匈塞鐵路塞爾維亞段信號系統設計方案研究

馬作澤

匈牙利至塞爾維亞鐵路是中國在歐洲主導建設的首條高速鐵路。其中，塞爾維亞境內段（以下簡稱匈塞鐵路塞段）起自塞爾維亞首都貝爾格萊德，終至蘇博蒂察站及匈牙利邊境，速度目標值為200 km/h。匈塞鐵路塞段采用以ETCS-2級列控系統為核心的滿足歐洲及本地技術條件的信號系統，包括：列控系統、聯鎖系統、CTC系統、信號集中監測系統、防雷接地系統等［1］。

為實現信號系統在匈塞鐵路塞段成功應用，首先，信號系統架構、設備組成需與工程技術方案一致；其次，信號各子系統功能應滿足本項目應用要求；最后，為進入塞爾維亞鐵路市場，信號設備須滿足必要的準入條件。本文分不同系統從上述三方面分別進行研究。

1 列控系統

1.1 工程技術條件

為實現跨境列車互聯互通要求，匈塞鐵路塞段列控系統采用ETCS-2級列控系統。本工程ETCS-2級列控系統無ETCS-1級列控系統后備需求，須滿足TSI CCS第3套規范子集（Set of speci?fications # 3，ETCS Baseline 3 Release 2 and GSM-R Baseline 1）中系統功能及設備接口的相關要求。

ETCS-2級列控系統是基于無線通信的列車控制系統，由地面設備和車載設備構成。地面設備主要設備包括：無線閉塞中心（RBC）和應答器［6］。

依據運營列車數量及線路規模，匈塞鐵路塞段共設置3套無線閉塞中心（RBC），RBC能夠根據列車位置、車站進路、區間閉塞信息等生成移動授權（MA），并通過無線網絡（GSM-R）發送到車載設備。車站及區間均設置無源應答器，用于實現列車定位、RBC移交、列控等級轉換等功能。

1.2 項目應用

成熟應用于中國高鐵的CTCS-3級列控系統與歐洲ETCS-2級列控系統，為相同層級的技術體系，但CTCS-3級列控系統在系統構成、降級策略、閉塞控制、臨時限速方案等方面與ETCS-2級列控系統存在較大差異，不能直接應用于本工程。為充分利用CTCS-3級列控系統成果，須嚴格按照本工程技術方案及TSI CCS規范要求對CTCS-3級列控系統進行“定向”研發和技術改造，將其轉化為完全滿足本工程技術要求的ETCS-2級列控系統。

1）系統結構。由于本工程無ETCS-1級列控系統后備需求，CTCS-3級列控系統結構需相應調整，將內嵌的CTCS-2級設備剝除，包括車站列控中心（TCC）、有源應答器、軌旁電子單元（LEU）、ZPW-2000軌道電路［4-5］。

剝除CTCS-2級設備后，車站及區間均采用計軸設備替代軌道電路，實現軌道區段的占用/出清檢查；區間閉塞控制由車站聯鎖設備實現；列車移動授權（MA）由RBC生成，并通過GSM-R網絡發送給車載設備。

2）車載設備模式。CTCS-3級列控系統車載設備按C3級控車時，具有7種模式，包括：完全監控模式、引導模式、目視行車模式、調車模式、休眠模式、隔離模式、待機模式。ETCS-2級列控系統車載設備按E2級控車時，具有15種模式，包括：完全監督模式、目視行車模式、人工駕駛模式、調車模式、休眠模式、待機模式、冒進防護模式、后冒進防護模式、系統故障模式、隔離模式、未上電模式、非本務機模式、退行模式、限制監督模式、被動調車模式［3］。CTCS-3級列控系統與ETCS-2級列控系統車載設備的控車模式具有較大差異，CTCS-3級車載設備需嚴格按照TSI CCS的系統需求規范中ETCS-2級車載模式的詳細定義進行研發。

3）臨時限速方案。TSI CCS規范未對臨時限速功能的實現提出限制要求，歐洲高速鐵路通常由RBC設備實現臨時限速的擬定、下發等功能。在不影響互聯互通的前提下，匈塞鐵路塞段借鑒CTCS-3級列控系統經驗，設置專門的臨時限速服務器，實現對臨時限速的集中管理。

ETCS-2級列控系統結構見圖1。

1.3 設備準入條件

ETCS-2級列控設備，需獲取滿足TSI CCS規范要求的認證證書，并通過本工程Notified Body審核。

圖1 ETCS-2級列控系統示意圖

2 聯鎖系統

2.1 工程技術方案

車站及線路所設置全電子計算機聯鎖設備，實現對車站聯鎖及區間閉塞控制，即采用聯鎖列控一體化控制方案。車站信號設備采用“集中控制”；區間信號設備采用“分散控制”，通過設置軌旁目標控制器，實現對區間信號設備的控制及狀態采集。

