上海軌道交通2號線信號系統改造實施方案

孫 磊

(上海地鐵維護保障有限公司通號分公司， 200235， 上?！沃砉こ處?

上海軌道交通2號線(以下簡稱“2號線”)是上海城市軌道交通線網中重要的線路之一。該線橫跨市中心，連接多個重要金融商圈及旅游景點，并聯通了浦東國際機場和虹橋綜合交通樞紐。2號線全長64 km，設30座車站，日均客流超過170萬人次，是目前上海城市軌道交通線網中客流量最大、每日運營時間最長、信號設備投用時間最長的線路。2號線在整個上海城市交通網絡中有著不可替代的作用，若無法保障2號線日常的運營安全，會對上海的城市交通網絡帶來巨大的影響。本文針對2號線夜間施工窗口期短、改造項目工期短、運營安全要求高、增能任務嚴峻等難點，從技術方案、倒接方案、開通方案3方面對2號線信號系統改造的具體實施方案進行闡述。

1 2號線信號改造的技術方案

文獻[1]詳細介紹了此次更新改造的方案，本文所述的技術方案可為工程實施提供技術上的兼容性及實施上的靈活性。

1.1 軌旁技術方案

升級既有的TBTC(基于軌道電路的列車控制)軌旁設備，保留軌道出清、占用信息及數字軌道電路發碼等功能，用以取代目前主流計軸為后備的CBTC(基于通信的列車控制)信號系統。既有的數字音頻軌道電路(型號為AF-904)與數字軌道電路聯鎖(型號為T-MLK II)升級后保持接口不變。使用新的CBTC系統CI(計算機聯鎖)子系統，并研發既有T-MLK II與CI的接口。

1.2 車載技術方案

車載改造需對整列車的信號系統進行更換。列車由CBTC系統控制，再由軌道電路對應的DTG(目標距離)設備讀取地面信息，將信息發送給CC(車載控制器)。當CBTC發生通信故障時，可轉為由軌道電路準移動閉塞的授權方式，控制列車運行。

1.3 ATS(列車自動監控)及傳輸網絡技術方案

改造后的2號線不再沿用既有的OCC(運營控制中心)。新的OCC設在上海軌道交通網絡運營調度指揮大樓(以下簡稱“3C大樓”)內。新骨干網也獨立于既有網絡，與新的ATS系統組建成網。

2號線信號改造項目中新增了CBTC系統，以軌道電路替代傳統CBTC模式下計軸的后備系統。當CBTC故障導致信號系統降級為后備TBTC信號系統時，將由數字軌道電路發碼，確保2號線在早晚高峰時段仍能滿足中心城區內2 min的運行間隔，不影響市民的正常出行。

改造后的車載系統同時具備在既有信號系統下維持日常運營及在新建CBTC下進行夜間施工調試的能力，無需更換任何軟件或進行系統切換，具有很強的靈活性。

2 2號線信號改造的倒接方案

2號線目前是上海城市軌道交通線網中每日運營時長最長的線路，夜間停運后僅有1 h 30 min的有效施工時間。為滿足邊運營、邊大修的需求，并增加有效測試的時間，在參考上海軌道交通1號線信號大修經驗的基礎上，本文以2號線信號改造項目的徐涇東站為例，說明以安全繼電器為倒接開關的倒接方案。

2.1 繼電器倒接開關的倒接方案

2.1.1 設計原則及方案

1) 將倒接繼電器落下狀態作為運營模式，倒接工作基于“故障導向安全”原則來開展。

2) 提供兩路24 V供電。

3) 倒接開關啟用后倒接操作便捷，節省了新老系統間的切換時間。

4) 避免發生因人員操作不當而導致新設備與既有設備聯通的情況。

2.1.2 實施步驟

2號線信號倒接過程如圖1所示。其中：分圖a)、b)、c)、d)表示新建系統接入前的狀態，分圖e)、f)表示調試及新建系統投用后的狀態。

a) 正視圖

a) 倒接前的既有系統

具體的倒接步驟為：

1) 在既有的機房內安裝倒接開關，既有設備接入倒接開關，室外為既有設備。如圖1 b)所示，倒接開關以單個軌旁設備為單位，接入倒接開關的既有設備需進行現場功能驗證后再投入運營。每個施工點可根據作業時間調整接入設備的數量，以避免夜間施工時間不足影響次日的運營。

