不同信號系統(tǒng)下到發(fā)線安全防護距離的計算方法研究

程 梁 王 力

（中鐵咨詢通信信號設(shè)計研究院，北京 100055）

1 到發(fā)線安全防護距離概述

1.1 安全防護距離的定義

到發(fā)線安全防護距離是指列車在車站股道停車時，為防止列車意外超越前方安全限制點而設(shè)置的安全防護距離。該距離一般包括因列控系統(tǒng)測速、測距誤差而引起的制動距離偏差和列車實施常用制動過程中因意外情況超速運行需考慮的防護距離等。

1.2 安全防護距離的組成

到發(fā)線安全防護距離由停車余量、測速誤差、測距誤差和過走防護距離組成[1]。

停車余量：列車在股道停車時，給駕駛員預(yù)留的停車精度。

測速誤差：由于列車測速裝置的測量誤差所產(chǎn)生的距離。

測距誤差：由于列車測距方法的測量誤差所產(chǎn)生的距離。

過走防護距離：由于列車超速運行所導(dǎo)致的防護距離。

2 不同信號系統(tǒng)下參數(shù)的選定

到發(fā)線安全防護距離的計算與車輛制動性能、信號系統(tǒng)功能和列控系統(tǒng)停車模式等有著密切關(guān)系。

目前，軌道交通信號系統(tǒng)的主要形式包括應(yīng)用于國鐵的CTCS-2系統(tǒng)、ETCS 1系統(tǒng)及CTCS-3系統(tǒng)等，應(yīng)用于地鐵的點式ATC系統(tǒng)、準移動ATC系統(tǒng)、CBTC系統(tǒng)等。國鐵模式及地鐵模式不同的系統(tǒng)下，停車余量、測速誤差、測距誤差等的取值存在差異。本文以具有代表性的國鐵應(yīng)用的CTCS-2系統(tǒng)與地鐵應(yīng)用的點式ATC系統(tǒng)下參數(shù)取值進行比較說明。

2.1 車輛性能差異對參數(shù)的影響

CTCS-2系統(tǒng)一般采用CRH系列動車組，而點式ATC系統(tǒng)一般采用動力分散型電動車組，其制動性能更好，主要參數(shù)與CRH系列動車組存在差異。

CTCS-2系統(tǒng)的CRH系列動車組，裝備有車載測速電機，測速誤差一般為2％，站內(nèi)的測距誤差一般為30 m；而點式ATC系統(tǒng)，車載上裝備有測速電機和測速雷達，測速誤差一般為1％，站內(nèi)的測距誤差一般為1 m。[2]

2.2 信號系統(tǒng)功能差異對參數(shù)的影響

CTCS-2系統(tǒng)應(yīng)用于國鐵客專系統(tǒng)，其重點發(fā)展方向為列車超速防護，因為運營模式的差別，對于停車精度沒有較高要求，停車余量一般按15 m考慮；點式ATC系統(tǒng)、CBTC系統(tǒng)為執(zhí)行歐洲標準的地鐵列控系統(tǒng)，其自動化程度高于CTCS-2系統(tǒng)，其安全性、可靠性、可用性等均有較高的指標要求，通過站內(nèi)無源應(yīng)答器的優(yōu)化布置或站內(nèi)無線覆蓋，停車精度較高，一般為0.3 m（帶ATO系統(tǒng)）或0.5 m（帶ATP系統(tǒng)）。[2]

2.3 信號系統(tǒng)停車模式對參數(shù)的影響

列控系統(tǒng)停車控制模式一般分為設(shè)開口速度監(jiān)控和不設(shè)開口速度監(jiān)控兩種方式。

若采用設(shè)開口速度監(jiān)控的列控方式，在列車制動到行車許可終端的過程中，在即將接近行車許可終端的區(qū)域，允許列車以一定的速度接近行車許可。

若采用不設(shè)開口速度監(jiān)控的列控方式，列車制動停車過程中需要一定的防護距離；列車在停車過程中，當(dāng)速度達到一定值，列控方式將轉(zhuǎn)換為人控模式，極端情況下如果人力喪失了對列車的控制力，列控方式將從人控模式自動轉(zhuǎn)換為機控模式，并采用緊急措施將列車制動停車。

