淺析武廣列控系統(tǒng)自動(dòng)過(guò)分相的升級(jí)方案

宋曉風(fēng)

*北京全路通信信號(hào)研究設(shè)計(jì)院有限公司 高級(jí)工程師 ，100073 北京

1 問(wèn)題提出

武廣高速鐵路首次實(shí)現(xiàn)了列控系統(tǒng)自動(dòng)過(guò)分相功能，在聯(lián)調(diào)聯(lián)試期間出現(xiàn)車(chē)載設(shè)備在距離地面斷電標(biāo)約400 m處提前輸出斷電指令;列車(chē)越過(guò)地面合電標(biāo)后，出現(xiàn)車(chē)載仍未撤銷(xiāo)斷電指令的現(xiàn)象，影響司機(jī)控制列車(chē)和行車(chē)效率。

2 問(wèn)題分析

2.1 分相區(qū)的類(lèi)型及武廣分相區(qū)設(shè)置現(xiàn)狀

分相區(qū)根據(jù)結(jié)構(gòu)的形式分為絕緣關(guān)節(jié) (如圖1所示)和錨斷關(guān)節(jié) (如圖2所示)2種類(lèi)型;按照長(zhǎng)短可分為長(zhǎng)分相和短分相。

武廣高鐵分相區(qū)間隔約25 km，采用錨斷關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)形式。咸寧至韶關(guān)段按長(zhǎng)分相設(shè)置;花都至韶關(guān)，武漢至咸寧按短分相設(shè)置。

為了確保列車(chē)在過(guò)分相區(qū)時(shí)，能夠及時(shí)切斷動(dòng)車(chē)組的牽引主斷開(kāi)關(guān)，防止列車(chē)因相位不同而導(dǎo)致列車(chē)電機(jī)或受電弓等設(shè)備受損，地面在分相區(qū)處分別設(shè)置“預(yù)斷”、“斷”、“合”標(biāo)志牌，司機(jī)在駕駛列車(chē)越過(guò)分相區(qū)斷電標(biāo)時(shí)，需要確認(rèn)列車(chē)主斷開(kāi)關(guān)是否斷開(kāi)。武廣客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)的斷合標(biāo)設(shè)置如圖3所示，在距離分相區(qū)中性區(qū)不小于30 m外方設(shè)置“斷”標(biāo)志牌，在距離“斷”標(biāo)志牌外方不小于75 m設(shè)置“預(yù)斷”標(biāo)志牌，在分相區(qū)后方距離中性區(qū)400 m位置設(shè)置“合”標(biāo)志牌。當(dāng)分相區(qū)長(zhǎng)度小于200 m時(shí)，需要設(shè)置“禁止雙弓”標(biāo)志牌，標(biāo)志牌安裝在接觸網(wǎng)立柱上。

2.2 列控系統(tǒng)過(guò)分相邏輯

圖3 分相區(qū)標(biāo)志牌設(shè)置示意圖

CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)地面設(shè)置無(wú)線(xiàn)閉塞中心RBC，它根據(jù)列車(chē)位置報(bào)告，給列車(chē)發(fā)送移動(dòng)授權(quán)消息。當(dāng)發(fā)送給列車(chē)的移動(dòng)授權(quán)范圍內(nèi)包含分相區(qū)時(shí)，在移動(dòng)授權(quán)消息中包含“分相區(qū)”信息，其中包括分相區(qū)距離最近相關(guān)應(yīng)答器的距離和分相區(qū)的長(zhǎng)度信息。

CTCS-2級(jí)列控系統(tǒng)地面設(shè)置應(yīng)答器，應(yīng)答器給列車(chē)發(fā)送軌道區(qū)段、線(xiàn)路速度、線(xiàn)路坡度及分相區(qū)等線(xiàn)路參數(shù)。當(dāng)應(yīng)答器描述的線(xiàn)路范圍內(nèi)包含分相區(qū)時(shí)，報(bào)文中包含“分相區(qū)”信息包。按照該規(guī)則，在正向距離分相區(qū)20 km處開(kāi)始，至分相區(qū)范圍的區(qū)間應(yīng)答器，均發(fā)送分相區(qū)數(shù)據(jù)，如圖4所示。

