城際鐵路4/8編組列車混行信號系統適配方案研究

陳 搏

隨著我國區域經濟的發展，城市圈內部城市間聯系越來越緊密，必然需要更快捷、更便利的交通設施來保障［1］，而具有運量大、速度快、班次密、準點率高、節能環保等優點的城際鐵路成為城市圈內交通方式的首選［2-4］。目前珠三角城際軌道交通網已開通線路均按開行八編組動車組設計，由于尚未實現網絡化運營等原因，部分線路初期開通時，存在客流量較小、上座率較低的情況，造成運能資源浪費［5］。由于四編組運營方式具有列車開行對數多、行車間隔小、服務頻率高等優點，有利于實現城際鐵路公交化運營［6］，可有效提高城際鐵路對客流的吸引力，提高上座率和車輛運用效率，降低城際鐵路運營成本，因此結合初期客流量較少的情況，開行四編組動車組具有較強的運營需求。

為滿足城際鐵路同時開行四編組和八編組動車組的運營需求，本文基于珠三角廣清城際鐵路工程實際，對信號系統與站臺門系統接口適配方案開展研究，提出可行的技術解決方案。

1 現狀分析

廣清城際鐵路線路基本為南北走向，沿廣清高速連接廣州和清遠，以及沿途各小城鎮［7］。其設計最高速度為200 km/h，具備開行跨線列車和帶越行的大站快車+站站停列車的運營條件。其中，大站停快車采用CRH6A型車，最高運行速度200 km/h；站站停慢車采用CRH6F 型車，最高運行速度160 km/h。

廣清城際既有設計采用八輛編組CRH6A 及CRH6F 型城際動車組，其中CRH6A 每節車廂設車門2 道，單側車門共16 道，CRH6F 首尾車廂各設車門2 道、中間車廂設車門3 道，單側車門共22道。站臺靠線路側設置22 道站臺門，站臺門到站臺邊緣凈寬度原則上貼鄰正線按1.2 m、貼鄰站線按0.2 m 設置。對應CRH6A 型車，僅開啟相應的16道站臺門，對應CRH6F型車，開啟全部的22道站臺門，站臺門開啟示意見圖1。圖1 中“√”表示與車門對應的站臺門開啟。

圖1 站臺門開啟示意

目前廣清城際鐵路采用CTCS2+ATO 城際鐵路列車控制系統，它是在CTCS-2級列控系統基礎上，結合城際鐵路運輸需要，增加了ATO 自動駕駛相關功能，包括自動駕駛、精確停車、車門/站臺門聯動等［8］，采用GSM-R 網絡電路交換數據方式實現車地雙向通信。當車載ATP 輸出開門允許信息后，司機/ATO 進行開門操作，同時ATP 通過GSM-R 網絡向地面通信控制服務器（Communication and Control System，CCS） 發送開門命令，CCS 根據車輛類型信息和地面站臺門設置情況，確認對應股道列車停準停穩后，通過列控中心（Train Control Center，TCC）向站臺門系統發送開門命令，由站臺門系統打開站臺門；當司機/ATO進行關門操作時，ATP向地面CCS發送關門命令，CCS 通過TCC 向站臺門系統發送關門命令，由站臺門系統關閉站臺門［9-11］。城際鐵路車門/站臺門聯動信息傳遞示意見圖2。

圖2 城際鐵路車門/站臺門聯動信息傳遞示意

信號系統與站臺門系統間按《城際鐵路CTCS2+ATO 列控系統暫行總體技術方案》規定設置繼電器接口電路［12］。CCS 將開關門命令轉化為車站對應站臺門的繼電器驅動命令，并發送給相應車站的TCC執行。

對應每側站臺門，站臺門系統設置門鎖閉繼電器（MSJ）、門旁路繼電器（MPJ）、門報警繼電器（MBJ）；信號系統設置開門繼電器（KMJ）、關門繼電器（GMJ）、車輛類型繼電器1（CX1J）、車輛類型繼電器2（CX2J）。信號系統與站臺門系統接口繼電器［13-14］信息見表1。

表1 信號系統與站臺門系統接口繼電器信息

CRH6A 與CRH6F 動車組車門配置不同，為滿足靈活的運營組織需求，擬改造信號系統、站臺門系統等以適應同時開行四編組、八編組的CRH6A、CRH6F型動車組。

2 適配性改造方案

出于安全考慮，新增的四編組CRH6A 和CRH6F 動車組應僅打開對應列車車門部分的站臺門，原設置的CX1J和CX2J繼電器無法滿足車型判斷需求，需新增四編組所需的車輛類型繼電器信息。

目前珠三角城際列車反向運行時不啟用ATO功能，本文僅考慮列車正向運行時的站臺門聯動功能。由于部分車站咽喉區設有渡線道岔，具備雙方向接發列車的股道，當股道上同時設置正、反方向接車用精確定位應答器（5 組）時，雙方向接發車均應具有站臺門聯動功能。結合是否考慮股道正反向接發四編組CRH6A 和CRH6F 動車組，信號系統與站臺門系統有3種接口方案。

2.1 方案一

方案一僅考慮股道正向接發車的車門/站臺門聯動，每種車型單獨設置1個車型繼電器。

對于新增四編組車型，對應每側站臺門僅需增加車輛類型3（CX3J）和車輛類型4（CX4J）2 個繼電器，分別對應四編組CRH6F 和CRH6A，CX1J、CX2J調整為對應八編組CRH6F和CRH6A。

1）現有車載ATP 通過［CTCS-24］信息包的M_TRAINTYPE 字段向CCS 發送車輛類型信息。M_TRAINTYPE 字段長度為1 個字節，可維持原八編組車輛類型信息不變，新增2 個車輛類型信息用于四編組CRH6F和CRH6A。

