既有線增設線路所模式下的信號系統方案研究

李 恒

(中鐵第一勘察設計院集團有限公司，西安 710043)

1 概述

隨著國內鐵路網不斷拓展，越來越多的新建鐵路項目需與既有線接軌。這往往會造成接軌站通過能力的飽和，甚至成為線路運輸作業量提升的瓶頸。為緩解這種現象，提高區間通過能力，構建線路疏解關系，可以采用在既有區間增設分歧道岔，改建線路所，引出疏解線這一優化方案。但增設分歧道岔，往往會引起既有區間信號布點的變化，造成軌旁信號設備的大量遷改，施工工程量巨大。本文針對新建黃大線嶺莊線路所與其接軌站黃驊南站的行車和線路關系，巧妙提出有利于建設實施、運營維護且投資合理的信號系統方案。最后，詳細分析3種線路所聯鎖控制方式，并通過方案比選，選出既有線 “插入”線路所這一模式下的最優聯鎖控制方案，為今后類似項目的實施提供借鑒。

2 新建黃大線背景概況

新建黃驊南-大家洼線位于河北省東部和山東省北部，北起朔州-黃驊港鐵路黃驊南站，南接益羊鐵路大家洼車站，新建車站10 處，線路所1 處，全長 216.8 km，是朔黃鐵路煤炭運輸的主要疏運通道，并兼顧其他貨物和旅客運輸的區域性干線萬噸鐵路。河北省境內接軌站黃驊南站為朔黃鐵路上的一個中間站，目前主要承辦朔黃線、黃萬線兩條線路的行車作業。黃大鐵路引入黃驊南站，尤其是大量的轉線作業，將不可避免的對該車站既往的運輸作業產生干擾，降低了作業效率。為緩解給接軌站帶來的負面影響，又要滿足新建鐵路近期的運量需求，提出了在既有朔黃區間中，即黃驊南站與李天木站之間的上行線增設分歧道岔。為便于管理分歧道岔區域，增建嶺莊線路所，構建黃大線的重車下行疏解線這一模式，如圖1 所示。

圖1 黃驊南站疏解線路關系示意圖Fig.1 Schematic diagram of untwining lines of Huanghua South Station

3 嶺莊線路所信號系統方案

3.1 既有信號設備標準

接軌站黃驊南站為朔黃鐵路上的一個中間站，現設有調度集中（CTC）行車指揮設備，冗余型計算機聯鎖設備，與鄰站李天木間采用改進型UM71自動閉塞設備，設四顯示地面信號機。黃驊南站站內采用97 型25 Hz 相敏軌道電路，正線及到發線疊加ZPW-2000G 型電碼化設備，設有2006 版信號集中監測設備。本次黃大線引入朔黃線的工程設計原則是在黃驊南站既有設備的基礎上進行改造。

3.2 新建信號設備標準

黃大線為單線鐵路，本線設計CTC 行車指揮系統，各新建站（除嶺莊線路所外）設CTC 分機設備，納入肅寧北調度所調度集中總機系統的黃大調度臺；朔黃正線上增建的嶺莊線路所納入既有朔黃線行調臺。黃大線站間以及新建黃大線下行疏解線采用自動站間閉塞，利用計軸設備完成區間空閑檢查；而新建嶺莊線路所與黃驊南站、李天木站站間維持既有設備，仍采用改進型UM71 自動閉塞設備。

除嶺莊線路所外，本線各站均采用安全冗余型計算機聯鎖設備，所有新建計算機聯鎖設備均采用電子執行單元。嶺莊線路所的聯鎖系統可靈活選擇：可不設聯鎖系統，納入鄰站直接控制；可增設一套獨立的計算機聯鎖控制系統；亦可采用區域聯鎖的方式管理，作為被控站納入黃驊南站的聯鎖控制系統。經過深度的方案比選，嶺莊線路所最終采用區域聯鎖的控制方式，由主控站黃驊南站進行聯鎖控制。本文第四章將對嶺莊線路所聯鎖系統方案的比選做詳細的分析，在此不做贅述。

