廣州地鐵CBTC系統特殊區段NCO延伸分析和驗證

鄧建華

廣州地鐵9號線、21號線、14號線（含支線）信號系統,均采用Seltrac?基于通信列車自動控制技術的城市軌道交通CBTC系統（以下簡稱“CBTC系統”）［1］。如果列車定位丟失或通信丟失,移動授權單元（MAU）在其控制范圍內將無法追蹤該列車的精確位置信息,只能根據計軸區段的占用狀態確定列車所在區段。此時MAU若檢測到一個區段被非通信列車（NCT）占用,則將創建一個非通信障礙物（NCO）［2］。簡單地說,在CBTC系統模式下,NCO就是真正的“占用”,未清掃的NCO是移動授權的障礙物,受控列車（ATO、ATPM、DTB）將無法正常通過帶有NCO的區段。

對于NCO,CBTC系統無法判斷NCO區域的NCT列車狀態,按照故障-安全原則［3］,MAU將擴大NCO區域,即延伸至鄰近通信列車（CT）或相鄰空閑區段邊界,將NCO區段的相鄰區段作為防護區段,一旦有CT占用該相鄰區段,為確保NCO區域列車不與NCO區域相鄰區段CT列車發生沖突,CBTC將觸發CT列車緊急制動。此現象為系統的正常防護機制,稱之為NCO延伸。

該保護機制的作用:一是為了阻止列車進入NCO區域,系統將后續列車限制在NCO區域之外,并在相鄰區段外設置NCO停車點［5］；二是將NCT后方同一區段,或者已進入相鄰區段的CT移動授權限制（LMA）［6］進路回撤,使得CT因NCO延伸觸發緊急制動。因此,為了降低NCO及NCO延伸對行車的影響,應盡快組織清掃NCO,且清掃時必須使用通信列車的RMF模式進行人工確認。如果NCO在正線位置,行調組織CT清掃即可；若NCO出現在折返道岔區域,將使故障處理難度升級。

針對調度及信號人員在實際工作中,對CBTC系統NCO的創建及延伸機制的理解偏差,尤其是折返線及聯絡線2種特殊區段在組織故障處理時,稍有不慎將會導致故障及影響擴大化,本文以廣州地鐵CBTC線路中,A站折返線NCO的延伸分析及B站聯絡線NCO延伸的驗證測試為例,深入分析2種典型區段NCO的創建及延伸場景,從而進一步研究折返線及聯絡線NCO延伸對列車的影響及處置方法。

1 折返線NCO延伸場景分析及影響

如圖1所示,一列非通信列車NCT 1出廠時,由于車載設備故障,列車一直為NCO狀態,行調組織該車運行至A站3道退出服務,此時A站3道區段3為NCO區段,相鄰區段4為空閑狀態時,NCO未發生延伸。在此前提下,折返線特殊區段NCO延伸及影響主要為以下3種場景。

圖1 NCO相鄰區段4空閑，NCO未延伸

場景1,如圖2所示,A站折返線道岔SW2與道岔SW3之間距離只有32 m。為了安全防護,應在2組道岔之間設置侵限絕緣［7］。依據《鐵路信號聯鎖圖表編制原則》,聯鎖編制時應將侵限絕緣區段的側向進路保護考慮在內［8］。因此,當CT 2運行進入區段4時,A站的折返線設計NCO相鄰區段4為道岔區域,且SW2道岔在反位,NCO延伸至整個道岔區段,此時系統將LMA進路回撤,導致CT 2列車發生緊急制動［9］。行調組織CT 2以RMF方式動車,出清區段4后,區段4 NCO消失；但區段3中的NCO在未完成清掃時,后續CT在A站折返過程中,只要進入區段4,則NCO將從區段3延伸至相鄰區段4,導致CT緊急制動,嚴重影響運營。

