特殊場景下列控級(jí)間切換方案優(yōu)化

王先明，周艷麗 ，張健偉

（1.江蘇高速鐵路有限公司，江蘇徐州 221006；2.華東交通大學(xué)電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院，南昌 330000；3.中國鐵路上海局集團(tuán)有限公司上海電務(wù)段，上海 200000）

隨著高速鐵路網(wǎng)的快速發(fā)展，客運(yùn)專線的交匯站越來越多，為滿足互聯(lián)互通的技術(shù)要求，必須在不同等級(jí)的線路之間進(jìn)行列控等級(jí)切換[1]。列控中心適用于運(yùn)用CTCS-2級(jí)和CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)的線路上的聯(lián)鎖車站、線路所和中繼站，也可用于與CTCS-2（簡稱 C2）和CTCS-3（簡稱 C3）級(jí)線路相銜接的CTCS-0級(jí)車站。它根據(jù)軌道區(qū)段占用信息、進(jìn)路信息、線路限速信息等，產(chǎn)生列車行車許可命令，并通過軌道電路和有源應(yīng)答器傳輸給車載子系統(tǒng)，保證其管轄內(nèi)所有列車的安全運(yùn)行[2-3]。C3級(jí)列控系統(tǒng)考慮了正常作業(yè)、故障及災(zāi)害防護(hù)情況下的運(yùn)營場景[4]，但當(dāng)站場情況復(fù)雜且在特定的情況下，會(huì)暴露出新的問題[5]。本文結(jié)合特殊場景下列車制動(dòng)故障實(shí)例進(jìn)行深入分析，并提出相應(yīng)的優(yōu)化對(duì)策。

1 目前現(xiàn)場運(yùn)營存在的問題

2021年X月X日08：45，GA次列車（300H型ATP）由C站向B站方向運(yùn)行，列車在X線路所通過時(shí)因ATP限速曲線突降導(dǎo)致觸發(fā)最大常用制動(dòng)。

如圖1所示，C站向A站運(yùn)行方向?yàn)镃3級(jí)別線路，X線路所向B站運(yùn)行方向?yàn)镃2級(jí)別線路。為實(shí)現(xiàn)列車在不同等級(jí)線路間不停車運(yùn)行，需要在地面C2和C3區(qū)段邊界增設(shè)特殊用途級(jí)間切換應(yīng)答器，分為正向預(yù)告應(yīng)答器，切換執(zhí)行點(diǎn)應(yīng)答器，反向預(yù)告應(yīng)答器。在等級(jí)轉(zhuǎn)換時(shí)，車載設(shè)備C2級(jí)控制單元與C3級(jí)控制單元應(yīng)相互通信，確保不因轉(zhuǎn)換觸發(fā)制動(dòng)。為保證控車權(quán)的可靠平穩(wěn)交接，級(jí)間切換時(shí)若列車已觸發(fā)制動(dòng)，則保持制動(dòng)作用完成，直至停車或列車發(fā)出緩解指令后，再自動(dòng)切換。若切換失敗，司機(jī)可根據(jù)列控車載設(shè)備指示，手動(dòng)進(jìn)行級(jí)間切換。

圖1 X線路所應(yīng)答器布置示意Fig.1 Schematic diagram of balise layout at block post X

2 列車制動(dòng)原因分析

08:45:40，車載設(shè)備以C3等級(jí)完全模式通過X線路所BTS應(yīng)答器組，收到該有源應(yīng)答器組描述的線路信息，C2等級(jí)臨時(shí)限速的限制速度為200 km/h，臨時(shí)限速有效區(qū)段長度為805 m，到臨時(shí)限速有效區(qū)段的距離為0 m。

08:45:44，車載設(shè)備收到無線閉塞中心（RBC）發(fā)送的M#3消息，包含P#41等級(jí)轉(zhuǎn)換命令，描述至等級(jí)轉(zhuǎn)換點(diǎn)距離為945 m。

BTS應(yīng)答器組描述的線路信息（BTS應(yīng)答器組后方805 m）未覆蓋至等級(jí)轉(zhuǎn)換點(diǎn)（BTS應(yīng)答器組后方945 m），根據(jù)《CTCS-3級(jí)列控車載設(shè)備技術(shù)條件》（TB 3483-2017）要求[6]，等級(jí)轉(zhuǎn)換點(diǎn)C2主控單元的目標(biāo)速度為45 km/h。車載設(shè)備收到P#41后，C2主控單元向C3主控單元報(bào)告等級(jí)轉(zhuǎn)換點(diǎn)的目標(biāo)速度，車載設(shè)備根據(jù)等級(jí)轉(zhuǎn)換點(diǎn)C2主控單元的目標(biāo)速度45 km/h生成C3等級(jí)控車模式曲線時(shí)，SBI限速曲線和EBI限速曲線均出現(xiàn)突降，列車速度超過SBI限速曲線，車載設(shè)備觸發(fā)最大常用制動(dòng)。