3.3 嶺莊線路所的信號系統方案

本次黃大線引入黃驊南站，站前工程設計為增設9/11 號道岔，預留黃萬線的1/3 號道岔位置。在之前的黃驊南站改造工程中，聯鎖控制系統的軟件以及室內電路部分已經預留了新增的9/11 號道岔接入條件，室外也已經預先考慮了道岔轉轍機、信號機的安裝及其相應的電纜敷設條件，大大減少本次引入工程黃驊南站內的工程量。基于上述情況，本次重點關注由于黃驊南與李天木站間“插入”嶺莊線路所引起的既有區間閉塞系統的修改內容，如圖2 所示。

圖2 嶺莊線路所信號設備平面布置示意圖Fig.2 Plane layout of signal equipment of Lingzhuang block post

為持續利用符合使用條件的既有設備，減少工程投資，新建嶺莊線路所與黃驊南站、李天木站站間的閉塞在既有改進型UM71 四顯示自動閉塞的設計基礎上進行改建，改建原則以及方案如下。

最大程度上維持黃驊南站與李天木區間信號機布點不變。由于嶺莊線路所僅“插入”黃驊南站與李天木區間上行線，未對下行線造成影響，所以下行線控制范圍及設備維持之前設計不變。

黃驊南站至嶺莊線路所間信號軌旁設備由黃驊南站管理。拆除C4G1 軌道電路，將C4G2 的接收端箱盒移至線路所通過信號機XL 處，接續C4G2接收端電纜。同時，拆除5318 通過信號機，其余設備及電纜維持原設計。

部分區段的軌道繼電編碼電路不再適用于原區間。按一離去軌道區段發碼規則，修改線路所XLN通過信號機外方C4G 閉塞分區的反向繼電編碼電路；按二接近軌道區段發碼規則，修改線路所SL通過信號機外方C5G、C6G 閉塞分區的正向繼電編碼電路。

嶺莊線路所內新增18 號道岔、軌道電路、計軸設備與通過信號機，相應電纜拉入線路所信號站房內，新增部分按常規設計。

黃驊南站區間軌道電路室內設備布置維持既有。閉塞分區C5G，C6G 在邏輯控制關系上理解為放置在黃驊南站信號樓內，由嶺莊線路所控制的站間軌道區段。同時，冗余設置一根站聯電纜，用于黃驊南站與嶺莊線路所方向電路的互通互聯。

李天木站集中分界控制范圍及設備維持原設計不變。

上述設計改建原則與方案，避免了既有區間信號布點的大量調整變化，在滿足行車制動距離要求的前提下，靈活利用現有的區間分割點。盡量將插入線路所對區間軌旁信號設備的影響縮減到C4G 一個軌道區段內，將大量的室外信號設備遷改、電纜敷設的施工工作量轉變成室內配線修改的局部工作量。同時還充分考慮利舊改造原則，仍維持朔黃線現有的四顯示自動閉塞，最大化維持既有設備不變，大大減少修改設計的工作量，顯著節約工程投資成本，為今后類似項目的實施提供借鑒。

4 線路所聯鎖方式的細化探討

聯鎖系統是鐵路信號系統中不可或缺的組成部分。目前，在鐵路信號系統的設計中，線路所聯鎖控制方式通常有3 種，分別是：1）獨立聯鎖控制方式；2）納入鄰站直接控制方式；3）區域聯鎖控制方式。以下結合嶺莊線路所的工程實際情況，對這3 種聯鎖控制方式的特點與優缺點進行對比分析，旨在提高鐵路運輸線路的運行效率，保障線路所信號系統安全、高效的運行。