CTCS-2系統(tǒng)為采用不設(shè)開口速度監(jiān)控的列控方式，點式ATC系統(tǒng)一般為采用設(shè)開口速度監(jiān)控的列控方式。兩種情況下，均存在一段過走防護距離，但計算方法不盡相同。

3 過走防護距離的計算分析

3.1 列車制動曲線的分析

列控車載曲線主要包括緊急制動曲線、常用制動曲線和列車實際運行曲線。在上述曲線中，緊急制動曲線可以通過計算近似得出。在車輛的相關(guān)參數(shù)確定后，車輛所能提供的最大制動能力也就相應(yīng)確定，從而緊急制動曲線可以以勻減速的速度-距離公式近似計算出理論的制動距離（盡管列車在不同的運行速度下，車輛的緊急制動減速度不同，模擬計算中可以以一個平均值取值）。

對于車載系統(tǒng)而言，緊急制動曲線是列車運行最不利情況下，絕對不可越過的一條曲線。由于列車在超速過程中，ATP響應(yīng)、切斷、制動系統(tǒng)啟動均需要一定時間，從而常用制動曲線上的每一個點，是以緊急制動曲線為基礎(chǔ)逆向推導(dǎo)得出。

在車載軟件設(shè)計過程中，通過緊急制動曲線反算常用制動曲線，并將后者存入車載ATP中，為列車的實際運行提供監(jiān)控。可以認為，常用制動曲線為技術(shù)上安全的車輛最大運行速度曲線；在該速度曲線下，不論車輛運行于何位置，它總是處于安全制動距離范圍內(nèi)，一旦常用制動曲線被超越，牽引系統(tǒng)將被安全地關(guān)閉，而制動系統(tǒng)將被啟動。通過監(jiān)控常用制動曲線，可以確保車輛在最不利的情況下，通過安全制動在安全目標點停車。

列車實際運行曲線為列車實際運行過程中的實時運行曲線，列車實際運行曲線可以無限接近存儲在車載ATP中的常用制動曲線。

3.2 不同信號系統(tǒng)下過走防護距離的分析

3.2.1 CTCS-2系統(tǒng)過走防護距離的計算

在CTCS-2系統(tǒng)下，由于采用不設(shè)開口速度監(jiān)控的方式，過走防護距離為列車觸發(fā)常用制動曲線至最不利情況下，沿著緊急制動曲線制動停車所產(chǎn)生的一段距離，如圖1所示。

異常運行時，假設(shè)在最大速度曲線某一點Vmax被當(dāng)前的列車速度超越，并且在傳動切斷過程中Tsi整個一段時間內(nèi)，出現(xiàn)了最大可能的牽引加速度Amax；此后，列車制動建立過程耗時Tw，正好達到緊急制動曲線的某一點Vb，那么：

假定列車在制動過程中，采用80％的最大制動力，根據(jù)列車性能，則列車的平均緊急制動減速度為：

列車的制動距離：

列車的過走防護距離，即為常用制動曲線根部Xc和緊急制動曲線Xb之間的距離，此時Vmax取值為0，代入公式（1），Vb=Amax×Tsi

綜上所述，過走防護距離的長度為：

3.2.2 點式ATC系統(tǒng)過走防護距離的計算

在點式ATC系統(tǒng)下，采用帶開口速度監(jiān)控的方式，此時過走防護距離為列車以最大速度（開口速度）駛過行車許可終點而制動到危險點的這段距離，如圖2所示。

若設(shè)開口速度為V，同上，平均緊急制動減速度為Aact=Aaver×0.8，則過走防護距離為：

4 結(jié)語

不同的信號系統(tǒng)下，由于車輛、列控方式、車載設(shè)備配置及精度、軌旁設(shè)備布置等，到發(fā)線的安全防護距離不盡相同。論文分析了車輛制動性能、信號系統(tǒng)功能和列控系統(tǒng)停車模式等對于到發(fā)線安全防護距離的影響，詳細討論了不同信號系統(tǒng)下不同的停車模式對于到發(fā)線安全防護距離的影響，并給出了原理、計算方法和推導(dǎo)過程，為到發(fā)線有效長的優(yōu)化設(shè)計提供參考。

[1] TB10621-2009高速鐵路設(shè)計規(guī)范（試行）條文說明 [S].

[2]中鐵工程設(shè)計咨詢集團有限公司珠三角城際軌道交通項目現(xiàn)場指揮部.車站到發(fā)線有效長度專題研究，2010.