列控系統(tǒng)防護(hù)能力優(yōu)化方案探討

李衛(wèi)鋒 陳宇坤 唐乾坤

列控系統(tǒng)在中國(guó)高鐵已有十幾年的運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)，作為高鐵運(yùn)行的控制中樞，組成列控系統(tǒng)的地面設(shè)備和車載設(shè)備的設(shè)備性能、技術(shù)應(yīng)用在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中日臻發(fā)展和完善，為保障高鐵正點(diǎn)、安全、舒適的運(yùn)營(yíng)發(fā)揮了巨大作用。面對(duì)復(fù)雜的運(yùn)營(yíng)環(huán)境，在某些特定場(chǎng)景下，偶有動(dòng)車組冒進(jìn)出站信號(hào)的情況發(fā)生。本文對(duì)動(dòng)車組冒進(jìn)出站信號(hào)的原因進(jìn)行了分析，并提出合理設(shè)置地面設(shè)備的解決方案以供探討，旨在提高列控系統(tǒng)的防護(hù)能力，推動(dòng)信號(hào)專業(yè)技術(shù)發(fā)展和信號(hào)裝備技術(shù)進(jìn)步。

1 列控系統(tǒng)防護(hù)能力風(fēng)險(xiǎn)分析

根據(jù)《高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范》（TB 10621-2014）、《列控系統(tǒng)應(yīng)答器應(yīng)用原則》（TB/T 3484-2017）等標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的規(guī)定，高速鐵路車站到發(fā)線有效長(zhǎng)650 m、站臺(tái)長(zhǎng)度450 m，長(zhǎng)編動(dòng)車組一般不超過(guò)431 m（CRH380D 型動(dòng)車組長(zhǎng)215.3 m），車站出站信號(hào)機(jī)一般設(shè)置在距離警沖標(biāo)不小于55 m 或距最近的對(duì)向道岔尖軌尖端不小于50 m 的位置。以高速鐵路CTCS-3 級(jí)列控系統(tǒng)為例，典型車站股道長(zhǎng)、站臺(tái)及出站信號(hào)機(jī)和應(yīng)答器組設(shè)置如圖1 所示。

結(jié)合CTCS-3 級(jí)（兼容CTCS-2 級(jí)）列控系統(tǒng)的安全防護(hù)距離要求，車站到發(fā)線停車標(biāo)一般設(shè)置在距離出站信號(hào)機(jī)65～75 m，距離車站站臺(tái)端部20～30 m。CTCS-3 級(jí)車載設(shè)備控車時(shí)，移動(dòng)授權(quán)終端EOA （End of Authority） 一般距離信號(hào)機(jī)20～30 m，距離危險(xiǎn)點(diǎn)警沖標(biāo)的距離為75～85 m。

1.1 軌道電路防護(hù)風(fēng)險(xiǎn)分析

根據(jù)TB 10621-2014 等現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)，高鐵站內(nèi)股道軌道電路采用ZPW-2000 型軌道電路，在股道有效長(zhǎng)度為650 m 的條件下，通常由一段軌道電路構(gòu)成，不對(duì)軌道電路實(shí)施分割。動(dòng)車組如在股道進(jìn)行換端，換端后在辦理發(fā)車進(jìn)路之前，由于軌道發(fā)碼方向尚未轉(zhuǎn)換，導(dǎo)致車載設(shè)備易受鄰線軌道電路信號(hào)干擾。引起鄰線干擾的主要原因是鄰線電磁干擾和軌道電路絕緣節(jié)破損導(dǎo)致的干擾，在極端情況下可能危及行車安全。

圖1 典型CTCS-3 級(jí)列控系統(tǒng)車站地面設(shè)備配置

1.2 應(yīng)答器防護(hù)風(fēng)險(xiǎn)分析

高鐵車站到發(fā)線出站信號(hào)機(jī)處均設(shè)有應(yīng)答器組，信號(hào)禁止時(shí)可對(duì)列車實(shí)施緊急制動(dòng)防護(hù)，出站應(yīng)答器組至前方警沖標(biāo)的防護(hù)區(qū)段越長(zhǎng)，制動(dòng)防護(hù)的效果越顯著。如圖1 所示，CTCS-3 級(jí)列控系統(tǒng)車站的到發(fā)線有源應(yīng)答器距出站信號(hào)機(jī)一般為20 m，動(dòng)車組車載設(shè)備在收到禁止信息時(shí)實(shí)施緊急制動(dòng)的防護(hù)距離較短。

1.3 調(diào)度集中系統(tǒng)防護(hù)風(fēng)險(xiǎn)分析

根據(jù)《調(diào)度集中系統(tǒng)技術(shù)條件》（TB/T 3471-2016） 的規(guī)定，目前高鐵車站調(diào)度集中設(shè)備尚無(wú)發(fā)車進(jìn)路預(yù)告功能，僅有接車進(jìn)路預(yù)告功能。CTC 系統(tǒng)在分散自律模式下辦理完發(fā)車進(jìn)路后，不能通過(guò)GSM-R 系統(tǒng)以文本方式向司機(jī)提供進(jìn)路預(yù)告信息，存在列車運(yùn)行的安全性風(fēng)險(xiǎn)。