根據(jù)《列控系統(tǒng)應(yīng)答器應(yīng)用原則》（TB 3484-2017）對(duì)進(jìn)站應(yīng)答器組[JZ]臨時(shí)限速[CTCS-2]的要求[7]，X線路所列控中心對(duì)BTS有源應(yīng)答器組報(bào)文中的臨時(shí)限速有效區(qū)段長度為805 m，即BTS應(yīng)答器至BTXLF應(yīng)答器的距離725 m再延伸80 m。

綜上分析，300H型車載設(shè)備及圩洋線路所列控中心相關(guān)處理均符合規(guī)范要求。

3 方案分析

不同型號(hào)車載設(shè)備對(duì)C3-C2級(jí)間轉(zhuǎn)換邏輯處理存在差異。300H、300S型車在收到級(jí)間轉(zhuǎn)換預(yù)告信息后，以轉(zhuǎn)換點(diǎn)的C2速度作為目標(biāo)速度對(duì)列車速度進(jìn)行控制，而300T型車，收到級(jí)間轉(zhuǎn)換預(yù)告信息后，實(shí)時(shí)比較C3、C2曲線對(duì)列車速度進(jìn)行控制。

為解決此種場景下300H車型制動(dòng)問題，分別從修改列控中心、調(diào)整級(jí)間轉(zhuǎn)換方案兩方面提出了多站種優(yōu)化方案，并于實(shí)驗(yàn)室基于仿真平臺(tái)+實(shí)物車載設(shè)備（300H型、300T型）的環(huán)境對(duì)各方案進(jìn)行了仿真試驗(yàn)[8]。各方案在正常情況下，均能實(shí)現(xiàn)優(yōu)化目標(biāo)，但在特殊場景下，依然會(huì)觸發(fā)列車制動(dòng)，試驗(yàn)涵蓋了以下特殊場景。

1）B站辦理正線接車進(jìn)路；

2）B站辦理側(cè)線接車進(jìn)路；

3）B站辦理引導(dǎo)接車進(jìn)路；

4）B站不辦理接車進(jìn)路；

5）X線路所側(cè)線設(shè)置80 km/h限速（RBC全進(jìn)路限速，列控中心全進(jìn)路限速）；

6）聯(lián)絡(luò)線區(qū)間設(shè)置80 km/h限速（RBC全進(jìn)路限速，列控中心全進(jìn)路限速）；

7）B站進(jìn)站信號(hào)內(nèi)方設(shè)置80 km/h限速（RBC精確預(yù)告，列控中心全進(jìn)路限速）；

8）B站正線股道設(shè)置80 km/h限速（RBC精確預(yù)告，列控中心全進(jìn)路限速）；

9）B站出站信號(hào)內(nèi)方設(shè)置80 km/h限速（RBC管轄范圍之外）。

試驗(yàn)具體情況如下。

優(yōu)化方案一：修改圩洋線路所列控中心軟件，延長BTS應(yīng)答器中[CTCS-2]包臨時(shí)限速有效區(qū)段長度至B4296（C3-C2執(zhí)行應(yīng)答器）應(yīng)答器組并延伸80 m，使其覆蓋等級(jí)轉(zhuǎn)換點(diǎn)，如圖2所示。

圖2 優(yōu)化方案一設(shè)置Fig.2 Schematic diagram of optimization scheme 1

試驗(yàn)現(xiàn)象：在B站進(jìn)站信號(hào)機(jī)內(nèi)方設(shè)置80 km/h限速，300T型車載通過預(yù)告點(diǎn)后制動(dòng)，300H型車順利通過。

原因分析：由于B站內(nèi)下達(dá)80 km/h限速，RBC 按實(shí)際限速情況控車，列控中心因該限速在L3范圍內(nèi)，停發(fā)大號(hào)碼道岔預(yù)告報(bào)文，BTS應(yīng)答器描述全進(jìn)路限速為80 km/h。由于300T車載在經(jīng)過YG3-2點(diǎn)后，開始C3-C2曲線比較，導(dǎo)致超速制動(dòng)。

優(yōu)化方案二：上行線C3-C2等級(jí)轉(zhuǎn)換執(zhí)行點(diǎn)不變，將C3-C2等級(jí)轉(zhuǎn)換預(yù)告點(diǎn)移至BTXLF處（僅由RBC發(fā)送預(yù)告信息），如圖3所示。

圖3 優(yōu)化方案二設(shè)置Fig.3 Schematic diagram of optimization scheme 2

試驗(yàn)現(xiàn)象：在B站進(jìn)站信號(hào)內(nèi)方設(shè)置80 km/h限速，300H型車通過預(yù)告點(diǎn)后制動(dòng)，300T型車通過預(yù)告點(diǎn)后制動(dòng)。

