鐵路既有線提速對信號設(shè)備的要求及思考

徐文虎 上海鐵路局南京電務(wù)段

1 提速前鐵路信號的技術(shù)特征

提速前運輸?shù)幕咎卣鳎簠^(qū)間運行最高速度旅客列車不超過120km/h，貨車不超過80km/h，客貨混運，速差不大，重載運輸，高密度運行，采取統(tǒng)一的緊急制動距離，列車在任何坡道上的緊急制動距離均為800m。并以此為基準(zhǔn)確立了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、制式和設(shè)備的技術(shù)原則。

提速前的信號技術(shù)裝備特征：

1.1 信號顯示

提速前的信號顯示以地面信號為主、機車信號為輔。色燈信號機顯示數(shù)目、顯示距離有限，與此相對應(yīng)的機車信號為輔助信號，局限于低速運行。

1.2 車站聯(lián)鎖控制

六次提速前信號聯(lián)鎖控制主要以車站繼電半自動（色燈電鎖器聯(lián)鎖）或自動控制（6502電氣集中）為主、區(qū)域控制為輔。車站控制偏重于會讓、待避作業(yè)，車站數(shù)量多，區(qū)間距離短，通過能力低。且道岔號碼小，軌道電路短，以繼電聯(lián)鎖為主的車站控制電路，采取區(qū)段解鎖方式，不考慮走過防護(hù)（冒進(jìn)）。繼電聯(lián)鎖信息量少，很少采取區(qū)域控制，主要采用四信息、八信息移頻的股道電碼化和壓入疊加發(fā)碼的傳遞發(fā)送方式，機車信號錯碼率高。

1.3 自動閉塞

在自閉區(qū)段以三顯示自動閉塞居多。由于客貨混跑，列車運行速度不分等級，以一個閉塞分區(qū)來滿足制動距離，以800m為標(biāo)準(zhǔn)劃分閉塞分區(qū)。區(qū)間信號顯示一般只有綠、黃、紅三種顏色顯示，列車運行追蹤為8min以上時間間隔，運行速度和區(qū)間通過能力都比較低下。

1.4 控車方式

列車運行的控制方式以人控為主，自動停車為輔。裝備的機車信號大都以JT1、JT2型機車信號，由于各線技術(shù)裝備不同，機車信號信息定義標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，不能作為主體信號使用，機車長交路運行十分困難，根本無法開行直達(dá)旅客列車。在列車超速防護(hù)上一般以自動停車加機車信號方式，超防技術(shù)不成熟，不能根據(jù)線路速度要求進(jìn)行自動調(diào)整列車運行速度。列車運行安全系數(shù)低。

1.5 信號基礎(chǔ)裝備

軌道電路采用的制式為有絕緣式，信息量少，可靠性低，由于安裝鋼軌絕緣造成的大量鋼軌接頭不僅維護(hù)困難，故障率高發(fā)而且嚴(yán)重影響線路運行速度；轉(zhuǎn)轍設(shè)備牽牽引、鎖閉、表示、檢查為一體，ZD6道岔的內(nèi)鎖閉方式僅能適應(yīng)120km/h以下的運營速度，在高速重載的情況下容易造成機械疲勞和退鎖閉現(xiàn)象。信號箱盒、燈室機構(gòu)采用的多為鑄鐵箱盒密封性能差、防水防潮性能低下。車站設(shè)備基本沒有裝備防雷系統(tǒng)，雷害故障高發(fā)。微機監(jiān)測裝備率低，對設(shè)備的養(yǎng)護(hù)維修只能依靠維修養(yǎng)護(hù)經(jīng)驗，故障處理分析、數(shù)據(jù)測試判斷缺乏有效手段。

2 提速的特點和要求

2.1 提速后的速度等級變化

六次提速后既有線鐵路提速分為四個等級，即 200km/h 以上，200km/h～160 km/h，160～120km/h，120km/h 以下。國際通用計算人工確認(rèn)信號的速度極限為160km/h，200km/h以上為準(zhǔn)高速鐵路，350km/h以上為高速鐵路。因此在列車運行速度為120km/h以上是靠人工確認(rèn)信號顯示已經(jīng)不能滿足列車運行的安全需要。必須采用速差式自動閉塞、列車運行超速防護(hù)系統(tǒng)，并改變?nèi)斯た剀嚍橹鞯姆绞綖橐攒囕d設(shè)備控車為主的方式來指示列車運行，才能確保行車安全。

