寧啟鐵路電碼化設計方案研究及應用

卿文杰

（中國鐵路上海局集團有限公司南京電務段，南京 210011）

寧啟鐵路是江蘇省境內一條連接南京市與啟東市的客貨共線鐵路[1]，是長江三角地區城際鐵路網的重要組成部分，是江蘇省蘇中地區的第一條鐵路。2005 年7 月1 日，寧啟鐵路南京至南通段單線開通運營；2009 年起，開始寧啟鐵路南京至南通段復線電氣化改造項目的施工設計，2016 年5 月15日開通運營，線路長度268.3 km，最高設計速度200 km/h；2019 年1 月5 日，寧啟鐵路南通至啟東段單線開通運營，線路長度107.8 km，最高設計速度160 km/h。

設置CTCS-2 級列車運行控制系統的客貨共線鐵路中，大部分新建鐵路站內采用25 Hz 相敏軌道電路疊加ZPW-2000 電碼化，并采用列控中心編碼，如連鹽鐵路、滬通鐵路等；為節省投資、減少既有改造范圍，部分改建鐵路采用25 Hz 相敏軌道電路疊加ZPW-2000 電碼化，并采用繼電編碼，如寧啟鐵路、上海樞紐C2 貫通工程等。寧啟鐵路南京至南通段是國內為數不多的全程運營200 km/h動車組列車、普速旅客列車及貨物列車的鐵路[2]，其信號系統采用基于繼電編碼的CTCS-2 級列控系統。鑒于當時客貨共線鐵路建設標準[3]、工程投資等原因，其軌道電路編碼采用繼電編碼的方式，而非現在較常用的列控中心編碼，由此使寧啟鐵路電碼化設計方案較為復雜，并出現一些特殊設計。電碼化是指由軌道電路轉發或疊加機車信號信息技術的總稱[4]，是鐵路信號系統的重要組成部分。本文就寧啟鐵路電碼化設計方案進行研究，對其應用情況進行分析。

1 高普共線鐵路電碼化設計常見問題

經復線電氣化工程改造后，寧啟鐵路為高速和普速列車共線運行的鐵路（簡稱高普共線鐵路），需開行CTCS-2 級動車組列車，線路走向及車站布置示意如圖1 所示。工程設計采用CTCS-2 級列控系統，站內采用25 Hz 相敏軌道電路疊加ZPW-2000電碼化，車站及區間均采用繼電編碼，其電碼化設計方案是該工程最大難點，需在普速鐵路電碼化的基礎上進行適應性設計，以適應動車組運行。在分析普速鐵路電碼化的原理后，梳理出的適應動車組運行方案，還可能存在以下常見問題需解決。

圖1 寧啟鐵路線路走向及車站布置示意Fig.1 Schematic diagram of route and station layout of Nanjing-Qidong railway

1.1 轉頻碼設計問題

普速鐵路一般在側向接車進入股道、側向發車進站口內方區段等處設置25.7 Hz 的轉頻碼，以便機車車載設備轉換接收信號載頻。但動車組列控車載設備在完全監控模式下視轉頻碼為無效碼，在進入股道等情況下，收到轉頻碼會延遲車載設備接收有效碼的時間，從而觸發制動。

1.2 股道側向接車掉碼的問題

側線股道及正線股道側向進入采用疊加發碼，寧啟鐵路設計之初，盡管取消了股道的轉頻碼，但經過測試，仍有約30%的股道側向接車時存在掉碼，進而導致動車組車載設備觸發制動的情況[5]。

1.3 正線反向發車進路咽喉區無碼的問題

按普速鐵路電碼化設計原則，正線反向發車進路的咽喉區軌道區段無碼，但動車組以完全監控模式反向運行時進入無碼區段則產生制動。

1.4 反向接車進路與區間同基準載頻

電碼化發送器設置原則為，股道（含正線股道）兩側各設置一個發送器[6]，每個直向接/發車進路咽喉區各設置一個發送器，并且需保證列車正向運行時閉塞分區分界點處（含站內正線列車信號機）兩側區段采用不同基準載頻。以下行為例，各站IG 為2300-2，下行接車、下行發車進路區段均為1700-2，區間以下行進站內方的1700-2 為基準，開始往區間交錯布置頻率至鄰站上行反向進站口，因此可能存在反向接車進路與區間同基準載頻。雖不影響正向行車，但反向行車時與動車組車載設備不匹配。

1.5 部分側向接車股道區段長度不足

海安縣站型較復雜[7]，如圖2 所示，由XF 側向接車至XL1 進路信號機時，僅9/301G1 為有碼區段，長度為330 m，1/3#道岔為1/18 道岔，側向允許通過速度80 km/h，有碼區段長度不滿足行車專業檢算的最小常用制動距離650 m 的要求。