區間采用三顯示自動閉塞，其中，雙線段采用雙線雙方向自動閉塞；四線段采用正方向自動閉塞，反方向為自動站間閉塞。

2.2 項目應用

匈塞鐵路塞段采用了DS6-60型全電子計算機聯鎖設備。DS6-60型聯鎖設備符合歐洲鐵路安全標準，以全電子驅動層執行模塊為基礎，以邏輯層安全聯鎖邏輯部為核心，所有關鍵部分均采用二乘二取二冗余結構設計，系統中所有涉及到安全信息處理和傳輸的部件均按照“故障-安全”原則采取了二重系結構設計，以滿足鐵路車站信號控制設備高可靠和高安全的使用要求［8-9］。DS6-60型全電子計算機聯鎖系統見圖2。

聯鎖設備的安全邏輯部根據塞爾維亞聯鎖技術條件，綜合交互層終端設備的操作命令以及執行層對室外信號設備采集狀態信息，完成邏輯計算，并通過執行層相應模塊控制轉轍機動作、信號機點燈，實現車站進路安全控制以及區間閉塞控制。

塞爾維亞聯鎖技術條件在進路辦理以及室外設備安全防護方面與國內聯鎖技術條件具有相似性，但由于運營習慣、維護體制與國內不同，聯鎖設備需要考慮如下特殊功能需求。

圖2 全電子計算機聯鎖結構示意圖

1）區間閉塞控制功能。聯鎖設備需實現區間三顯示自動閉塞功能。同時，為滿足業主關于減少區間信號電纜使用的要求，區間信號設備采用分散控制。根據閉塞點的布置情況，在適當位置設置室外聯鎖控制柜，實現對閉塞點附近的信號機及自動駐車系統磁感應裝置（Indusi）的控制及狀態采集。室外聯鎖控制柜方案見圖3。室外聯鎖控制柜均通過獨立電纜供電，通過同一光纜中不同芯線實現與室內聯鎖的信息交互。電纜及光纜均采用不同物理徑路構成冗余通道。

圖3 室外聯鎖控制柜示意圖

除實現正常閉塞控制功能外，聯鎖設備還需實現對區間閉塞信號機的緊急控制。操作員可以通過聯鎖控顯終端，對區間信號機進行緊急關閉及恢復。

2）列車進路均設置過走防護區段。進路辦理時需檢查過走防護區段條件。

3）自動駐車系統磁感應設備控制。為實現對普速列車安全運行防護，地面設置自動駐車系統。所有Main signal均相應設置Indusi磁感應裝置。根據Main signal顯示內容，磁感應裝置向車載設備發送相應的頻率信息。在室外聯鎖控制柜中設置繼電器，聯鎖設備通過控制繼電器相應接點，連通相應頻率的發送電路。

4）列車進路中所有信號機均開放。列車進路開放時，除防護列車信號機外，進路中所有調車信號機、軌道邊界信號機均應開放。當任何一架信號機不能點亮允許信號時，該進路不能開放。

5）LED信號機照度調節。信號機應在白天及夜間采用不同照度。操作員可通過控顯終端相應按鈕實現照度模式切換。

6）與計軸主機接口。車站及區間軌道區段均由計軸設備實現占用/出清檢查，計軸主機經過邏輯判斷，將軌道區間狀態信息通過電子接口發送至車站聯鎖系統。

2.3 設備準入條件

聯鎖設備需滿足塞爾維亞聯鎖技術條件，并通過塞爾維亞Designated Body審核。聯鎖設備安全性需通過獨立安全審核機構（ISA）審核。

3 調度集中系統（CTC）

3.1 工程技術方案

匈塞鐵路塞段運輸調度指揮采用調度集中系統（CTC）。CTC系統滿足匈塞鐵路塞段高速列車與普速列車共線運營要求，與該線運營管理模式相適應。

CTC系統具備列車運行調整計劃功能，采用分布式計算和控制技術，識別列車作業與調車作業在時間和空間上的沖突，通過與車站聯鎖系統接口，實現列車和調車作業的統一控制。

CTC系統由調度所中心系統、車站分機系統和網絡系統組成。匈塞鐵路塞段設置一處CTC中心，負責本線的運輸調度指揮。根據運營體制要求，設置2個調度臺。各新設聯鎖車站均設置CTC分機，以及網絡安全和通信質量監督設備。車站分機與CTC中心設備之間為廣域網，采用2×2 Mb/s不同徑路的數字通路構成環形通道。

3.2 項目應用

匈塞鐵路塞段CTC系統采用了FZt-CTC型設備。塞爾維亞沒有現代化運輸調度指揮系統技術規范，FZt-CTC型設備充分借鑒了中國調度集中相關技術條件。CTC系統結構及主要設備見圖4。

