調(diào)車防護(hù)系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)

周 超 李東亮

我國(guó)高速鐵路不斷發(fā)展，全國(guó)動(dòng)車組列車逐年增漲，動(dòng)車段 （所）作為動(dòng)車組調(diào)車作業(yè)的集中場(chǎng)所越發(fā)重要。目前，國(guó)內(nèi)已建成的動(dòng)車段 （所）數(shù)量將近50個(gè)，動(dòng)車組在段 （所）內(nèi)是靠司機(jī)瞭望信號(hào)機(jī)顯示完成調(diào)車作業(yè)，完全以人控方式保證行車安全。針對(duì)動(dòng)車段 （所）調(diào)車進(jìn)路復(fù)雜、平行進(jìn)路多的特點(diǎn)，且隨著動(dòng)車組數(shù)量的增加，動(dòng)車組在動(dòng)車段 （所）內(nèi)的調(diào)車作業(yè)越來越頻繁，若司機(jī)誤判信號(hào)顯示，將導(dǎo)致列車冒進(jìn)信號(hào)，發(fā)生撞車、擠岔等安全事故，從而造成嚴(yán)重的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。在這樣的背景下，突顯出動(dòng)車組調(diào)車作業(yè)防護(hù)的必要性。

調(diào)車防護(hù)系統(tǒng)是為動(dòng)車段 （所）動(dòng)車組調(diào)車作業(yè)提供有限防護(hù)的輔助系統(tǒng)，能很大程度減少動(dòng)車組調(diào)車作業(yè)安全事故的發(fā)生，降低事故損失。

1 技術(shù)方案

從2008年開始，由相關(guān)鐵路局、工程設(shè)計(jì)單位和北京交大思諾科技有限公司共同開展了調(diào)車防護(hù)系統(tǒng)方案的相關(guān)研究。調(diào)車防護(hù)系統(tǒng)技術(shù)主要考慮以下5個(gè)方面。

1.易用性：盡可能少地改變既有調(diào)車作業(yè)操作流程。

2.安全性：利用既有成熟技術(shù)實(shí)現(xiàn)，且應(yīng)符合 “故障－安全”原則。

3.兼容性：適應(yīng)不同型號(hào)動(dòng)車組的防護(hù)需要。

4.全面性：滿足站場(chǎng)內(nèi)不同類型信號(hào)機(jī)的防護(hù)需求。

5.維護(hù)性：具有系統(tǒng)集中監(jiān)測(cè)功能，便于維護(hù)和管理。

目前，國(guó)內(nèi)的動(dòng)車組有CRH1、CRH2、CRH3、CRH5、CRH6、380A/AL、380B/BL 等多種不同型號(hào)，均裝有列車控制系統(tǒng)，均符合CTCS－2級(jí)和CTCS－3級(jí)列車控制系統(tǒng)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，具有點(diǎn)式應(yīng)答器接收和處理功能，且應(yīng)答器的應(yīng)用原則是統(tǒng)一的。通過綜合分析，利用點(diǎn)式應(yīng)答器結(jié)合列車控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)動(dòng)車組調(diào)車作業(yè)的防護(hù)，是有效、可行的技術(shù)方案，滿足易用性、安全性和兼容性方面的要求。

動(dòng)車段 （所）內(nèi)動(dòng)車組調(diào)車作業(yè)均是以地面信號(hào)機(jī)顯示為行車憑證。針對(duì)不同類型的信號(hào)機(jī)顯示相對(duì)獨(dú)立的特點(diǎn)，調(diào)車防護(hù)系統(tǒng)以信號(hào)機(jī)為防護(hù)對(duì)象，利用報(bào)文控制設(shè)備 （例如：地面電子單元LEU）通過采集信號(hào)機(jī)繼電式聯(lián)鎖相關(guān)接點(diǎn)狀態(tài)，或采集相關(guān)信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈電源狀態(tài)，就能映像對(duì)應(yīng)得到相關(guān)信號(hào)機(jī)的顯示狀態(tài)，控制設(shè)備根據(jù)不同的顯示狀態(tài)給相應(yīng)的應(yīng)答器發(fā)送報(bào)文數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)車組調(diào)車作業(yè)的防護(hù)功能，且不同類型信號(hào)機(jī)的方案也得到了統(tǒng)一，滿足了全面性的要求。