所謂速差就是針對地面線路的不同狀況（過岔、曲線、道岔號碼、運行間隔）給出不同的速度等級定義并有相應(yīng)的顯示進(jìn)行對應(yīng)，顯示中給出明確的出入口速度值，指示列車按上述定義速度值曲線進(jìn)行運行。

超防系統(tǒng)即列車運行超速防護(hù)系統(tǒng)，是指據(jù)速差信號的定義速度控制列車自動運行，超過規(guī)定速度時自動調(diào)整到安全速度等級以下，而不是指簡單的采用停車措施。在高等級（如CTCS3級以上）的運行線路上采用的車載控車系統(tǒng)能根據(jù)線路數(shù)據(jù)和列車前方運行情況自動進(jìn)行升、降速調(diào)整，真正實現(xiàn)無人駕駛功能。

2.2 客貨列車的運行調(diào)整

客車提速，增加了客貨車的速度差距。使貨車避讓增多，影響了貨物運輸效率。而接近鎖閉、道口通知距離的延長都按照提速客車的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，使低速的貨車接近鎖閉提前、報警距離延長、變更進(jìn)路的時間有所增加，雖然安全方面有所保證，但貨車低速運行使得瓶頸效應(yīng)更加明顯。因此在列車運行中特別對既有線客貨混合運輸區(qū)段，為避免高、低速列車在運行中的相互制約，在運行圖中將高速客運列車劃分時段進(jìn)行集中運行。保證了高速列車的通過能力和運行安全。

2.3 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的更新

當(dāng)列車運行速度突破了800m的制動距離后，信號技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)明顯不適應(yīng)。如信號機顯示距離的規(guī)定原來《鐵路信號維護(hù)規(guī)則》規(guī)定進(jìn)、出站等列車信號機的顯示距離為800m以上，提速后為滿足信號確認(rèn)時間和制動距離需要，要求信號顯示距離提升為1000m；自動閉塞區(qū)間牽引距離計算由原來的8min追蹤間隔變更為5min，由此帶來的區(qū)間通過信號機必須經(jīng)過重新定位布點；為防止列車冒進(jìn)信號后進(jìn)入解鎖區(qū)段對列車信號的接近鎖閉長度進(jìn)行重新定義，自動閉塞提速區(qū)段的信號機接近鎖閉長度不得少于2個閉塞分區(qū)，列車運行速度超過200km/h時接近鎖閉長度不得少于3個閉塞分區(qū)，站場內(nèi)信號機不足制動距離時信號顯示的聯(lián)鎖關(guān)系要求按重復(fù)顯示進(jìn)行重新定義。

重復(fù)顯示是指列車進(jìn)路上相關(guān)聯(lián)的兩架信號機不滿足制動離時前方信號未開放，禁止后一架信號機開放，稱為部分重復(fù)顯示;當(dāng)兩架關(guān)聯(lián)信號距離不足400 m時前后兩架信號機的顯示必須相致，稱為完全重復(fù)顯示。

2.4 維修體制要求

重點直達(dá)旅客列車和動車組的開行對信號設(shè)備運用的可靠性、安全性的要求進(jìn)一步提高，對維修體制的沖擊、修程修制的影響巨大，為解決高速列車運行帶來的人身安全防護(hù)和設(shè)備安全壓力，必須切實改進(jìn)單兵作業(yè)、零打碎敲的作業(yè)方式，設(shè)立天窗作業(yè)時段進(jìn)行檢修集中作業(yè)，加強設(shè)備監(jiān)測監(jiān)控、探索合理的養(yǎng)護(hù)維修周期、依靠科學(xué)手段進(jìn)行入所修、狀態(tài)修是維修工作的根本出路。

2.5 安全壓力進(jìn)一步提高

高速、重載、高密的運輸壓力對信號基礎(chǔ)設(shè)備的要求進(jìn)一步提高。提速后很多控制模式由原來的人控改為機控，而這些設(shè)備大多數(shù)為信號設(shè)備?？梢哉f信號設(shè)備的可靠性是提速安全不可或缺的必要保證。由于提速和非提速區(qū)段的交錯布局，新舊制式的交叉運用增加了整個信號系統(tǒng)的安全壓力和復(fù)雜性。

3 提速后信號的發(fā)展方向

為適應(yīng)列車提速對信號設(shè)備的要求，近年來以提速安全為契機，信號設(shè)備技術(shù)裝備有了飛躍性的發(fā)展，但在以下幾個方面還需要進(jìn)一步完善和提高：