圖4 CTC系統結構示意圖

中國高鐵調度集中系統結構完善、功能豐富。塞爾維亞鐵路運輸作業與中國鐵路相比，運量小、作業簡單。匈塞鐵路塞段CTC系統未完全按照中國現行CTC技術條件進行設備配置，未包含的設備及功能如下。

1）車站服務器。考慮匈塞鐵路塞段運輸作業繁忙程度不高，CTC系統未設置車站服務器。行車指揮、數據處理均由CTC中心設備集中管理實現。

2）綜合維護平臺。考慮CTC綜合維護平臺在國內高速鐵路中未充分應用，且塞爾維亞運營體制與我國存在差異，故匈塞鐵路塞段CTC系統未設置綜合維護平臺設備。

3）GPRS網絡承載功能。中國鐵路CTC系統，為適應國內動車組、普速列車、貨物列車共線運行時運輸量大、作業繁忙、行車交路復雜的客觀情況，開發了“無線接車進路預告”“無線調度命令”“車次號追蹤”功能，依托GPRS網絡實現車地設備的信息交互。歐洲高速鐵路通信系統中不包括GPRS網絡，無GRIS、GROS等相關通信設備。考慮匈塞鐵路塞段通信系統方案以及實際運營需要，CTC系統未包含該功能。

3.3 設備準入條件

CTC設備需滿足塞爾維亞電子設備相關技術要求，需通過塞爾維亞Designated Body審核。

4 信號集中監測系統

4.1 工程技術方案

匈塞鐵路塞段設置信號集中監測系統。信號集中監測系統能夠監測信號設備狀態、發現信號設備隱患、分析信號設備故障原因、加強信號設備結合部管理、輔助故障處理、指導現場維修、反映設備運用質量、提高電務部門維護水平和維護效率等。

信號集中監測系統由中心系統、車站分機系統和網絡系統組成。匈塞鐵路塞段設置一處中心設備，各新設聯鎖車站均設置信號集中監測分機。信號集中監測中心設備與車站分機之間通過專用廣域網（2 Mb/s通道）連接，并將有關信息傳遞至相關維護管理機構。

4.2 項目應用

匈塞鐵路塞段采用CSM-th型信號集中監測設備。其中，中心系統負責與所轄車站、監測終端等節點建立通信連接，進行網絡通信和數據交互，負責存儲車站開關量、模擬量、報警等相關數據；信號集中監測車站分機負責數據采集、分類、邏輯分析處理、報警、數據統計、匯總、存儲、回放等功能，通過標準接口與外部系統通信，獲取監測信息，并提供顯示界面。

根據運營要求，匈塞鐵路塞段信號集中監測系統不包含“電纜絕緣監測”“電源屏對地漏泄電流監測”功能；由于采用全電子計算機聯鎖設備，信號集中監測系統不包含“道岔表示電壓監測”功能；由于未采用軌道電路，信號機集中監測不包含軌道電路相關監測功能。

4.3 設備準入條件

信號集中監測設備，需滿足塞爾維亞電子設備相關技術要求，但塞爾維亞Designated Body對該設備無審核要求。

5 防雷接地系統

匈塞鐵路塞段不設置貫通地線，軌旁信號設備均連接至鋼軌。鋼軌作為牽引回流和接地的導體，是接地系統基礎。軌旁設備以及設備房屋的綜合防雷均通過鋼軌實現與大地連接。由于室外聯鎖控制柜直接安裝于軌旁，為實現防雷的良好效果，需保證機柜的良好接地，同時，通過“電子版卡對地懸浮”“輸入輸出通道采用SPD橫向防護”等方式實現防雷保護［2］。

匈塞鐵路塞段設備房屋綜合防雷采用共用接地系統，設避雷網（帶）、引下線接地、環形接地網等。房屋綜合防雷與鋼軌連接實現接地。信號機房不設置法拉第籠。信號設備應與綜合防雷系統可靠連接，同時信號設備機柜須達到EN 50121電磁兼容標準，起到電磁屏蔽作用。

6 結語

為了實現中國設備在歐洲市場“走出去”的目標，我國信號設備須立足業主需求、歐洲互聯互通需求，以及本地國的相關技術條件，充分利用我國鐵路市場成熟運營經驗和技術成果，進行必要的“定制化”改造或研發，并積極研究目標市場準入要求，取得相關認證證書。

我國信號設備在匈塞鐵路塞爾維亞段的應用，是在歐洲應用的“里程碑”，對于信號設備打開歐洲市場具有重要意義，將很大程度提高中國信號設備在全球鐵路市場的認可度。同時，為鐵路關鍵裝備“走出去”提供有效借鑒和指導意義。