廣州樞紐信號系統改造方案及關鍵問題分析

秦發園

近年來，隨著廣州鐵路樞紐引入線路的增加，以及規劃年度內多個項目的建成，樞紐辦理旅客列車作業，特別是始發終到類旅客列車的數量將大幅增加［1］。廣州鐵路樞紐是京廣線、廣深線、貴廣客專、南廣線和廣茂線等鐵路線路的交匯點。京廣線采用CTCS-0級（以下簡稱“C0”）列控系統，廣州站為京廣線終點站，辦理京廣線、廣深線、廣佛肇城際等列車的終到、始發及到發作業。廣深Ⅰ、Ⅱ線采用既有線CTCS-2級（以下簡稱“C2”）列控系統，Ⅲ、Ⅳ線采用C0級列控系統，廣州東站為廣深線終點站，Ⅰ、Ⅱ線辦理動車組的通過及到發作業，Ⅲ、Ⅳ線辦理旅客列車及貨物列車的終到、始發及到發作業。京廣高鐵采用CTCS-3級（以下簡稱“C3”）列控系統，C2級作為其后備模式，廣州南站為京廣高鐵終點站，辦理動車組的通過及到發作業。廣州樞紐線路示意見圖1。

圖1 廣州樞紐線路示意

通過線路走向發現，與廣州站連接的京廣線北端的郭塘站，通過廣州北上、下行聯絡線可接入京廣高速鐵路，廣深線的動車組可經京廣線運行至廣州北站。因此，提出對廣州、棠溪等站跨京廣高鐵開行動車組C2列控貫通改造工程，可緩解廣州南站運輸壓力，縮短市區人民的出行時間，實現整個廣州鐵路樞紐的互聯互通，提高了樞紐的運輸能力。本文重點討論廣州樞紐信號系統改造方案及改造過程中涉及的幾個關鍵問題。

1 信號系統設計方案

1.1 列車運行控制系統

根據《列控中心技術條件》（TB/T 3439—2016）等規范要求，京廣線動車走行車站廣州北（不含）至廣州（含）新設列控中心。按照《列控系統應答器應用原則》（TB 3484—2017），廣州北（不含）至廣州（含）布置區間及站內進站、出站、進路信號機應答器組，對于有大號碼道岔的車站，在大號碼道岔外方發送U2S的閉塞分區處200±0.5 m處設置大號碼道岔應答器組［2］。本次設計取消聯絡線上原C2/C0（C0/C2）等級轉換點，設置C3/C2轉換點［3］。利用設置于廣州西信號機房的既有臨時限速服務器，管轄郭塘（含）至廣州（不含）范圍內的臨時限速命令，修改廣州地區臺TSRS以及其對應的TDCS-TSRS接口服務器數據。廣州北（不含）至廣州（含）新設安全數據網，信號安全數據網網絡結構見圖2。

圖2 信號安全數據網網絡結構

1.2 閉塞系統

京廣線廣州北站至廣州站區間為四顯示自動閉塞，按正方向自動閉塞、反方向自動站間閉塞組織運行。區間信號機點燈、軌道電路編碼、方向電路及站聯電路等采用繼電方式。結合本段線路實際情況，提出自動閉塞系統設計方案如下。

方案一：改造為標準客專型自動閉塞系統。

全線區間新設室內、外軌道電路器材，發送器采用“1+1”備用方式，區間信號機點燈、軌道電路編碼、有源應答器報文、方向電路、區間邏輯檢查及站聯條件傳遞均由列控中心實現。

此方案符合目前客專線路技術標準，與相鄰的客專及高鐵線路標準保持一致。新設的列控中心可實現方向電路、區間邏輯檢查及站聯條件傳遞功能，無需另設區間綜合監控系統，避免工程的重復建設及投資浪費。缺點是區間軌道電路道床電阻需滿足2Ω·km要求，不滿足道床電阻條件的區段需增加分割點［4］。

方案二：維持既有自動閉塞系統

區間信號機點燈、軌道電路編碼維持既有繼電方式，應答器報文控制、方向電路及站聯條件傳遞由列控中心完成。

此方案只在區間增設應答器組即可，施工簡單，改造工作量小。缺點是區間室內發送器采用“N+1”備用方式，不符合客專線路技術標準，新設列控中心實現功能單一，且和區間綜合監控系統并存，造成資源浪費，后續如按客專標準改造存在重復投資。