調(diào)車防護(hù)系統(tǒng)可通過設(shè)立監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與控制設(shè)備實(shí)時(shí)通信的方式，采集、解析和顯示系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備的工作狀態(tài)等信息，達(dá)到信息化管理，滿足可維護(hù)性的要求。

綜上所述，從動(dòng)車組調(diào)車作業(yè)的相關(guān)特點(diǎn)分析，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)工程應(yīng)用特點(diǎn)，分別研究得出了室內(nèi)集中式和室外分散式2種調(diào)車防護(hù)系統(tǒng)方案。

2 系統(tǒng)方案

調(diào)車防護(hù)系統(tǒng)方案是基于應(yīng)答器報(bào)文控制，報(bào)文輸出控制與信號(hào)機(jī)狀態(tài)相關(guān)聯(lián)，以信號(hào)機(jī)為防護(hù)對(duì)象，在信號(hào)機(jī)外方設(shè)置應(yīng)答器組是直接而有效的方法，通過應(yīng)答器組向動(dòng)車組列控車載設(shè)備（ATP）提供防護(hù)功能的報(bào)文信息，實(shí)現(xiàn)動(dòng)車組調(diào)車作業(yè)的防護(hù)功能。

調(diào)車防護(hù)系統(tǒng)的應(yīng)答器組由一個(gè)可變報(bào)文應(yīng)答器和一個(gè)固定報(bào)文應(yīng)答器組成。其中可變應(yīng)答器的報(bào)文是由控制設(shè)備根據(jù)相關(guān)調(diào)車信號(hào)機(jī)條件 （開放或關(guān)閉）選擇發(fā)送的。當(dāng)動(dòng)車組經(jīng)過應(yīng)答器組時(shí)，應(yīng)答器組向車載ATP發(fā)送調(diào)車許可或禁止信息，車載列控系統(tǒng)是根據(jù)經(jīng)過應(yīng)答器組的先后順序，判別防護(hù)方向。如果先收到固定報(bào)文應(yīng)答器，再收到可變報(bào)文應(yīng)答器，則為正向；反之則為反向。由車載ATP根據(jù)應(yīng)答器報(bào)文來防護(hù)動(dòng)車組調(diào)車作業(yè)。調(diào)車防護(hù)系統(tǒng)方案示意圖如圖1所示。調(diào)車防護(hù)系統(tǒng)對(duì)動(dòng)車組調(diào)車作業(yè)的防護(hù)功能見表1。

圖1 調(diào)車防護(hù)系統(tǒng)方案示意圖

表1 調(diào)車防護(hù)系統(tǒng)對(duì)動(dòng)車組調(diào)車作業(yè)的防護(hù)功能

2.1 室內(nèi)集中式方案

室內(nèi)集中式調(diào)車防護(hù)系統(tǒng)由地面電子單元 （以下簡(jiǎn)稱LEU）、有源應(yīng)答器、無源應(yīng)答器和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主機(jī)構(gòu)成。LEU與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)集中設(shè)置在室內(nèi)，采用串口通信方式，實(shí)時(shí)交互數(shù)據(jù)。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解析、保存和顯示；有源應(yīng)答器和無源應(yīng)答器組成應(yīng)答器組，設(shè)置在室外需要防護(hù)的信號(hào)機(jī)外方軌道中心位置。

室內(nèi)集中式調(diào)車防護(hù)系統(tǒng)是通過LEU采集相關(guān)信號(hào)機(jī)的繼電器接點(diǎn)條件，給有源應(yīng)答器發(fā)送相應(yīng)的報(bào)文數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)調(diào)車防護(hù)功能；同時(shí)在室內(nèi)設(shè)有監(jiān)測(cè)設(shè)備，可查看各LEU的工作狀態(tài)、報(bào)警和報(bào)文輸出狀態(tài)等信息，便于現(xiàn)場(chǎng)的維護(hù)。室內(nèi)集中式系統(tǒng)連接示意圖如圖2所示。