b) 側視圖

b) 接入倒接開關

2) 如圖1 c)所示，敷設既有機房至新機房的聯系電纜，用于新設備與軌旁既有設備的連接。敷設室外新電纜，用于新建的CBTC開通后更換為室外電纜。

c) 安裝新設備及倒接電纜

3) 如圖1 d)所示，在新機房安裝室內設備，連接新機房至倒接開關電纜，同時將不需要倒接的設備直接用新電纜與室外的新設備(如信號機、發車表示器、站臺緊急停車、有源信標等)連接。

d) 新建系統接入倒接開關

4) 如圖1 e)所示，當夜間調試施工時，將繼電器吸起即可完成軌旁既有設備與新建系統的連接，以實施新建系統的調試；調試完成后，將繼電器落下，可恢復到既有設備運營狀態，以進行日間的正常運營。當繼電器發生供電故障落下時，繼電器落下節點與既有設備連通，不會影響既有設備運營，滿足故障導向安全的原則。當新建系統調試完畢、CBTC開通后，只需保持繼電器吸起就能滿足運營需求。

e) 夜間調試期間及新建系統投用后的狀態

5) 如圖1 f)所示，CBTC開通后，逐一斷開新建設備至倒接開關電纜，并更換室外新電纜和更換軌旁設備。最后拆除倒接開關、既有設備及聯系電纜，整個倒接過程完成。

f) 拆除倒接設備

在實際的倒接施工時發現，此倒接方案在上海軌道交通1號線軌道電路上的工作電壓為2.25～4.50 V、工作電流為120～400 mA時接入倒接繼電器的電阻值為0.55±0.03 Ω、電纜阻值為0.20±0.03 Ω后，不會對軌道電路的正常工作產生特別大的影響，只需對軌道電路設備進行收發數據調諧即可正常投入使用。但在2號線的信號改造過程中，AF904軌道電路的工作電壓為0.50～1.20 V、工作電流為280～320 mA時接入倒接繼電器的電阻值為0.55±0.03 Ω、電纜阻值為0.20±0.03 Ω后，在運營時部分區段的軌道電路出現閃紅。在排除倒接繼電器硬件性能、倒接電纜質量及接線工藝等因素后，需要對倒接方案進行修正，并對倒接開關進行重新選型。

2.2 修正的倒接方案

2.2.1 修正方案介紹

修正后的倒接開關采用Kraus & Naimer CA10，該倒接開關為二位置定位式轉換開關，可用于新建系統和既有系統間的轉換。該開關的具體參數有：①開關額定容量為AC 690 V/20 A、DC 110 V/1 A；②最小電流為5 mA；③最大連接導線截面積為2.0 mm×2.5 mm(雙股軟線)；④機械壽命為500萬次；⑤最大觸點數為12個,倒接電纜阻值保持不變；⑥倒接開關電阻值為0.15±0.03 Ω；⑦長、寬、高的尺寸分別為170 mm、48 mm、48 mm，如圖2所示。

2.2.2 電路原理圖

如圖3所示，新倒接開關的物理連接同繼電器倒接原理類似，操作時通過旋鈕可在新建系統和既有系統間手動切換。圖4中，數字表示新倒接開關接線端子上的對應接線端子編號。單個產品有12組節點，其中：1、2、5對應一組節點，3、4、7對應另一組節點，依此類推。1、3、9……41、43節點對應接入既有系統;5、7、13……45、47節點對應接入新建系統;2、4、10……42、44接點接入既有軌旁系統。

