客運專線鄰近車站的分歧道岔信號控制方案研究

郭大帥

(中鐵第四勘察設計院集團有限公司，武漢 430063)

1 問題提出

客運專線鄰近車站的分歧道岔與鄰近車站的位置關系千變萬化，如圖1所示。分歧道岔（L1/L2/L3）距離鄰近車站短約2 km，長約6 km。

圖1 分歧道岔與鄰近車站的位置關系Fig.1 Positions of branch turnouts and the adjacent station

分歧道岔是作為車站咽喉區的一部分，還是被區間線路所進行控制，現行標準規范尚無明確規定，也無“慣例”指導工程設計。

分歧道岔聯鎖控制方案有獨立計算機聯鎖、區域聯鎖、遠程控顯、集中操控4種集中控制方式[1]。

查閱現有研究成果、技術標準規范后，發現影響方案選擇的幾個重要因素，有的在現有研究中尚未提及、有的需要更進一步研究。具體有以下5方面因素：1）分歧道岔直接納入車站聯鎖方案電纜最大長度；2）方案費用（建設、維護）；3）不同方案信號系統可靠度及失效后影響行車的范圍；4）不同方案與調度區劃適應性；5）不同方案與臨時限速服務器（TSRS）、無線閉塞中心（RBC）設置適應性。

2 分歧道岔控制方案及對比分析

2.1 直接納入車站聯鎖方案

根據調研交流轉轍機廠家情況，轉轍機內配置的控制線纜孔徑匹配最大銅線截面積為2.5 mm2。信號電纜采用銅導線，線芯直徑為1 mm，其截面積近似0.785 mm2。在不考慮改變現有交流轉轍機產品設計前提下，X1～X5每線最多采用3芯信號電纜（2.5/0.785=3.18）。若通過調整產品設計，擴大交流轉轍機控制線纜引入孔、采用大截面積信號控制電纜（如加粗電纜線徑，單芯4 mm2），相應控制電纜的最大長度將顯著增加。由于涉及產品的研發、認證問題，一般工程設計不考慮該方案。

交流轉轍機采用每線3芯信號電纜，控制電纜最大長度計算如下[2]。

考慮連接線、端子和接點總電阻4.8 Ω（3×1.6 Ω）。

交流轉轍機控制電纜達到2.3 km后，道岔表示電路問題已有對策措施[3]。

經調研，道岔信號控制電纜長達5 471 m，工程項目已有開通運營實例?？紤]掌握的運營實例較理論計算最大長度（6 280 m）對工程實施更具有指導意義，本次研究交流轉轍機控制電纜最大長度暫按5 471 m計，考慮電纜彎曲系數、做頭等因素，對應道岔距離信號樓測算為5 240 m。

直接納入車站聯鎖方案擴大了“直接納入車站聯鎖”的適用范圍。

2.2 方案費用（建設、運營維護）分析

2.2.1 建設費用對比

以某項目線路所進行分析，如表1所示。

表1 不同方案建設費用Tab.1 Costs of construction of diあ erent schemes

在工程投入方面，線路所分歧道岔采用直接納入車站聯鎖方案，投資最節省，集中操控方案投資最大。

2.2.2 運營維護費用對比

運營維護費用主要包括行車、電務等人力資源費用。

以調研的某車務段行車人員費用成本為樣本，運維人員年薪按11萬元/人計。

不同方案下人力資源配置分析，如表2所示。

表2 不同方案運維費用Tab.2 Costs of operation and maintenance of diあ erent schemes

2.2.3 建設、運營維護費用對比

通過以上費用分析，按信號設備大修期，建設、運營維護費用綜合對比，如表3所示。

表3 不同方案綜合維護費用Tab.3 Comprehensive costs of diあ erent schemes

2.3 不同方案信號系統可靠度及失效后影響行車范圍分析

運用可靠性理論[4]開展研究。測算分歧道岔5種不同方案信號系統可靠度，分析信號系統失效后影響行車范圍、計算出不同行車方向的可靠度。

2.3.1 不同方案信號系統可靠度

對于不同方案分歧道岔信號控制系統可靠度計算如表4所示。

表4 不同方案可靠度Tab.4 Reliability of diあ erent schemes

直接納入車站聯鎖、區域聯鎖方案的可靠度雖然高，但若實現道岔轉換、進路辦理等還需考慮其納入車站（車場、線路所）計算機設備部分的可靠度，這樣與獨立聯鎖方案可靠度相當。

2.3.2 不同方案信號系統失效后影響行車范圍分析

對于控制分歧道岔的信號系統，直接納入車站聯鎖方案、區域聯鎖方案無降級條件，納入車站（車場、線路所）的聯鎖設備可靠度直接決定其能否正常工作。

按滿足行車最低層次功能需求，分析分歧道岔信號系統底層失效（聯鎖和室外、室內繼電器電路）后影響行車的范圍。

對照《客運專線聯絡線道岔聯鎖集中控制方案研究》的幾種聯絡線布局形式，分歧道岔連接正線、聯絡線有：1）2線進3線出；2）2線進4線出；3）構成三角形關系的2線進4線出。

分歧道岔所在正線、聯絡線一般連接3個方面（正線前后各一個、聯絡線一個），如圖2所示，B、C之間連接線路(L選)存在有、無兩種情況。

圖2 分歧道岔正線、聯絡線布局形式示意Fig.2 Layout of the branch turnouts, the main line and the liaison line