4.1 獨立聯鎖控制方式

線路所信號設備可單獨控制。即嶺莊線路所的信號系統方案與鄰站相似，單獨設置一套行車調度指揮系統、計算機聯鎖設備和信號集中監測設備等。獨立聯鎖控制方式使得線路所聯鎖控制靈活、簡單，且與鄰站間連接關系明確，發生故障后的影響范圍小。但是線路所需新建信號生產用房、配套通信、電力、房建及暖通等相關專業工程，增加了投資成本，還需要新設行車人員，增加了站段的運營成本。在增設嶺莊線路所的案例中，這個設計方案更存在著不可避免的問題：既有區間軌道電路的室內設備設置在黃驊南站既有信號樓內，增建線路所造成的集中分區的調整，也就是區間軌道電路繼電器組合的變化，乃至區間設備柜由黃驊南站信號站房移設到嶺莊線路所信號站房的變化，會大大增加配線修改的復雜程度，更不易利舊。

4.2 納入鄰站直接控制方式

線路所轉轍機、信號機及軌道電路等設備可以直接納入鄰站聯鎖設備集中控制，也就是與鄰站按同一個車站進行設計。利用黃驊南站既有的行車調度指揮系統、計算機聯鎖設備及微機監測等信號系統，對嶺莊線路所信號設備集中控制及管理。線路所無需新增信號生產用房與室內設備，顯著節省投資運營成本。但是這種方案有很大局限性：線路所的信號設備需通過電纜進行控制，電纜回路中的電壓衰耗限制了信號設備的可靠控制距離。盡管可以通過增加電纜芯數的方式提高信號設備的最大控制距離，但同時也大大增加了信號電纜的工程投資。比如，嶺莊線路所使用的ZYJ7 型五線制交流電液轉轍機，根據電纜最大控制長度公式計算可得，即使電纜芯線各增加到4 芯（總計20 芯），其最大控制長度也僅能達到6 km，無法滿足嶺莊線路所到黃驊南站的控制距離要求。

4.3 區域聯鎖控制方式

區域聯鎖控制方式的系統構架主要是指將計算機聯鎖控制中心設置在中心車站，所轄車站設置I/O接口層設備，納入中心車站計算機聯鎖集中控制。具體來說，在嶺莊線路所信號站房內設置聯鎖執行/表示機，由黃驊南站的聯鎖主機根據線路所執表機采集的信息和值班員的操作命令進行線路所的聯鎖邏輯運算，并將控制命令信息傳回至線路所的執表機。經執表機校驗指令信息的正確性后，驅動采集相應的信息，用來控制線路所內的信號設備，同時將執行結果回執給黃驊南站聯鎖主機，黃驊南站主機再將執行結果通過計算機聯鎖控制臺表示通知值班員。同時，線路所的執表機也可將本機的工作狀態監測信息實時傳輸至黃驊南站系統主機，在黃驊南站實現對嶺莊線路所的實時監控。黃驊南站與嶺莊線路所之間的聯鎖控制信號將采用獨立光纖通道進行傳輸，從而使信號傳輸具有極高的抗干擾能力，不僅可以提高信號傳輸效率，又可以保障信號傳輸的安全性。

由于該線路所在正常情況下不辦理車站作業，且當其信號設備出現故障時，在黃驊南站即可分析故障原因，所以根據站段需求，在嶺莊線路所不設置值班人員，組建無人值守的線路所。這樣不僅簡化了運輸作業管理和人員配置，更減少了部分設備投資。此外，被控嶺莊線路所至李天木站的區間軌道電路室內既有設備可以合理合規的保留在主控黃驊南站，仍由黃驊南站進行維護管理，無需轉移，便于利舊，大大減少了因集中分區調整造成的施工量。

5 總結

在本次信號設計方案中，嶺莊線路所采用了區域聯鎖的控制方式，避免了在偏遠線路所設置運輸人員，從而減輕現場人員的勞動強度。同時，該方案靈活的利用了既有區間的信號機布點，巧妙“插入”區間分歧道岔，成功引出新建鐵路的疏解線。此外，在新建鐵路設計和既有站改造時應充分考慮近期鐵路線路接入的可能性，在電源屏容量需求，室內設備布置等方面，適度預留后期線路的接入條件，有計劃的減少軟件換裝與投資成本。