綜上，因工程建設周期短，投資費用少，且區間軌道電路道床電阻調整需要較長的周期，為減少工程改造影響范圍，避免對既有線運營產生影響，本工程采用方案二。

1.3 站內軌道電路

參考《城際鐵路設計規范》（TB 10623—2014），需將廣州樞紐實施C2貫通車站動車組走行徑路內的出站信號機、進路信號機及調車信號機調整至與警沖標距離不小于5 m的位置［5］。車站既有軌道電路為25 Hz相敏軌道電路。對站內軌道電路調整方案如下。

方案一：動車走行徑路的軌道區段改為一體化軌道電路。采用TCC編碼，其余區段維持既有25 Hz相敏軌道電路和電碼化編碼方式。改造后軌道電路長度、道岔區段的道岔跳線和無受電分支布置等應按照《ZPW-2000軌道電路技術條件》（TB/T 3206—2008）等技術標準進行調整，室外需新敷設內屏蔽數字信號電纜［5］。

此方案改動范圍較大，需將股道及軌道區段進行切割，分割點處增設機械絕緣節，對無法滿足送受電端布置的區段進行送受端布置調整；室內需拆除所有既有電碼化設備，增設由于切割增加的軌道電路設備；另需增設一套ZPW-2000A軌道電路停電監督系統。

方案二：維持既有方式。

站內軌道電路維持既有25 Hz相敏軌道電路，編碼維持既有電碼化方式。此方案僅對電碼化電路進行局部修改，增設部分繼電器，聯鎖軟件需根據電碼化修改部分進行適應性修改。此方案較方案一改動范圍小，施工簡單便捷，但可靠性和安全性較方案一低。

結合工程實際開展情況，本工程采用方案二。

2 關鍵問題分析

2.1 載頻布置及載頻切換

如車站維持既有設計不變，依據《鐵路車站電碼化技術條件》（TB/T 2465—2010）及《ZPW-2000軌道電路技術條件》（TB/T 3206—2008）等技術標準，實施C2貫通車站需調整站內電碼化及區間軌道電路載頻布置。

列車在轉線作業、反向運行時需轉換線路載頻，通過在股道及發車進路最末端區段發送轉頻碼實現。既有線列控系統升級為C2后，為避免動車組接車至股道后發生制動，需取消全站轉頻碼，通過應答器獲取進路信息，車載設備自動轉換載頻。同時，為保證C0級時普速機車正常接收地面碼序，避免掉碼制動，需人工切換載頻［6-7］。以廣州西站為例，對載頻布置及人工切換載頻場景提出如下方案，載頻布置示意見圖3。

圖3 廣州西站載頻布置示意

廣州西站與棠溪站以XB信號機為分界，外方通過京廣三線區間連接棠溪站，內方連接車站上行線股道。京廣三線區間仍按奇數載頻布置，車站按照偶數載頻布置。側線股道上行咽喉側為奇數載頻，下行咽喉側為偶數載頻，人工切換載頻場景如下。

1）由XB信號機直向接車至ⅡG時，需在XB信號機絕緣節處人工切換載頻。

2）由ⅡG向XB出站口直向發車時，需在XB信號機絕緣節處人工切換載頻。

3）由股道（除ⅠG）向XB出站口發車時，需在咽喉區人工切換載頻。

2.2 聯鎖驅動YMJ/BMJ設計

2.2.1 預碼繼電器YMJ設計

如車站維持既有電碼化方案，根據《列控系統相關規范補充規定》（鐵總運［2016］222號）［8］要求：“裝備CTCS-2/3級列控系統的新建及改建線路，大站站內正線接發車進路及到發線應采用與區間同制式的軌道電路。困難條件下采用電碼化時，側線股道應預發碼”。廣州鐵路樞紐C2貫通車站動車走行徑路的側線股道，電碼化由占用發碼改為預疊加發碼，通過計算機聯鎖驅動YMJ實現。辦理上、下行咽喉經道岔側向至股道的接車進路，當列車壓入進路最后一個道岔區段時，計算機聯鎖驅動YMJ勵磁。以棠溪站為例，其YMJ設計見圖4。

圖4 棠溪站YMJ設計

棠溪站I 3G為動車走行股道，辦理下行咽喉至I 3G的接車進路；當列車壓入進路最后一個區段123-125DG時，聯鎖驅動SI 3 YMJ吸起，通過XI 3股道電碼化上碼通道實現股道預先發碼；當列車壓入I 3G后，XI 3 YMJ落下，通過GJF將低頻碼發送至股道。XI 3 YMJ同理。

