站和線路所新設國內標準的CTC 車站分機（3.0）及通信質量監督設備和網絡安全設備（2.0），相鄰車站CTC 站機配套修改。

3.2 列車運行控制系統

信號系統升級改造為CTCS-3 級列控系統。其中京津城際鐵路正線改造為CTCS-3 級列控系統；北京南城際場至北京動車段間動走線改造為國內標準CTCS-2 級列控系統；天津城際場至天津津秦場間維持既有CTCS-2 級列控系統；京津城際鐵路經南倉線路所和城際聯線路所至天津西城際場維持CTCS-2 級列控系統，在聯絡線增加級間轉換點。

1）新設置1 套RBC 設備，與京津城際延伸線RBC 設備實現互聯互通，實現京津城際鐵路正線（北京南城際場（不含）—天津城際場）CTCS-3 級列控系統功能，其他相關RBC 設備配套修改。

2）不單獨設置TSRS 設備，延長京津城際延伸線TSRS 設備臨時限速管轄范圍，管轄北京南城際場—天津城際場—于家堡站段線路臨時限速，僅進行接入修改。

3）僅天津城際場的TCC 設備和安全數據網設備利舊改造，其余車站、線路所和中繼站分別新設滿足國內現行標準的TCC 設備和安全數據網設備，相關車站TCC 設備配套修改。不單獨設置網管系統，由京津城際延伸線的線路EMS 網管服務器統一管理，僅考慮本線接入引起的適應性修改。

4）按《CTCS-3 級列控系統應答器應用原則》要求重新布置應答器和敷設有源應答器電纜，拆除既有應答器；應答器組設置冰雪擊打防護裝置。新設LEU 設備，并在線路所設置大號碼道岔室外LEU 設備。

區間軌道電路改造方案如下。

1）全線閉塞分區劃分不變。

2）區間軌道區段的劃分、橫向連接維持既有不變。

3）區間ZPW-2000A 移頻軌道電路室外設備及電纜利舊，新設軌道電路室內設備。

4）拆除既有帶燈停車標SMB，在動走線設置矮型區間通過信號機，正線設置區間信號標志牌。

3.3 車站聯鎖系統

中間站和線路所均新設硬件安全冗余結構的計算機聯鎖系統；兩端站利用既有計算機聯鎖設備改造，并增加以太網接口板，實現與RBC 設備和鄰站聯鎖設備接口；相關車站聯鎖設備配套修改。

所有車站原位置更換列車信號機及其信號電纜。

道岔轉轍設備改造方案如下。

1）中間站和線路所更換與既有安裝裝置配套的同類型的道岔轉轍機，并新敷設轉轍機用電纜和新設室內道岔轉轍機控制電路組合。兩端站道岔轉轍設備的室內外設備及電纜利舊。

2）既有道岔轉轍機安裝裝置、外鎖閉裝置和密貼檢查器利舊。

3）道岔融雪設備利舊。

4）拆除既有下拉裝置。

站內軌道電路改造方案如下。

1）站內軌道區段的劃分維持既有不變。

2）站內軌道電路室外設備及其電纜利舊。

3）新設北京南城際場、中間站和線路所的站內ZPW-2000A 移頻軌道電路室內設備，其余區段和車站的站內軌道電路室內設備利舊。

4）站內股道的軌道電路采用絕緣破損信號越區干擾防護措施。

3.4 其他信號系統

全線車站、線路所和中繼站新設信號集中監測站機設備，納入既有北京電務段和天津電務段信號集中監測總機系統，相關車站監測設備配套修改。

兩端站利用既有智能電源屏設備進行擴容改造，中間站、線路所和中繼站均新設國內標準的智能電源屏（含UPS），新設RBC 設備用智能電源屏（含UPS）。

4 施工組織

京津城際鐵路信號系統改造范圍廣、銜接線路多、影響面大，且改造前后信號系統不完全兼容、不具備回退條件，通過對改造范圍、改造影響、改造步驟、保障措施及改造后的系統驗證等工作進行系統的研究，遵循“整體設計，系統建設，優質高效，一次建成”的建設方針，貫徹“統籌安排、科學組織，控制重點、分段展開，均衡生產、有序推進”的組織原則，全線以室外電纜敷設、室外設備安裝、動態檢測為建設的關鍵線路，制定合理可行的施工組織方案，確保每一步改造工作正確、可行、可控、可靠。

1）總體原則

在既有運營高速鐵路上施工，需在天窗點時間內實施，并且天窗點施工之后，應保證動車組列車正常運行，施工內容主要有沿線區間光纜和電纜敷設、室外箱盒和基礎安裝、室外信號機和基礎安裝等作業，需要施工場地較大、施工人員較多、施工機具較多，因此重點要加強施工作業現場的施工組織，避免超范圍施工和現場施工材料侵限等問題。