圖4 發(fā)送分相區(qū)數(shù)據(jù)應(yīng)答器范圍示意圖

CTCS-3級(jí)或CTCS-2級(jí)車(chē)載設(shè)備，根據(jù)RBC或應(yīng)答器發(fā)送的分相區(qū)信息，結(jié)合列車(chē)當(dāng)前運(yùn)行速度，計(jì)算列車(chē)距離分相區(qū)的位置。當(dāng)列車(chē)距離分相區(qū)10 s時(shí)，發(fā)出“前方過(guò)分相”語(yǔ)音提示;對(duì)于CRH3型列車(chē)，車(chē)載設(shè)備會(huì)同時(shí)給列車(chē)輸出過(guò)分相斷開(kāi)主斷指令，列車(chē)根據(jù)指令控制斷開(kāi)主斷;對(duì)于CRH2型列車(chē)，當(dāng)列車(chē)距離分相區(qū)邊界3 s時(shí)，給列車(chē)輸出過(guò)分相斷開(kāi)主斷指令，列車(chē)根據(jù)指令控制斷開(kāi)主斷。當(dāng)列車(chē)頭部出清分相區(qū)130 m后，車(chē)載給列車(chē)發(fā)送取消斷開(kāi)主斷指令，列車(chē)根據(jù)網(wǎng)壓、列車(chē)編組情況 (如重聯(lián)情況)以及前后弓升弓情況，控制列車(chē)閉合主斷。

2.3 原因分析

在武廣工程實(shí)施期間，鑒于規(guī)范中只規(guī)定了列控系統(tǒng)要給列車(chē)發(fā)送分相區(qū)信息，但未明確分相區(qū)數(shù)據(jù)的邊界是“無(wú)電區(qū)”邊界還是“中性區(qū)”，或者是“斷電標(biāo)”位置。列控系統(tǒng)以“無(wú)電區(qū)”為界，并且分相區(qū)長(zhǎng)度按照設(shè)計(jì)的長(zhǎng)分相區(qū)編制列控?cái)?shù)據(jù)。而電力專(zhuān)業(yè)在工程實(shí)施中，全線(xiàn)均是按照短分相設(shè)置，預(yù)留了通過(guò)開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換至長(zhǎng)分相的功能，現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)志牌均是按照短分相設(shè)置安裝，因而列控?cái)?shù)據(jù)描述與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際安裝位置數(shù)據(jù)不一致。因此，在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和開(kāi)通運(yùn)營(yíng)后，大范圍出現(xiàn)列控設(shè)備斷電位置或合電位置與地面斷電標(biāo)、合電標(biāo)位置差距較大，需要司機(jī)在行車(chē)中注意確認(rèn)機(jī)車(chē)是否能及時(shí)切斷主斷，否則需要人工切斷，這樣會(huì)嚴(yán)重影響司機(jī)控車(chē)，大大增加司機(jī)的勞動(dòng)強(qiáng)度。

3 解決措施

鐵道部科技運(yùn)【2010】136號(hào)文《CTCS-2級(jí)列控系統(tǒng)應(yīng)答器應(yīng)用原則 (V2.0)》中3.6.1.1條明確定義:列控系統(tǒng)發(fā)送的分相區(qū)信息邊界為分相區(qū)斷電標(biāo)志牌起點(diǎn)位置及長(zhǎng)度信息，如圖5所示。

圖5 分相區(qū)數(shù)據(jù)描述示意圖

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，武廣高鐵上行線(xiàn)和下行線(xiàn)分別有38個(gè)分相區(qū)，27個(gè)為長(zhǎng)分相，11個(gè)為短分相。武廣分相區(qū)修改主要是將現(xiàn)場(chǎng)的長(zhǎng)分相區(qū)修改為短分相區(qū)，對(duì)分相區(qū)長(zhǎng)度按照斷電標(biāo)位置進(jìn)行描述。鑒于武廣客專(zhuān)已開(kāi)通運(yùn)營(yíng)，站間距長(zhǎng)，最長(zhǎng)為80多公里，并且“天窗”時(shí)間有限。因而使現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)答器數(shù)據(jù)修改工作難度較大。另外，武廣客專(zhuān)為CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)，其運(yùn)營(yíng)模式為C3控車(chē)，C2做為后備模式。因此，武廣分相區(qū)數(shù)據(jù)修改可分2個(gè)階段，第1階段僅修改RBC數(shù)據(jù);第2階段修改部分應(yīng)答器。下面就從上述二個(gè)階段闡述修改方案。

3.1 C3 RBC數(shù)據(jù)修改方案

1．將RBC的分相區(qū)數(shù)據(jù)按照實(shí)際數(shù)據(jù)修改。

2．列控中心與應(yīng)答器數(shù)據(jù)仍然維持長(zhǎng)分相區(qū)現(xiàn)狀不變。

優(yōu)點(diǎn):RBC分相區(qū)數(shù)據(jù)修改后，C3系統(tǒng)將按照短分相區(qū)數(shù)據(jù)控制列車(chē)過(guò)分相，車(chē)載輸出指令和車(chē)載動(dòng)作都將和地面標(biāo)志一致。這樣，一則避免司機(jī)人工切換，減少對(duì)司機(jī)控車(chē)的影響;二則大大減輕司機(jī)勞動(dòng)強(qiáng)度，改善司機(jī)的身心健康。