場景2,如圖2所示,若A站折返線道岔SW2與SW3之間距離足夠,不會造成側面侵入界限,SW2與SW3之間未設置侵限絕緣,當CT 2運行進入區段4時,NCO從區段3延伸至相鄰區段4,在條件允許的情況下,考慮到運營情況,系統會設置軟NCO功能,可以理解為因CT 2已經進入到區段4中,MAU判斷NCO延伸至區段4是由CT 2自身導致,而該區段實際狀態是安全的,系統不會將區段4視為真實的障礙物。軟NCO的設置可以有效防止因為在折返線區域,或越行線區域產生NCO而使運營中斷的情況發生。正常情況下,軟NCO不會導致授權的LMA進路回撤。因此,CT 2以受控模式通過區段4,出清區段4后,區段4的NCO消失。

圖2 NCO相鄰區段4占用，NCO發生延伸

場景3,如圖2所示,雖然A站折返線道岔SW2與SW3之間距離不會造成側面侵入界限,SW2與SW3之間未設置侵限絕緣,但若此時區段4受擾,由于NCT 1鄰近區段4,NCO將延伸至整個折返岔區,此時道岔SW2鎖閉,也無法執行解除過岔鎖閉命令［5］,調度必須組織人員手搖道岔進行折返,CT 2以RMF方式動車,出清區段4后,區段4的NCO消失。該場景下,折返效率極低,對組織運營影響嚴重。因此,為降低特殊區段NCO延伸,或與特殊區段受擾疊加故障的風險,調度應提前預想,避免將NCT 1放置在折返站3道位置。

2 聯絡線NCO延伸驗證及影響

為避免上述A站場景1及場景3嚴重影響運營的情況出現,廣州地鐵對采用Seltrac?無線CBTC系統線路所有特殊區段進行NCO延伸驗證測試,從而全面掌握特殊區段NCO延伸對列車的影響,并制定改進方案及處置措施。

2.1 NCO延伸驗證測試

圖3所示為X線路與Y線路聯絡線特殊區段,該場景為地鐵不同線路間典型的聯絡線設計,可以按照以下步驟開展NCO延伸驗證測試。

1）受控列車CT 1停放在S1信號機前,保持ATO模式；為列車排列S1-S2進路（拖排含S1-S2進路,下同）,信號人員設置區段2受擾,S1信號機正常開放,列車進路不受影響,列車通過受擾區段后出清［10］。

2）信號人員設置區段4占用,由于X線路與Y線路為2套獨立的CBTC系統,X線路CBTC系統無法確定Y線路區段4占用的情況。因此X線路CBTC系統將占用的區段4設為NCO區段,此時,NCO會延伸至SW1道岔反位分支及區段2中,S1信號機關閉,列車進路變為待辦狀態,影響S1-S2進路。CT 1無法以受控模式越過區段2,調度組織司機以RMF方式越過區段2。

3）在此基礎上,信號人員設置區段3受擾,NCO延伸至區段2后,未繼續延伸至區段3中,由于SW2道岔為定位,開通直股,NCO只會延伸到SW2道岔區段,不會再向兩邊延伸。

4）信號人員恢復區段2及區段3為空閑狀態,區段4保持占用為NCO區段,組織CT 1列車以ATO模式動車,區段4 NCO延伸至區段2中,但LMA未發生回撤,列車正常運行,沒有影響。

2.2 NCO延伸對行車的影響

通過對各線路聯絡線或越行站特殊區段的NCO延伸驗證測試分析,總結提煉出不同場景下CBTC系統反應和對CT 1列車的行車影響,匯總成表見表1（如圖3場景）。另外,對于設置了中間區段的聯絡線,NCO延伸測試結果與表1測試結論一致,通過核查該聯絡線聯鎖表,該中間區段的狀態已列入進路授權的特殊條件。因此,在開展CBTC系統各線路特殊區段NCO延伸驗證試驗過程中,實際驗證結論與聯鎖表一致性核查也是關鍵步驟。

表1 特殊區段NCO延伸驗證測試結論

圖3 B站聯絡線特殊區段場景

3 特殊區段NCO延伸處置

3.1 NCO通用處置

如圖3所示,以B站聯絡線場景為例,SW1定位,區段4為NCO區段,同時區段2受擾,將會影響正線列車信號開放。調度需提前預想,開放S1引導信號,組織列車以RMF60模式,憑引導信號動車,直至可以恢復為ATO模式。同時,組織Y線CT列車以RMF模式完整駛過NCO區段,從而排除該區域內NCT的可能性,完成NCO區段的清掃。雖然調度人員及維修人員已掌握該NCO清掃處置的基本原理,但是在NCO清掃過程中,往往還需要細化到具體步驟,只有正常操作每一步才能快速完成NCO清掃,降低對運營的影響。