3.1 信號顯示的發(fā)展

（1）信號顯示向速差式發(fā)展：現(xiàn)有的速差意義還不十分完善，僅進(jìn)站信號機能區(qū)分道岔直向和側(cè)向，出站信號、預(yù)告信號應(yīng)適當(dāng)增加顯示數(shù)目，以區(qū)分速度和進(jìn)路。信號燈機構(gòu)的顯示方式已不能滿足顯示距離的需要，必須采用組合式新型光源，進(jìn)一步提高顯示距離。在高速區(qū)段應(yīng)取消固定信號，探索以衛(wèi)星定位方式實現(xiàn)移動自動閉塞的可能性，最大限度地提高線路通過能力。

（2）機車信號向主體化發(fā)展：根據(jù)超速防護(hù)系統(tǒng)的要求，機車信號必須以更全的覆蓋率、更高的可靠性、更豐富的顯示定義和統(tǒng)一的信息標(biāo)準(zhǔn)來實現(xiàn)速度控制，向主體化方向發(fā)展。機車信號設(shè)備和車載ATP設(shè)備必須有機統(tǒng)一，充分考慮軟硬件冗余，保證設(shè)備安全。

（3）擴展機車信號的顯示意義：突破舊有的機車信號與地面信號顯示方式一致的模式，實現(xiàn)機車信號與地面信號顯示意義一致，進(jìn)一步擴展機車信號的信息量，針對高速線路需求著重發(fā)展新型移頻地面發(fā)送制式。

3.2 基礎(chǔ)設(shè)備的更新

（1）轉(zhuǎn)轍設(shè)備：加快改造三相交流外鎖轉(zhuǎn)轍機和200km/h提速道岔上道，對大號碼道岔增加多點牽引，加裝密貼檢查器，目的是使尖軌一、二動間10mm得到有效檢查。加裝道岔缺口監(jiān)測，防止機械退鎖。

（2）道口設(shè)備：道口報警距離要按照最高速度來重新計算，采用測速定時報警方式，能使道口關(guān)閉時間均衡，避免道口堵塞，高速線路應(yīng)采用全封閉全立交方式。

（3）軌道電路：隨著無縫線路的擴大使用，應(yīng)廣泛采用無絕緣軌道電路，取消疊加發(fā)碼帶來的軌道電路結(jié)合部故障；列車分級速度控制要求軌道電路傳輸?shù)男畔⒘考哟螅凰俣忍岣咭髴?yīng)變時間縮短；為保證機車信號連續(xù)傳輸，軌道電路的區(qū)段最小長度要適當(dāng)加長；提高對牽引電流的抗干擾性。根據(jù)客運專線調(diào)車作業(yè)少的特點，站內(nèi)要適當(dāng)減少軌道分割數(shù)量。

3.3 站內(nèi)聯(lián)鎖設(shè)計

（1）接近區(qū)段延長：根據(jù)速度和制動距離重新計算接近區(qū)段的長度，在客貨混線區(qū)段的計算機聯(lián)鎖應(yīng)能與TDCS結(jié)合，根據(jù)不同的列車運行進(jìn)路設(shè)定合理的接近鎖閉條件，兼顧聯(lián)鎖安全與效率。

（2）電碼化方式改進(jìn)：能連續(xù)不間斷向機車傳遞信息（采用預(yù)發(fā)碼制式，渡過軌道電路壓入的繼電器發(fā)應(yīng)時間），具有閉環(huán)控制功能（對發(fā)送的頻率進(jìn)行接收并連續(xù)檢測，防止信號傳輸過程中的丟失或串?dāng)_告警），具備鄰線串碼防護(hù)功能（通過接收特定的信息屏蔽鄰線碼），不影響軌道電路正常工作（使用隔離器使軌道電路信息和機車信號通過不同的傳輸通道）。在高速區(qū)段應(yīng)避免采用疊加方式，改用信息一體化的軌道電路制式。

（3）信號顯示關(guān)系：原兩架信號機間800m和400m為基礎(chǔ)的信號顯示遞進(jìn)關(guān)系必須根據(jù)速度進(jìn)行重新定義。

3.4 車站聯(lián)鎖系統(tǒng)

必須大力發(fā)展以高性能工業(yè)計算機為基礎(chǔ)具有安全冗余的車站聯(lián)鎖設(shè)備，以便提供更多的信息，便于聯(lián)網(wǎng)和實現(xiàn)區(qū)域控制，具有集中監(jiān)測的功能。要將聯(lián)鎖與運行結(jié)合起來，大力發(fā)展分散自律式調(diào)度集中、大型樞紐的區(qū)域計算機聯(lián)鎖，以及車站區(qū)間一體化的站區(qū)聯(lián)鎖系統(tǒng)設(shè)備。提高設(shè)備自動化、集中程度。