圖2 海安縣站局部信號平面布置示意Fig.2 Schematic diagram of local signal layout of Hai 'an county station

1.6 部分側向發車離去區段長度不足

部分區間線路長度較短，在閉塞分區劃分時，離去區段的長度受限，不滿足列車以道岔側向允許速度降為0 km/h 的制動距離要求。

1.7 經道岔側向的接/發車進路無碼區段長度超過1 500 m

對于高普共線鐵路的復雜站場，側向進路道岔區段無碼，若出現經道岔側向的接/發車進路無碼區段長度超過1 500 m 的情況，動車組將會出現制動的情況。

2 寧啟鐵路電碼化設計改進方案

針對上述梳理出的高普共線鐵路電碼化設計常見問題，逐個分析研究，制定改進設計方案。

2.1 取消股道轉頻碼

25.7 Hz 的轉頻碼用于機車信號設備的載頻鎖定或切換[8]。機車車載設備可以通過接收25.7 Hz的轉頻碼來自動選擇接收信號載頻，或者通過人工扳動上/下行開關，選擇接收信號載頻。寧啟鐵路典型車站的電碼化載頻布置如圖3 所示，下行正線采用下行載頻，上行正線采用上行載頻，側線股道兩側按接車方向分別采用上、下行載頻；因側向進路不發碼，故僅正線正向列車信號機兩側采用不同基準載頻，側向出站信號機兩側無采用不同基準載頻的需求。

圖3 寧啟鐵路典型車站電碼化載頻布置示意Fig.3 Schematic diagram of coded carrier frequency layout of typical stations of Nanjing-Qidong railway

對于普速鐵路，一般在側向接車進入股道、側向發車進站口內方區段等處設置轉頻碼，以便機車自動選擇接收信號頻率。對于高普共線的寧啟鐵路，為避免動車組側向進入股道接收到轉頻碼，會延遲車載設備接收有效碼的時間，在設計之初，即取消了股道的轉頻碼，可縮短2.5 s 轉頻碼的發送時間，對于側向發車在站內最后一個區段，仍保留發送轉頻碼。取消股道的轉頻碼以后，對于普速列車來說，正方向運行時，電碼化載頻均與運行方向一致，不需切換，當反向運行時，按相關管理規定，司機需人工扳動上/下行開關，選擇接收信號載頻；因列控數據已描述側向發車在站內最后一個區段為無碼區段，轉頻碼將不對動車組接碼產生影響。故寧啟鐵路取消股道轉頻碼以后，既不影響普速列車運行，也有利于動車組列車接收地面碼。

2.2 側向接車的股道區段改為預疊加發碼

盡管寧啟鐵路在設計之初取消了股道的轉頻碼，但經過測試，仍有約30%的股道側向接車時存在掉碼，進而導致動車組車載設備觸發制動的情況。經分析，動車組進入側向接車進入股道時，其接碼的時間主要由軌道繼電器反應時間、電碼化發碼響應時間、車載設備解碼時間組成。通過列車壓道排除軌道電路分路不良的原因后進行測試，軌道繼電器反應時間、車載設備解碼時間均在正常范圍內，想要縮短動車組接碼時間，只能通過縮短電碼化發碼響應時間來解決。由于寧啟鐵路側線股道及正線股道側向進入均采用疊加發碼方式，在軌道繼電器落下，經電碼化疊加發碼電路的動作后才能將地面碼發送到鋼軌上，想要縮短電碼化發碼響應時間，只能改為預疊加發碼的方式，在列車壓入股道前方道岔區段時，將地面碼發送到鋼軌上，即電碼化發碼響應時間減為0。

由于寧啟鐵路采用繼電編碼的設計原則，要做到側向接車時股道預疊加發碼，可通過兩種方式實現，一是由列控系統或聯鎖系統根據進路及軌道區段占用信息驅動預發碼繼電器，二是通過繼電電路實現預疊加發碼。考慮到由列控系統或聯鎖系統驅動預發碼繼電器屬于非標準功能，最終采用通過繼電電路實現預疊加發碼的方案，具體為：列車占用股道相鄰道岔區段時，采用道岔表示加道岔區段占用條件構成股道預發碼條件，電路舉例如圖4 所示。即當列車運行占用股道（3G）相鄰道岔區段（5DG或6DG）時，其前方的股道開始預發碼，列車進入股道后便可及時收到有效低頻碼，避免動車組接碼超時產生的制動。