為便于分析，假設B、C間可行車，L選存在；故障設定為分歧道岔連接的車站（A/B/C任一個）底層聯鎖故障。

區域聯鎖方案： 1）分歧道岔納入A站控制，若A站信號系統故障，A-B、A-C間行車轉人工，B-C行車正常；若B站信號系統故障，A-B/ B-C間行車轉人工，A-C行車正常； C站信號系統故障與B站故障類似； 2）分歧道岔納入B站控制，若A站信號系統故障，A-B、A-C間行車轉人工，B-C行車正常；若B站信號系統故障，A-B、A-C、B-C間行車轉人工；若C站信號系統故障，A-C、B-C間行車轉人工，A-B行車正常；3）分歧道岔納入C站，控制故障影響范圍類似納入B站。

獨立聯鎖方案：若A站信號系統故障，A-分歧道岔間行車轉人工，分歧道岔-B、分歧道岔-C、B-C行車正常；若B站信號系統故障，B-C、分歧道岔-B間行車轉人工，A-C行車正常；C站信號系統故障與B站故障類似。

遠程控顯、集中操控與獨立聯鎖方案類似。

分歧道岔采用納入無聯絡線側車站（A）區域聯鎖方案與采用獨立聯鎖方案，當A站信號系統故障時，由于A-分歧道岔間行的公用部分行車轉人工，A-B/A-C行車可靠度均降為0，因此，考慮分歧道岔的功能在于組織A-B/A-C行車，兩方案故障影響視為相同。

分歧道岔采用獨立聯鎖方案和采用納入無聯絡線側車站（A）區域聯鎖方案，受銜接車站信號設備故障影響，行車范圍最小；采用區域聯鎖分歧道岔納入聯絡線側車站（B站或C站）控制，納入車站信號系統故障時，影響行車范圍最大。

2.4 不同方案與調度區劃適應性分析

分歧道岔采用獨立聯鎖方案、遠程控顯方案，對所屬調度臺設置、調度區劃分不構成限制條件。

分歧道岔采用集中操控方案：分歧道岔所在線路所與放置集控服務器、操控終端的鄰近車站分別屬于不同的調度臺時，在集控狀態下需兩個調度臺間交互信息。經調研，目前CTC中心設備不支持信息交互，因此，此種情況下分歧道岔所在線路所改為獨立線路所即可，不能采用集中操控方案。

分歧道岔采用區域聯鎖方案：分歧道岔納入鄰近車站，當所納入車站與分歧道岔正線屬于不同調度臺管轄時，存在 “飛地”情況。經調研，目前CTC設備支持此種運用，但運輸調度部門不接受，認為該方案會產生線上運行列車短時間、頻繁進出分歧道岔所在調度臺，產生大量調度員間交接車工作，不合理。

分歧道岔納入正線上相鄰車站區域聯鎖，一般情況下，線路所與正線應屬于一個調度區劃，能避免聯鎖方案與調度區劃不匹配、“飛地”不合理問題產生大量調度員間交接車工作。

不同方案與調度區劃適應性方面，分歧道岔直接納入鄰站聯鎖與區域聯鎖方案存在問題相同。

2.5 不同方案與TSRS、RBC、TCC[5]設置適應性分析

分歧道岔采用獨立聯鎖方案、遠程控顯方案、集中操控方案，對所屬TSRS、RBC、TCC[6-8]設置不構成限制條件。分歧道岔采用區域聯鎖方案：分歧道岔納入正線連接的鄰近車站，對所屬TSRS、RBC、TCC設置不構成限制條件。分歧道岔納入聯絡線連接的鄰近車站時，分歧道岔及一側足夠長正線需納入分歧道岔所在調度臺，該正線長度需滿足避免TSR跨TSRS傳遞，若為CTCS-3線路,還需滿足不小于動車組按CTCS-3最高運行速度至0的常用制動距離+20 s走行距離的長度。

關于不同方案與TSRS、RBC設置適應性方面，分歧道岔直接納入鄰站聯鎖與區域聯鎖方案存在相同問題。

2.6 方案優先級分析及評定

下面從建設維護費用、可靠度、失效后影響范圍、與調度區劃適應性、與列控系統（TSRS、RBC、TCC）適應性方面，對5個分歧道岔的信號控制方案進行綜合分析。

以定性分析為主估分值，每個方面最高1分、最低5分，得分最少者綜合最優，不同方案關鍵因素估分評定得分如表5所示。

表5 不同方案關鍵因素估分評定得分Tab.5 Scores of evaluation of key factors of diあ erent schemes

表5根據本文調研的樣本推算。工程項目千差萬別，在具體工程設計實踐中可參照上述計算原則及思路，根據工程情況做綜合優先級評定分析計算，計算結果可作為分歧道岔信號控制方案選擇的依據之一。

3 研究結論

通過上述研究，形成鄰近車站區間分歧道岔信號控制方案研究結論如下。

1）當分歧道岔距離鄰站不超過5.24 km時，可采用直接納入車站聯鎖方案。

2）當分歧道岔距離鄰站超過5.24 km時，區域聯鎖方案在建設、維護費用節省方面最優。

3）從減少故障影響范圍、提高經分歧道岔行車可靠度方面考慮，分歧道岔優先采用納入無聯絡線側車站區域聯鎖方案。

4）分歧道岔采用集中操控方案時，線路所和集控站需納入同一個調度臺；分歧道岔采用區域聯鎖方案時，分歧道岔選擇正線上連接的鄰近車站納入。

5）分歧道岔納入聯絡線連接的鄰近車站區域聯鎖時，分歧道岔正線上 TSRS、RBC管轄正線范圍需足夠長，避免TSR跨TSRS傳遞。