圖4為B站聯絡線Y線路區段4 NCO初始場景,通常該場景是由于NTC通過受擾計軸區段4故障疊加而產生的。盡管在實際運營過程中,NCO創建的區段及場景有所不同,但依據NCO清掃的基本原理及驗證測試,可將NCO的處置總結為以下具體步驟。

圖4 聯絡線Y線路區段4NCO初始場景

1）VOBC將ATO列車 （CT 1）的停車點（NCO停車點）設在區段3的邊界；列車的LMA延伸至S2信號機（此時S1信號機顯示綠燈開放信號）；ATO列車在S1前自動停下。

2）調度取消進路,復位班次,然后重新為列車拖排至前方S4信號機的進路。

3）司機轉換到RMF模式（RMF60模式）。

4）司機駕駛列車以RMF模式通過S1信號機,并在S2信號機前停車。

5）調度員將S2信號機設置引導顯示,開放引導信號。

6）司機駕駛列車以RMF模式,通過S2信號機以及區段4。

7）列車到達區段4和區段5的邊界,NCO區域不斷縮小,小于最小工程車車長時,NCO清掃完畢。此時,MAU給列車提供LMA；TOD顯示ATO/ATPM可用。

8）調度員設置列車班次,司機操作恢復受控模式開始動車。

NCO通用處置的注意事項:NCO的清掃應按照列車運行方向,從前到后依次動車,可以理解為區段4（NCO區段）前方列車動車行駛到與后車（區段4中的NTC）相隔一個空閑區段后,后車才開始動車。當區段4中的NTC駛離區段4后,CT 1按照上述NCO通用處置步驟,完成區段4 NCO清掃,這樣利用空閑區段,列車只需清掃其車頭至區段邊界的NCO即可,從而大大提高處置效率［5］。

3.2 預防NCO延伸處置

1）對于廣州地鐵14號線、21號線遠郊線路,列車運行間距較大,密度小,列車間隔在1個空閑區段以上,調度可以通過組織調整列車駕駛模式或者列車停站時間,將所有CT列車限制在NCT相鄰區段之外,避免列車進入NCT區段產生NCO延伸,導致故障擴大化。

2）當線路上有NCT時,調度應將NCT盡快就近返回車廠,對于線路上同時出現了受擾區段,可組織就近停放NCT在存車線或者進入避讓線退出服務,避免NCT靠近受擾區段,尤其杜絕靠近受擾岔區,否則受擾岔區道岔將鎖閉無法解除,對運營造成較大影響。若道岔區域計軸受擾且無NCO,只需對該區段執行解除過岔鎖閉命令便可操岔（30 s內有效,并只可操作1次）,同時優先組織未進站列車選擇站前折返。

3）若某個有出入廠線的控區單邊（上行或者下行）全部計軸區段都受擾,此時需立即停止組織列車在受擾的出/入段線出入廠,同時不能組織非通信列車接近受擾區段,避免NCO延伸。

4 結束語

廣州地鐵對采用Seltrac?無線CBTC系統的所有特殊區段進行了NCO延伸驗證測試,掌握了發生NCO延伸的實際狀態,理清了可停放NCT的存車線、折返線、避讓線等位置清單,從而大大提高調度故障應急處理和運營組織的靈活性。另外,針對不同線路的特殊區段,制定了標準化測試流程文檔和NCO驗證測試方案,并開發了《CBTC系統NCO延伸及處置》培訓課程,增強調度及維修人員的理解,針對性地修訂了《信號故障應急現場處置方案》等文件,指導科學開展NCO處置及避免NCO延伸發生。自2019年完成驗證測試工作至今,廣州地鐵CBTC系統線路未發生一起因NCO引起的晚點故障,或因NCO延伸導致的故障或故障擴大化事件。