圖4 股道預疊加發碼電路示意Fig.4 Schematic diagram of track overlap coding circuit in advance

2.3 正線反向發車進路咽喉區發27.9 Hz檢測碼

根據鐵路行業標準《CTCS-2 級列控車載設備技術條件》（TB/T 3529-2018）的規定，軌道電路信息為無碼或25.7 Hz、27.9 Hz 時，車載設備最高允許速度不超過80 km/h，在區間反向運行信息包描述的反向區段運行時的27.9 Hz 除外[9]。故在車站正線反向發車進路中，咽喉區的軌道電路發送27.9 Hz 檢測碼，即可解決動車組以完全監控模式反向運行時，進入無碼區段產生制動的問題，發送的檢測碼也不影響普速列車的運行。

2.4 反向接車進路與區間同基準載頻時通過MJ切換載頻

如圖3 所示，根據前述區間軌道電路載頻布置原則，當經SF 信號機反向接車時，可能存在SF 信號機兩側的軌道電路基準載頻相同的情況，將不滿足《高速鐵路設計規范》（TB 10621-2014）閉塞分區分界點處兩側應采用不同基準載頻的規定[10]，動車組列車無法正常運行。對寧啟鐵路全線梳理存在反向接車進路與區間同基準載頻的情況，將原設計發送器的載頻選擇固定配線改為反向接車時通過發碼繼電器MJ 切換載頻，以和區間基準載頻不同。

2.5 側向接車股道區段長度不足時采用站內區段補碼

如圖2 所示，由于常規設計僅直向股道區段9/301G1 發碼，長度僅330 m，即使增加直向道岔區段9DG 作為發碼區段，其長度也僅300 m。不滿足行車專業檢算后1/18 道岔側向允許速度制動至0 的距離650 m 的要求。考慮到車站采用25 Hz相敏軌道電路，道岔岔后未設置分支并連線，設計采用參照ZPW-2000 一體化軌道電路道岔分支并聯線設置原則，在3#道岔岔后增加分支并聯線，3DG側向、9DG 直向均補碼的改進方案，滿足有碼區段長度大于制動距離的要求。

2.6 側向發車離去區段長度不足時采用站內直向區段補碼

根據車站咽喉區道岔側向允許速度，計算列車采用常用制動由最高允許速度減速至0 的距離，向行車專業提出離去區段的最小長度要求。若無法滿足時，可采取在咽喉區補碼的方案，具體補碼方案與前述2.5 小節側向接車股道區段長度不足時采用站內區段補碼方案類似。

2.7 經道岔側向的接/發車進路無碼區段長度超過1 500 m時的解決方案

由于動車組列控車載設備的特性，當地面由雙黃碼或雙黃閃碼后的限速最多維持1 500 m，若1 500 m 后仍無碼，列車限速降為0 km/h，并輸出最大常用制動。海安縣站站型復雜，咽喉區較長，通過設置進路信號機及無岔區段發碼的方式，避免側向進路無碼區段超過1 500 m 的情況。對于其他有此種情況的車站，可采用調整信號機設置位置或補碼方式解決。

3 寧啟鐵路電碼化應用情況

上述寧啟鐵路電碼化設計改進方案均已在寧啟鐵路南京至南通段復線電氣化改造工程順利應用，該工程已于2016 年5 月15 日開通運營，至今仍安全運營。近期經設計回訪，未發生因電碼化電路設計影響列車正常運營的情況，驗證了上述高普共線鐵路電碼化設計改進方案能夠滿足動車組及普速列車車載設備與地面設備相匹配、保證列車正常運營的要求。

經調查了解，其他高普共線鐵路亦有類似寧啟鐵路電碼化設計中遇到的問題，如連鹽鐵路經道岔側向的接發車進路無碼區段長度超過1 500 m、上海樞紐CTCS-2 貫通工程反向接車進路與區間同基準載頻、漢宜鐵路股道發送轉頻碼等。其工程設計的解決方案與寧啟鐵路電碼化改進方案均相似，但寧啟鐵路通過繼電電路實現股道預疊加發碼的設計方案為首次在行業內應用。

4 結束語

受當時的客貨共線鐵路建設標準變化、工程投資限制等因素的影響，寧啟鐵路電碼化電路設計較為復雜和特殊。隨著國內鐵路信號列控技術的發展，工程設計已逐步傾向于標準化、規范化、集成化，但現如今仍然有很多利用既有鐵路開行CTCS-2 級動車組列車的工程項目。基于充分利用既有設備、節省工程投資等原因[11]，高普共線鐵路電碼化設計技術仍然值得研究，寧啟鐵路的電碼化設計及應用便是典型代表，希望能對相關類似工程項目提供借鑒和參考。