圖2 室內(nèi)集中式系統(tǒng)連接示意圖

室內(nèi)集中式調(diào)車防護(hù)系統(tǒng)方案有以下特點(diǎn)：

1.本方案的相關(guān)設(shè)備中，LEU、有源應(yīng)答器和無源應(yīng)答器均為既有成熟產(chǎn)品，保證了系統(tǒng)可靠性和安全性，同時(shí)也保證了與車載列控系統(tǒng)的兼容性。

2.LEU和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)集中設(shè)置在室內(nèi)，便于設(shè)備的維護(hù)和管理。

3.從室內(nèi)LEU至室外有源應(yīng)答器的數(shù)據(jù)傳輸電纜成本較高，工程實(shí)施有一定難度。

2.2 室外分散式方案

室外分散式調(diào)車防護(hù)系統(tǒng)由調(diào)車防護(hù)裝置 （控制設(shè)備＋有源應(yīng)答器）、無源應(yīng)答器和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主機(jī)構(gòu)成。調(diào)車防護(hù)裝置的控制設(shè)備采用獨(dú)立箱盒安裝于相應(yīng)信號(hào)機(jī)附近的軌旁位置，有源應(yīng)答器和無源應(yīng)答器組成應(yīng)答器組，安裝于需要相關(guān)信號(hào)機(jī)外方的軌道中心位置；監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)置在室內(nèi)，采用電力載波技術(shù)與室外調(diào)車防護(hù)裝置進(jìn)行通信，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解析、保存和顯示。

室外分散式調(diào)車防護(hù)系統(tǒng)是通過軌旁控制設(shè)備采集相關(guān)信號(hào)機(jī)的點(diǎn)燈電源，實(shí)現(xiàn)給控制設(shè)備供電，同時(shí)根據(jù)信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈電源的狀態(tài)，選擇相應(yīng)的報(bào)文數(shù)據(jù)輸出給有源應(yīng)答器，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)車防護(hù)功能。在室內(nèi)設(shè)有監(jiān)測(cè)設(shè)備，利用既有的信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈電源回路，通過電力載波技術(shù)，實(shí)現(xiàn)與室外控制設(shè)備的實(shí)時(shí)通信功能，室內(nèi)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可查看室外調(diào)車防護(hù)裝置的工作狀態(tài)、報(bào)警信息和報(bào)文輸出狀態(tài)等信息，便于現(xiàn)場(chǎng)的維護(hù)。室外分散式系統(tǒng)連接示意圖如圖3所示。

圖3 室外分散式系統(tǒng)連接示意圖

調(diào)車防護(hù)系統(tǒng)的室外分散式方案有以下特點(diǎn)：

1.把控制設(shè)備分散安裝于信號(hào)機(jī)附近，不用鋪設(shè)長(zhǎng)距離數(shù)據(jù)傳輸電纜，工程實(shí)施簡(jiǎn)單，成本低。

2.采用電力載波技術(shù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)功能，便于設(shè)備的維護(hù)和管理。

3.采用低功耗、防混線設(shè)計(jì)，保障了不影響既有信號(hào)機(jī)的正常工作。

3 系統(tǒng)功能

調(diào)車防護(hù)系統(tǒng)是在防護(hù)信號(hào)機(jī)外方適當(dāng)?shù)攸c(diǎn)設(shè)置應(yīng)答器組，系統(tǒng)根據(jù)進(jìn)路狀態(tài)或信號(hào)機(jī)顯示，通過應(yīng)答器組發(fā)送相應(yīng)的報(bào)文，結(jié)合車載列車控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)調(diào)車防護(hù)。當(dāng)信號(hào)關(guān)閉時(shí)，系統(tǒng)發(fā)送禁止通過的報(bào)文，列車控制系統(tǒng)接收后，觸發(fā)緊急制動(dòng)控停動(dòng)車組；當(dāng)信號(hào)開放時(shí)，系統(tǒng)發(fā)送允許通過的報(bào)文，列車控制系統(tǒng)接收后，動(dòng)車組可正常運(yùn)行通過。調(diào)車防護(hù)系統(tǒng)對(duì)不同類型信號(hào)機(jī)的防護(hù)分為以下3種防護(hù)功能邏輯。