2）維持原有MSJ、MPJ、MBJ、KMJ、GMJ、CX1J、CX2J 等接口繼電器邏輯不變。針對信號系統新增的2 個接口繼電器，信號系統與站臺門系統之間需新增4芯聯系電纜。CCS根據ATP發送的車輛類型信息和地面站臺門設置情況，控制TCC驅動相應的車型繼電器。結合CCS與車載設備、CCS與TCC 之間車型信息，以及TCC 驅采接口繼電器等的變化情況，相應修改CCS、TCC等設備軟件。

2.2 方案二

方案二同時考慮股道正反向接發車的車門/站臺門聯動，每種車型設置1個車型繼電器。

對于新增股道正反向接發四編組時的站臺門聯動功能，則每側站臺門需增加車輛類型3（CX3J）、車輛類型4（CX4J）、車輛類型5（CX5J）和車輛類型6（CX6J）共計4 個繼電器，分別對應正向四編組CRH6F、正向四編組CRH6A、反向四編組CRH6F、反向四編組CRH6A，CX1J、CX2J 調整為用于表示正反向八編組車輛類型（城際鐵路按照八編組設計，正反向停車位置相同）。

1）與方案一類似，可維持原八編組車輛類型信息不變，在［CTCS-24］ 信息包的M_TRAINTYPE字段新增4個車輛類型信息，分別用于表示股道正向接發四編組CRH6F和CRH6A、股道反向接發四編組CRH6F和CRH6A的車型信息。車載ATP根據列車在股道上的運行方向、司機輸入的折返標識等信息，判斷對應股道是正方向還是反方向接發四編組列車，然后向地面CCS發送相應的車型信息。

2）維持原有MSJ、MPJ、MBJ、KMJ、GMJ、CX1J、CX2J 等接口繼電器邏輯不變。針對每側站臺門，信號系統新增4 個接口繼電器，信號系統與站臺門系統之間需新增8 芯聯系電纜。CCS 根據ATP 發送的車輛類型信息和地面站臺門設置情況，控制TCC 驅動相應的車型繼電器。結合CCS 與車載設備、CCS與TCC之間車型信息，以及TCC驅采接口繼電器等的變化情況，相應修改CCS、TCC等設備軟件。

2.3 方案三

方案三同時考慮股道正反向接發車的車門/站臺門聯動，車型信息采用繼電器組合信息。

對于具備雙方向接發列車的股道，鑒于方案二需增設4 個車型繼電器，信號系統與站臺門系統之間接口信息較多，且新增電纜工程代價較高，因此研究采用繼電器組合的車型信息方案。每側站臺門原則上僅需增加1 個CX3J 繼電器，車輛類型繼電器組合信息見表2。

表2 車輛類型繼電器組合信息

1）車載信號系統改造方案與上述方案二一致。

2）維持原有MSJ、MPJ、MBJ、KMJ、GMJ等接口繼電器邏輯不變。針對每側站臺門，信號系統需增加1 個車型繼電器（CX3J），信號系統與站臺門系統之間需新增2 芯聯系電纜。CCS 根據ATP 發送的車輛類型信息和地面站臺門設置情況，控制TCC 驅動相應的車型繼電器。結合CCS 與車載設備、CCS 與TCC 之間車型信息變化，以及TCC 驅采接口繼電器等的變化情況，相應修改CCS、TCC等設備軟件。

2.4 方案對比分析

1）從適用運營場景來說，3 種方案均能滿足正、反向運營場景需求，方案一通過技術手段實現正方向運營場景，反方向運營場景通過管理手段實現，當列車因故需反方向運行時，信號系統與站臺門系統不滿足自動聯動條件，只能由司機與站臺工作人員聯動開關門。方案二和方案三具備通過技術手段實現正、反方向運營場景。

2）從改造范圍、復雜程度、改造成本來說，由于信號系統每新增一個繼電器，涉及新增驅動采集配線、新增站臺門系統與信號系統聯系電纜、信號系統新增驅動采集板卡（3 種方案信號系統均需新增驅采點位，方案一與方案三由于預留空位滿足新增驅采點位需求，因此不需要新增驅動采集板卡）、站臺門系統新增機柜及相應控制設備等，而方案一新增2 個繼電器，方案二新增4 個繼電器，方案三新增1個繼電器，故方案三最優。

3）從安全性來說，方案一和方案二站臺門由獨立繼電器控制，繼電器本身或采集回路故障，繼電器落下，符合“故障-安全”基本原則。而方案三利用繼電器狀態組合代表站臺門不同狀態，若單一繼電器故障可能導致站臺門錯誤聯動，安全性不高。

因此，綜合考慮運營場景、復雜程度、改造難度、改造成本、安全性等因素，方案一較適合現場情況，反方向運行時可采用人工開關門方式，納入車站管理細則。

3 結束語

在客流量較小、站場相對簡單的情況下，城際鐵路開行四編組有利于實現公交化運營，提高乘坐率，降低運維成本，可有效提升運營服務水平。本文針對珠三角城際開行四編組需求，結合是否考慮股道正反向接發四編組CRH6A 和CRH6F 動車組，提出信號系統與站臺門系統3 種接口方案。考慮到股道反向接發四編組列車的運營需求較少，同時兼顧正在運營設備的安全風險情況，廣清城際最終選擇每種車型單獨設置1 個車型繼電器的改造方案（僅考慮正向接發車）。目前開行四編組適配性改造工程已實施完畢，通過試驗驗證，信號系統、站臺門系統、信號系統與站臺門系統接口電路等運行穩定，系統功能滿足運營需求。