圖3 新倒接開關(Kraus & Naimer CA10)的電路原理圖

經驗證，采用修正方案后，不再發生AF904軌道電路不穩定紅光帶的設備故障。目前,此方案已經在2號線大范圍使用。

3 2號線信號改造的開通方案

在技術方案正式確定后，根據初步設計的專家意見、線路增能任務、實施風險、開通節點及運營影響等因素，對各種可行性開通方案進行評估，最終確定了2號線信號大修后的開通方案。方案分3步實施。

3.1 完成4站3區間樣板段的建設

第一步是選取徐涇東站至淞虹路站作為樣板區段，先實施軌旁及ATS的設備升級及改造，以在盡可能短的時間內具備CBTC及TBTC的功能驗證?；谀壳靶孪到y對列車進行改造的情況，可以提前進行整個新建系統信號功能的驗證，以固化信號系統的整體方案，提前進行專家評審，為方案在2號線全線的實施提供可靠的依據。

3.2 完成全線CBTC的改造和升級

在樣板段完成能驗證后，第二步是完成全線的ATS、聯鎖及部分軌道電路的升級，使其能滿足CBTC開通要求。

1) 軌旁設備。CBTC模式下運營列車無需具備軌道電路發碼功能，只需完成軌道電路出清及占用信息和聯鎖功能驗證，軌旁就具備開通CBTC條件，因而在調試初期對施工資源的需求大為減少。

2) 車載設備。需根據實際運能需求對車載設備進行改造。既有系統列車依次退出運營進行改造，列車新建系統改造調試后可直接上線以既有系統TBTC模式運行。在此期間，改造后的列車既能在白天既有系統運營，又能在夜間新建系統進行CBTC模式調試，無需更換任何軟件或進行系統切換，具有很強的靈活性。待改造列車的數量大于上線運營列車數時，列車具備開通CBTC的條件。

3) ATS系統。需完成全線ATS設備的安裝(含3C大樓)，并接入整個骨干網絡。在此期間，ATS完全隔離在運營設備外，不影響日常運營，但具備白天模擬接收數據功能，在只收不發的測試環境下可完成功能驗證。在整個離線模擬驗證完成后開始壓力測試，在完成壓力測試驗證了ATS系統的完整性后，ATS具備開通CBTC的條件。

在完成所有系統的改造及人員運營培訓,且所有系統都具備開通條件后，可對全線CBTC進行升級。

3.3 TBTC功能逐步調試并分段開通，拆除老的設備及聯系電纜

在新建系統CBTC模式開通后，軌旁可以根據TBTC模式的調試進度，逐站或分段開通軌道電路的發碼功能。后續新建系統列車上線后以CBTC+TBTC模式直接投入運營。

已經完成升級的車站可以拆除既有系統的老設備，這樣既可以有效縮短新建系統CBTC開通的時間，還可以將既有系統拆除工作與車站夜間TBTC施工相結合，2項工作同步進行，以減少施工資源的需求。

4 結語

與傳統的信號大修改造方案相比，上海軌道交通2號線以TBTC為后備系統的CBTC系統改造方案更具實施性和靈活性，實施的難度較低，既可保障線路的正常運營安全，又能實現線路的增能任務。在整個系統的升級、改造過程中，新建設備對運營影響的風險可以通過合理、有序的施工組織方案來規避。而對于既有的設備，在完成升級改造后、再次投用前，對既有設備的可靠性及安全性提出了更高的要求，因此在后續的實施過程中需進一步研究如何優化實施方案、提高既有設備的運營安全水平、減少既有系統設備的使用壓力，以縮短新建系統建設時間。

除了全線的壓力測試外，目前所有的實施方案、所有的測試及功能驗證都不會對次日的運營組織造成影響。為保證次日正常運營，全線的壓力測試方案應結合運營生產計劃進行調整，需深入研究運營結束后全線列車不回庫直接開始測試，在測試完成后直接開始投入運營或者逐列回庫再上線運營的全線壓力測試方案的可實施性。