3.1 調(diào)車信號(hào)機(jī)防護(hù)功能

采用室內(nèi)集中式方案時(shí)，LEU采集相關(guān)信號(hào)機(jī)DXJ接點(diǎn)狀態(tài)，選擇相應(yīng)的報(bào)文輸出給有源應(yīng)答器；采用室外分散式方案時(shí)，調(diào)車防護(hù)裝置采集相應(yīng)信號(hào)機(jī)藍(lán)燈、白燈和紅燈的顯示狀態(tài)，選擇相應(yīng)的報(bào)文輸出給有源應(yīng)答器；調(diào)車信號(hào)機(jī)防護(hù)功能邏輯如表2、表3所示。

表2 二顯示調(diào)車信號(hào)機(jī)防護(hù)功能邏輯表

表3 三顯示調(diào)車信號(hào)機(jī)防護(hù)功能邏輯表

3.2 進(jìn)路兼調(diào)車信號(hào)機(jī)防護(hù)功能

采用室內(nèi)集中式方案時(shí)，LEU采集相關(guān)信號(hào)機(jī)DXJ和LXJ接點(diǎn)狀態(tài)，選擇相應(yīng)的報(bào)文輸出給有源應(yīng)答器；采用室外分散式方案時(shí)，調(diào)車防護(hù)裝置采集相應(yīng)信號(hào)機(jī)綠燈、白燈和紅燈的顯示狀態(tài)，選擇相應(yīng)的報(bào)文輸出給有源應(yīng)答器。進(jìn)路兼調(diào)車信號(hào)機(jī)防護(hù)功能如表4所示。

表4 進(jìn)路兼調(diào)車信號(hào)機(jī)防護(hù)功能邏輯表

3.3 出路信號(hào)機(jī)防護(hù)功能

采用室內(nèi)集中式方案時(shí)，LEU采集相關(guān)信號(hào)機(jī)DXJ和LXJ接點(diǎn)狀態(tài)，選擇相應(yīng)的報(bào)文輸出給有源應(yīng)答器；采用室外分散式方案時(shí)，調(diào)車防護(hù)裝置采集相應(yīng)信號(hào)機(jī)綠燈/黃燈、白燈和紅燈的顯示狀態(tài)，選擇相應(yīng)的報(bào)文輸出給有源應(yīng)答器。出路信號(hào)機(jī)防護(hù)功能邏輯表如表5所示。

表5 出路信號(hào)機(jī)防護(hù)功能邏輯表

3.4 調(diào)車防護(hù)應(yīng)答器組的設(shè)置原則

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)車組的有限防護(hù)，調(diào)車防護(hù)系統(tǒng)應(yīng)答器組與相關(guān)信號(hào)機(jī)之間需要留有用于動(dòng)車組制動(dòng)的距離，理論上這個(gè)距離越長(zhǎng)防護(hù)效果越好。但從現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況來看，股道的有效長(zhǎng)度是一定的，如果防護(hù)距離設(shè)置得過長(zhǎng)，會(huì)導(dǎo)致動(dòng)車組停車?yán)щy，甚至無法停入股道，所以這個(gè)防護(hù)距離需要考慮各股道有效長(zhǎng)因素，因地制宜地來設(shè)置應(yīng)答器組的位置。

由于受到地形、動(dòng)車組制動(dòng)性能和防護(hù)距離不足等因素的影響，調(diào)車防護(hù)系統(tǒng)只能對(duì)動(dòng)車組調(diào)車作業(yè)提供有限防護(hù)功能。

1.相鄰應(yīng)答器組間距離不宜小于30m，組內(nèi)應(yīng)答器間距應(yīng)滿足3±0.5m。

2.一般情況下，在防護(hù)信號(hào)機(jī)外方 （20±0.5）m處設(shè)置應(yīng)答器組。受站場(chǎng)限制時(shí)，可適當(dāng)向信號(hào)機(jī)方向移設(shè)，但距信號(hào)機(jī)不得小于15m。應(yīng)答器組設(shè)置如圖4所示。