原因分析：限速情況同優(yōu)化場景一，其中300H型車因預(yù)告點(diǎn)距離執(zhí)行點(diǎn)過近，無法在該場景下滿足120 km/h制動(dòng)到80 km/h的制動(dòng)距離導(dǎo)致制動(dòng)；300T型車因C3-C2曲線不一致導(dǎo)致制動(dòng)。

優(yōu)化方案三：上行線C3-C2等級(jí)轉(zhuǎn)換執(zhí)行點(diǎn)移至B4290處，將C3-C2等級(jí)轉(zhuǎn)換預(yù)告點(diǎn)移至BTXLF處（僅由RBC發(fā)送預(yù)告信息），如圖4所示。

圖4 優(yōu)化方案三設(shè)置Fig.4 Schematic diagram of optimization scheme 3

試驗(yàn)現(xiàn)象：在B站進(jìn)站信號(hào)內(nèi)方設(shè)置80 km/h限速，300T型車通過預(yù)告點(diǎn)后制動(dòng)，300H型車順利通過。

原因分析：限速情況同優(yōu)化場景一，因預(yù)告點(diǎn)仍在C2曲線的車尾保持80 km/h的范圍內(nèi)，導(dǎo)致300T型車因C3-C2曲線不一致而制動(dòng)。

優(yōu)化方案四：上行線C3-C2等級(jí)轉(zhuǎn)換執(zhí)行點(diǎn)移至B4290處，將C3-C2等級(jí)轉(zhuǎn)換預(yù)告點(diǎn)移至B4296處（僅由RBC發(fā)送預(yù)告信息），如圖5所示。

圖5 優(yōu)化方案四設(shè)置Fig.5 Schematic diagram of optimization scheme 4

試驗(yàn)現(xiàn)象：在B站進(jìn)站信號(hào)內(nèi)方設(shè)置80 km/h限速，300T型車通過預(yù)告點(diǎn)后制動(dòng)，300H型車順利通過。

原因分析：原因與優(yōu)化場景三相同。因預(yù)告點(diǎn)仍在C2曲線的車尾保持80 km/h的范圍內(nèi)，導(dǎo)致300T型因C3-C2曲線不一致而制動(dòng)。

優(yōu)化方案五：上行線C3-C2等級(jí)轉(zhuǎn)換執(zhí)行點(diǎn)移至BS應(yīng)答器處，將C3-C2等級(jí)轉(zhuǎn)換預(yù)告點(diǎn)移至B4290處（僅由RBC發(fā)送預(yù)告信息），如圖6所示。

圖6 優(yōu)化方案五設(shè)置Fig.6 Schematic diagram of optimization scheme 5

試驗(yàn)現(xiàn)象：B站未辦理列車進(jìn)路的情況下，300H型車通過預(yù)告點(diǎn)后制動(dòng)（速度有5 km/h左右的突降），300T型車順利通過。B站辦理引導(dǎo)接車進(jìn)路情況下，300H型車轉(zhuǎn)C3引導(dǎo)后過YG3-2點(diǎn)后速度制動(dòng)到0，300T型車順利通過。

原因分析：B站未辦理列車進(jìn)路時(shí)，300H車載計(jì)算C2曲線時(shí)會(huì)在打靶點(diǎn)前留110 m安全距離，因此導(dǎo)致C3、C2曲線在低速區(qū)不一致，因此列車通過YG3-2點(diǎn)后，因C3-C2曲線不一致而制動(dòng)。B站辦理引導(dǎo)接車進(jìn)路時(shí)，因?yàn)?00H車載C2曲線的打靶點(diǎn)未越過ZX3-2點(diǎn)，導(dǎo)致列車無法越過ZX3-2點(diǎn)。

優(yōu)化方案六：上行線C3-C2等級(jí)轉(zhuǎn)換執(zhí)行點(diǎn)移至B4290處，不設(shè)預(yù)告點(diǎn)，如圖7所示。

圖7 優(yōu)化方案六設(shè)置Fig.7 Schematic diagram of optimization scheme 6

試驗(yàn)現(xiàn)象：B站未辦理列車進(jìn)路情況下，300H型車過執(zhí)行點(diǎn)后制動(dòng)（速度有5 km/h左右的突降），300T型車通過。B站辦理側(cè)線接車進(jìn)路情況下，300H型車過執(zhí)行點(diǎn)后制動(dòng)（速度有5 km/h左右的突降），300T型車順利通過。B站辦理引導(dǎo)接車進(jìn)路情況下，300H型車過執(zhí)行點(diǎn)后制動(dòng)（輸出EB）。