風(fēng)險(xiǎn)分析評(píng)估:C3系統(tǒng)RBC數(shù)據(jù)修改后，在應(yīng)答器數(shù)據(jù)不做修改的情況下，存在C3系統(tǒng)分相區(qū)數(shù)據(jù)為短分相，與C2系統(tǒng)的長(zhǎng)分相不一致的現(xiàn)象，如圖6所示。這樣，可能會(huì)存在如果C2系統(tǒng)在后臺(tái)一旦輸出了過(guò)分相指令后，不再持續(xù)輸出該指令，而C3系統(tǒng)在輸出過(guò)分相指令前，列車(chē)因故由C3降級(jí)轉(zhuǎn)換至C2時(shí)，車(chē)載將不會(huì)再輸出過(guò)分相指令，從而導(dǎo)致列車(chē)自動(dòng)過(guò)分相功能失效。經(jīng)過(guò)與各車(chē)載廠家確認(rèn)，車(chē)載在后臺(tái)輸出過(guò)分相信息應(yīng)是持續(xù)的，不存在過(guò)分相功能失效的隱患。因此，該實(shí)施方案可行。

圖6 C3與C2系統(tǒng)過(guò)分相時(shí)序?qū)Ρ仁疽鈭D

3.2 C2數(shù)據(jù)修改方案

根據(jù)科技運(yùn)【2010】136號(hào)文《CTCS-2級(jí)列控系統(tǒng)應(yīng)答器應(yīng)用原則 (V2.0)》3.6.1.2條規(guī)定:正向運(yùn)行時(shí)，至少有3組應(yīng)答器組發(fā)送分相區(qū)信息，第1組為分相區(qū)外方第7個(gè)閉塞分區(qū)入口處的應(yīng)答器組，第2組為第3組外方最近的應(yīng)答器組，第3組宜為距分相區(qū)外方最近的區(qū)間應(yīng)答器組，如圖7所示。

圖7 C2應(yīng)答器發(fā)送分相區(qū)數(shù)據(jù)規(guī)則示意圖

武廣高鐵C2系統(tǒng)可僅修改距離分相區(qū)最近的3組區(qū)間應(yīng)答器組發(fā)送新的分相區(qū)數(shù)據(jù)，修改后的結(jié)果如圖8所示。除所指應(yīng)答器發(fā)送新的分相區(qū)數(shù)據(jù) (短分相)作為車(chē)載控制最終使用的數(shù)據(jù)之外，其他應(yīng)答器仍發(fā)送原有分相區(qū)數(shù)據(jù) (長(zhǎng)分相)作為分相區(qū)預(yù)告信息。

圖8 武廣C2應(yīng)答器發(fā)送分相區(qū)數(shù)據(jù)示意圖

車(chē)載當(dāng)前的邏輯是接收到新的應(yīng)答器組信息后，覆蓋已接收應(yīng)答器的同類(lèi)信息。因此，車(chē)載ATP可以利用接收到新的分相區(qū)數(shù)據(jù)控制列車(chē)過(guò)分相。

優(yōu)點(diǎn):需要修改的應(yīng)答器相對(duì)集中，修改工作方便、工作量最小，并且可以最大限度地保證修改的有效性。

風(fēng)險(xiǎn)分析評(píng)估:該方案理論上存在分相區(qū)公里標(biāo)跳變問(wèn)題。但是，實(shí)際上，當(dāng)列車(chē)以C2等級(jí)運(yùn)行時(shí)，如圖8所示列車(chē)在接收到第一組所指示應(yīng)答器組時(shí)，會(huì)更新分相區(qū)數(shù)據(jù)，該應(yīng)答器距離分相區(qū)至少2.4 km;而DMI計(jì)劃區(qū)距離系在2 km處比例仍然很大。因此，人眼基本看不出分相區(qū)圖標(biāo)在距離系內(nèi)的跳動(dòng)，對(duì)司機(jī)的駕駛不會(huì)產(chǎn)生影響。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)武廣高鐵分相區(qū)升級(jí)方案的研究和分析，列控系統(tǒng)過(guò)分相數(shù)據(jù)編制時(shí)，應(yīng)與電力牽引的設(shè)計(jì)和施工做好接口，并做好現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查工作，這些是十分必要的。它既避免了列控?cái)?shù)據(jù)編制與工程實(shí)際相脫節(jié)的問(wèn)題，也大大減少聯(lián)調(diào)聯(lián)試和開(kāi)通運(yùn)營(yíng)后再修改存在的諸多問(wèn)題。