3.在盡頭線土檔、無接觸網(wǎng)區(qū)域等特殊場(chǎng)所，一般情況下，可在距防護(hù)地點(diǎn)或信號(hào)機(jī)25m處設(shè)置由兩個(gè)無源應(yīng)答器組成的應(yīng)答器組。困難情況下，應(yīng)答器組距防護(hù)地點(diǎn)不小于15m。如圖5所示。

圖4 應(yīng)答器組設(shè)置示意圖

圖5 特殊場(chǎng)所應(yīng)答器組設(shè)置示意圖

4.根據(jù)運(yùn)輸需要，一般情況下，調(diào)車防護(hù)系統(tǒng)應(yīng)答器組設(shè)置在動(dòng)車組調(diào)車進(jìn)路上，應(yīng)答器組間均為非鏈接關(guān)系，如需要在動(dòng)車組列車進(jìn)路上設(shè)置應(yīng)答器組，應(yīng)答器組間應(yīng)建立鏈接關(guān)系。

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

目前，在北京動(dòng)車段、上海動(dòng)車段、廣州動(dòng)車段、武漢動(dòng)車段、福州南動(dòng)車所、成都動(dòng)車所等多個(gè)動(dòng)車段 （所），均采用了室內(nèi)集中式調(diào)車防護(hù)系統(tǒng)方案，并開通投入使用，填補(bǔ)了動(dòng)車段 （所）動(dòng)車組調(diào)車防護(hù)措施的空缺，得到了相關(guān)路局的一致認(rèn)可。

室內(nèi)集中式方案具有技術(shù)成熟度高，設(shè)備維護(hù)便利的特點(diǎn)，如在新建動(dòng)車段 （所）時(shí)，就考慮系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，可避免二次施工難度加大、成本增加的問題。

自2014年室外分散式方案評(píng)審?fù)ㄟ^后，于2015年4月北京交大思諾與北京鐵路局合作，在北京西客技場(chǎng)開展了室外分散式調(diào)車防護(hù)系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)試用，目前系統(tǒng)工作良好，滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)需求。室外分散式方案相較室內(nèi)集中式來講，具有施工難度低和投入成本小的特點(diǎn)，通過現(xiàn)場(chǎng)試用進(jìn)一步驗(yàn)證了系統(tǒng)穩(wěn)定性，建議推廣使用。室外分散式方案現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用如圖6所示。

圖6 室外分散式方案現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用示意圖

5 結(jié)束語

調(diào)車防護(hù)系統(tǒng)是列控相關(guān)設(shè)備的一種特殊應(yīng)用，利用現(xiàn)有成熟技術(shù)，開拓新的應(yīng)用場(chǎng)所，可提高動(dòng)車組作業(yè)安全。作為安全防護(hù)輔助系統(tǒng)，調(diào)車防護(hù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了動(dòng)車組調(diào)車作業(yè)的安全防護(hù)，大大降低事故發(fā)生概率，除了工程實(shí)施、設(shè)備采購(gòu)成本外，對(duì)既有的動(dòng)車組和站場(chǎng)相關(guān)設(shè)備均沒有任何影響。動(dòng)車組列車價(jià)格不菲，任何事故都將帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失，系統(tǒng)的成功研制和應(yīng)用，不僅可以減少經(jīng)濟(jì)損失，更能促進(jìn)技術(shù)裝備等領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新；增強(qiáng)國(guó)內(nèi)廠商自主創(chuàng)新能力；對(duì)促進(jìn)我國(guó)動(dòng)車段 （所）現(xiàn)代化管理水平的提高具有重要意義。

［1］ 中國(guó)鐵路總公司.鐵總運(yùn) ［2014］260 號(hào).動(dòng)車段（所）調(diào)車防護(hù)系統(tǒng)暫行技術(shù)條件［S］.2014.

［2］ 中華人民共和國(guó)鐵道部.科技運(yùn)［2010］21號(hào)［S］.CTCS－3級(jí)列控系統(tǒng)應(yīng)答器應(yīng)用原則（V2.0）.2010.

［3］ 中華人民共和國(guó)鐵道部.科技運(yùn)［2010］136號(hào)［S］.CTCS－2級(jí)列控系統(tǒng)應(yīng)答器應(yīng)用原則（V2.0）.2010.