原因分析：B站未辦理列車進(jìn)路時(shí)，300H車載計(jì)算C2曲線時(shí)會(huì)在打靶點(diǎn)前留110 m安全距離，因此導(dǎo)致C3、C2曲線在低速區(qū)不一致，因此列車通過YG3-2點(diǎn)后，因C3-C2曲線不一致而制動(dòng)。B站辦理側(cè)線接車進(jìn)路時(shí)，因?yàn)?00H車載C2曲線的打靶點(diǎn)為B站S信號(hào)外方110 m，目標(biāo)速度45 km/h，C3曲線的打靶點(diǎn)為B站S信號(hào)，目標(biāo)速度45 km/h，因此列車越過執(zhí)行點(diǎn)后由于C3-C2曲線有速度差產(chǎn)生制動(dòng)。B站辦理引導(dǎo)接車進(jìn)路時(shí)，因?yàn)?00H車載C2曲線的打靶點(diǎn)為B站S信號(hào)外方110 m，目標(biāo)速度0 km/h，C3曲線的打靶點(diǎn)為B站S信號(hào)，目標(biāo)速度40 km/h，因此列車越過執(zhí)行點(diǎn)后由于C3-C2曲線有速度差產(chǎn)生制動(dòng)。

經(jīng)上述試驗(yàn)可以得出以下結(jié)論。

1）X線 路 所 BTS、BTXLF、B4296應(yīng) 答 器用于C3-C2預(yù)告時(shí)，在前方B站內(nèi)下達(dá)不高于80 km/h限速的情況下，300T車載會(huì)造成制動(dòng)。

2）在不設(shè)置預(yù)告的前提下，X線路所BTXLF、B4296應(yīng)答器用于C3-C2執(zhí)行時(shí)，在前方B站內(nèi)下達(dá)不高于80 km/h限速的情況下，300T、300H車載會(huì)造成制動(dòng)。

3）B站BS、B4290應(yīng)答器用于C3-C2執(zhí)行時(shí)，會(huì)在前方B站辦理引導(dǎo)、側(cè)線接車進(jìn)路、無進(jìn)路的情況下，300H車載的曲線有5 km/h左右的突降，存在造成制動(dòng)的可能。該問題現(xiàn)象較為輕微，測試時(shí)控制車速緊貼SBI曲線運(yùn)行才會(huì)觸發(fā)制動(dòng)，影響較小。

可見在聯(lián)絡(luò)線上各應(yīng)答器均不適合用于C3-C2預(yù)告點(diǎn)；B站BS、B4290應(yīng)答器不適合用于C3-C2執(zhí)行點(diǎn)；在不設(shè)置預(yù)告的情況下，B4296應(yīng)答器、X線路所BTXLF不適合用于C3-C2執(zhí)行點(diǎn)。

4 級(jí)間切換優(yōu)化方案

為適應(yīng)各型號(hào)車載設(shè)備，經(jīng)綜合分析后確定最終優(yōu)化方案，對(duì)X線路所級(jí)間切換方案做如下設(shè)置。

4.1 修改C站至B站方向上下行線C3-C2預(yù)告點(diǎn)位置

將上行正向C3-C2預(yù)告點(diǎn)位置由X線路所BTS應(yīng)答器移至B3072應(yīng)答器處；將下行反向C3-C2預(yù)告點(diǎn)位置由X線路所BTSF應(yīng)答器移至B3073應(yīng)答器處；維持C3-C2執(zhí)行點(diǎn)不變，如圖8所示。

圖8 確定優(yōu)化方案設(shè)置Fig.8 Schematic diagram of final optimization scheme

4.2 修改列控中心有源應(yīng)答器描述范圍

1）修改TS-XLF進(jìn)路BTS有源應(yīng)答器報(bào)文，臨時(shí)限速有效范圍延伸至B4296應(yīng)答器組加80 m；XLF口離去L1、L2制動(dòng)距離從B4296應(yīng)答器組開始計(jì)算。

2）修改TSF-XL進(jìn)路BTSF有源應(yīng)答器報(bào)文，臨時(shí)限速有效范圍延伸至B4299應(yīng)答器組加80 m；XL口離去L1、L2制動(dòng)距離從B4299應(yīng)答器組開始計(jì)算。

5 總結(jié)

本級(jí)間切換方案更改后，經(jīng)實(shí)驗(yàn)室測試及現(xiàn)場試驗(yàn)后解決了列車制動(dòng)問題。此類問題因在特定場景下才會(huì)暴露，因此需要加強(qiáng)聯(lián)調(diào)聯(lián)試階段測試管理，豐富測試案例庫，對(duì)各種型號(hào)列車在每個(gè)級(jí)間切換點(diǎn)均進(jìn)行測試，保證各測試案例能夠全面覆蓋各種可能場景。此次問題的成功解決也為后續(xù)其他類似線路，特別是線路所區(qū)段長度較短設(shè)置級(jí)間切換積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。