2.2.2 補碼繼電器BMJ設計

既有線列控系統升級為C2后，為保證動車組以完全監控模式發車，對發碼長度不夠的進路需進行補碼。由于廣州樞紐C2貫通車站，采用電碼化方式發碼，因此，車站側線發車進路設置補碼用ZPW-2000發送器。以棠溪站為例，其BMJ設計見圖5。

根據線路速度計算，棠溪站XI 2～XI 6至XIZ側向發車進路需補充電碼化信息，通過每條發車進路設置一個BMJ實現，補碼范圍見圖5（a）中紅線部分。BMJ由計算機聯鎖驅動，常態落下，勵磁時機以補碼進路1（以下簡稱“BMJL1”）為例說明。辦理XI 2至XIZ發車進路且發車信號開放后，計算機聯鎖驅動BMJ吸起，列車壓入XIZ內方X1LQG時，BMJ落下，參見圖5（b）。

圖5 棠溪站BMJ設計

增加補碼發送器，電路原理同接發車進路電碼化原理。當辦理XI 2至XIZ的發車進路且XI 2信號機開放后，聯鎖驅動BMJ吸起，列車壓入122DG時，GCJ吸 起。114-120DG與112DG通 過XI 2→SL2發車進路電碼化的上碼通道上碼；104-110DG與102DG通過XI 1→XIZ發車進路電碼化的上碼通道上碼。

2.3 調整聯絡線應答器設置及線路速度

既有廣州北聯絡線設置了C2/C0（C0/C2）等級轉換點。廣州北下行聯絡線設置信號標志牌。為了便于非ATP車載設備控制列車運行，在上行聯絡線設置區間通過信號機，信號機點燈由廣州北高速場列控中心控制［9］。

既有線列控系統升級為C2后，京廣高鐵下線的C3動車組，可在聯絡線轉換為C2級控制模式后，直接開行至京廣線。因此，取消原C2/C0（C0/C2）等級轉換點，在聯絡線上設置C3/C2等級轉換點。由既有京廣鐵路上線的C2動車組越過廣州北高速場北端的進站信號機，在區間自動轉為C3級控制模式［10］。

按照線路速度計算，武廣RBC數據管轄范圍將延伸至郭塘站內。因此，郭塘站改造方案需做如下考慮。

1）RBC需與計算機聯鎖建立聯系，配套修改郭塘站聯鎖軟、硬件。

2）擴大了當前RBC的管轄及維護范圍。

3）郭塘站XH/XHF進站信號機內方有大號碼道岔，當車站存在限速時，造成列車在級間轉換時因C3、C2等級速度差過大而觸發緊急制動。

基于上述原因分析，為減少郭塘站對武廣客專的影響，將既有武廣客專RBC數據管轄范圍僅延伸至郭塘站XH/XHF進站信號機處［11］。廣州北聯絡線應答器改造示意見圖6。

圖6 廣州北聯絡線應答器改造示意

由于聯絡線C3/C2等級轉換執行點距RBC邊界不滿足列車在既有最高允許速度160 km/h常用制動到0 km/h的距離，需對聯絡線最高允許速度進行調整。

1）下行聯絡線（廣州北高速場SLF信號機至郭塘站33#岔尖）正、反向最高允許速度降至120 km/h。

2）廣州北站內4#道岔為大號碼道岔，為了滿足4#岔尖至SLF信號機的制動距離要求，將4#道岔側向速度限制為120 km/h，與下行聯絡線保持一致。

3）上行聯絡線反向（廣州北SL信號機至郭塘35#岔尖）最高允許速度降至115 km/h，正向最高允許速度維持既有160 km/h。

廣州北聯絡線速度變化示意見圖7。

3 結論

為了提高廣州鐵路樞紐的運輸能力，實現多條高速鐵路互聯互通，結合廣州鐵路樞紐已實施各工程，從列車運行控制系統、閉塞系統、站內軌道電路方面，提出了廣州樞紐既有線信號系統改造方案，并結合現場的實施需求與開通過渡的可行性，對設計方案中涉及到的幾個關鍵問題進行案例分析，給出設計建議。該方案與設計要點已應用于現場，可為相關改造工程提供一定的參考。