2）重點卡控

列控工程數據表是列控系統設備（列控中心、臨時限速服務器、無線閉塞中心和應答器等）軟件編制的基礎，在“大天窗”前后信號系統不完全兼容、不具備回退條件，因此在列控工程數據編制前，需各部門對列控基礎數據進行多次，并且采用不同措施進行測量和驗證，保證列控數據準確性。

3）人員組織

由于工期安排因素，不同工種可能在同一時間、同一區域進行交叉作業，需統一總體協調。

4）應急處理

為降低現場各類不利因素造成的施工延時，須制定應急預案，以保證準確、迅速地恢復設備正常使用，減少對鐵路運輸生產的影響。

5 動態檢測

京津城際鐵路信號改造范圍大、涉及設備多、改造方案復雜，需根據改造方案的內容進行針對性、有效性、高效性動態測試。信號系統測試方案分為4 個階段。

第一階段：北京南樞紐和天津樞紐列控系統功能測試。

本階段僅驗證北京南樞紐和天津樞紐CTCS-2級列控系統功能，以及京滬高鐵、津秦客專相關影響范圍的列控系統功能測試。

測試方案：測試工作在夜間常規天窗點進行，天窗時間扣除列控軟件升級和回退時間后剩約180 min 左右，測試序列要充分考慮測試效率，測試動車組安排需在考慮安全和互不干擾的情況下盡量多擺放。

測試范圍如下。

1）北京南城際場1～7 股道至ST、STN 進站信號機和SL6 進路信號機所有接發車基本進路；北京南高速場至SL6 信號機接發車基本進路（抽測）的CTCS-2 級列控系統功能（不含臨時限速）進行測試。

2）對天津城際場I1～I7股道所有接發車及通過基本進路的CTCS-2 級列控系統功能（不含臨時限速）進行測試。

3）對京滬高鐵RBC2、京滬高鐵TSRS1、津秦客專RBC1 的影響范圍內的CTCS-2 級列控系統功能進行測試。

第二階段：線路封鎖、設備倒替、功能試驗后全線CTCS-2 級列控系統功能測試。

本階段是京津城際鐵路列控系統改造的核心階段，對全線進行CTCS-2 級列控系統功能檢測。

測試方案：在“大天窗”時間內，完成室內外信號設備施工、全線信號設備靜態試驗、系統集成商SCT 測試和全線動態檢測。將改造內容劃分為影響開通和不影響開通的測試內容，影響開通的測試內容必須完成（如正向運行測試），不影響開通的測試內容根據現場情況有條件進行測試（如反向運行可在“大天窗”后的常規天窗點進行測試）。

測試范圍如下。

1）京津城際鐵路至京津城際延伸線CTCS-2 級正向貫通：北京南城際場至軍糧城北城際場。

2）京津城際鐵路正線車站：武清站側線正向接發車及臨時限速測試。

3）京津城際鐵路至京津城際延伸線正向TSRS測試：北京南城際場至于家堡站。

4）南倉城際高速聯絡線：南倉線路所至天津西城際場。

5）津秦連接渡線：天津城際場至天津津秦場。

6）北京南普速場24 股道測試。

第三階段：京津城際鐵路至京津城際延伸線正線、南倉城際高速聯絡線、津秦連接渡線等CTCS-3 級列控系統功能測試。

測試方案：在常規天窗點對正線及銜接線路的CTCS-3 級列控系統功能進行動態檢測及場景試驗。

測試范圍如下。

1）京津城際鐵路至京津城際延伸線CTCS-3 貫通：北京南城際場至于家堡。

2）京津城際鐵路正線車站：北京南城際場、亦莊站、永樂站、武清站、天津城際場。

3）京津城際鐵路至京津城際延伸線TSRS 測試：北京南城際場至于家堡站。

4）津秦連接渡線：天津城際場至天津津秦場。

5）各站反向進站RBC 呼叫信息驗證。

第四階段：北京動車段、動車走行線、北京南高速場和城際場配套修改的功能測試。

測試方案：鑒于北京動車段股道多、對應天窗時間短、測試工作組織較難等特點，通過對廠家軟件變更說明和廠家自測說明充分分析及研究，按照抽測的方式進行測試，若在抽測過程中發現問題，進一步擴大抽測范圍或改為全面測試。

測試范圍如下。

1）北京動車段I 場影響范圍測試。

2）北京動車走行線：北京動車段I 場至北京南高速場。

3）北京南城際場影響范圍測試。

4）北京南高速場影響范圍測試。

5）京滬高鐵RBC1 影響范圍測試。

6 結束語

京津城際鐵路是國內第一條時速350 km 列控系統升級改造的高速鐵路，在既有無成熟經驗可循的情況下，通過研究京津城際鐵路既有信號系統現狀和存在的問題，提出信號系統技術方案、施工組織原則和動態驗證測試技術，有力支撐京津城際鐵路標準線建設，形成信號系統升級改造的成套技術也對我國高速鐵路列控系統更新改造具有借鑒意義。