2 列控系統(tǒng)防護(hù)優(yōu)化方案

2.1 軌道電路防護(hù)優(yōu)化方案

為提高軌道電路防護(hù)能力，對(duì)ZPW-2000 型軌道電路的股道采取將1 個(gè)軌道區(qū)段分割為2 段的技術(shù)方案，并根據(jù)《中國(guó)鐵路總公司關(guān)于開(kāi)展ZPW-2000A 站內(nèi)一體化軌道電路絕緣破損防護(hù)安全專項(xiàng)整治工作的通知》（鐵總工電函［2018］ 346 號(hào)）要求加強(qiáng)絕緣破損防護(hù)。根據(jù)《列控中心技術(shù)條件》（TB/T 3439-2016）的規(guī)定，列控中心設(shè)備具備控制軌道電路發(fā)碼方向及時(shí)切換功能，以降低動(dòng)車組在股道進(jìn)行換端后受鄰線軌道電路信號(hào)干擾產(chǎn)生的行車安全風(fēng)險(xiǎn)。目前由中國(guó)鐵設(shè)牽頭、各設(shè)計(jì)單位參與，已完成高鐵信號(hào)設(shè)備隱患整治可研報(bào)告，該方案已被國(guó)鐵集團(tuán)采納。

2.2 應(yīng)答器防護(hù)優(yōu)化方案

根據(jù)出站應(yīng)答器組至前方警沖標(biāo)的防護(hù)區(qū)段越長(zhǎng)，制動(dòng)防護(hù)的效果越顯著的原則，可采用出站應(yīng)答器組盡量遠(yuǎn)離信號(hào)機(jī)設(shè)置的方案，即應(yīng)答器盡量靠近站臺(tái)設(shè)置，同時(shí)需考慮不影響動(dòng)車組停車，以及應(yīng)答器安裝的便利性?？紤]站臺(tái)邊上、下站臺(tái)步梯對(duì)有源應(yīng)答器控制電纜敷設(shè)的影響，在股道有效長(zhǎng)為650 m 且站臺(tái)居中設(shè)置的情況下，建議靠近站臺(tái)的無(wú)源應(yīng)答器設(shè)置在站臺(tái)外距站臺(tái)10 m 左右的位置，此時(shí)有源應(yīng)答器距出站信號(hào)機(jī)30 m，較圖1中有源應(yīng)答器距出站信號(hào)機(jī)的距離增加了10 m，增加了動(dòng)車組車載設(shè)備收到禁止信息時(shí)實(shí)施緊急制動(dòng)的防護(hù)距離。目前安六高鐵等工程已采用該方案并開(kāi)通運(yùn)營(yíng)。

2.3 調(diào)度集中系統(tǒng)防護(hù)優(yōu)化方案

根據(jù)《智能調(diào)度集中系統(tǒng)暫行技術(shù)條件》（鐵科信［2019］ 52 號(hào)） 的要求，建議在現(xiàn)有調(diào)度集中功能的基礎(chǔ)上增加發(fā)車進(jìn)路預(yù)告功能。CTC 增加發(fā)車進(jìn)路預(yù)告功能作為列車發(fā)車輔助信息，可實(shí)現(xiàn)調(diào)度人員和司機(jī)在列車發(fā)車、接車或通過(guò)運(yùn)行全過(guò)程的信息交互，進(jìn)一步提高列車運(yùn)行的安全性。實(shí)現(xiàn)此功能需要對(duì)鐵路局高鐵CTC 中心、車站CTC 分機(jī)進(jìn)行軟件改造。目前該方案已在京張高鐵及京沈高鐵（沈陽(yáng)西站與朝陽(yáng)站間） 進(jìn)行了應(yīng)用。

3 列控系統(tǒng)防護(hù)優(yōu)化措施應(yīng)用分析

3.1 既有運(yùn)營(yíng)線路列控系統(tǒng)防護(hù)優(yōu)化措施應(yīng)用分析

根據(jù)上述優(yōu)化方案，為提高既有運(yùn)營(yíng)線路列控系統(tǒng)防護(hù)能力，可采取對(duì)股道軌道電路進(jìn)行分割、調(diào)整應(yīng)答器距出站信號(hào)機(jī)距離，以及CTC 增加發(fā)車進(jìn)路預(yù)告功能等措施，改進(jìn)后的既有CTCS-3 級(jí)列控系統(tǒng)地面設(shè)備布置示意見(jiàn)圖2。其中，軌道電路分割應(yīng)滿足如下技術(shù)要求。

1）正線、側(cè)線有站臺(tái)時(shí)的股道分割，應(yīng)保證動(dòng)車組在股道停車后，能同時(shí)占?jí)? 段軌道電路，以保證動(dòng)車組在股道進(jìn)行換端后車載設(shè)備能及時(shí)收到軌道電路低頻信息，建議動(dòng)車組常態(tài)運(yùn)行前方的分割股道長(zhǎng)度按200 m 控制，如圖2 中的3G2。

2）正線股道、側(cè)線股道的軌道電路分割，應(yīng)滿足TB 10621-2014 中關(guān)于站內(nèi)軌道電路最小設(shè)計(jì)長(zhǎng)度的要求。最小長(zhǎng)度Lmin=Vmax×2.5＋20。其中，Vmax為列車最高運(yùn)行速度，20 m 為設(shè)置裕量。如列車最高運(yùn)行速度350 km/h，正線軌道電路最小長(zhǎng)度不應(yīng)小于263 m，如圖2 中IG 的分割長(zhǎng)度。

圖2 既有CTCS-3 級(jí)列控系統(tǒng)車站地面設(shè)備布置改進(jìn)示意圖

3.2 新建線路列控系統(tǒng)防護(hù)優(yōu)化措施應(yīng)用分析

提高新建線路列控系統(tǒng)防護(hù)能力與提高既有運(yùn)營(yíng)線路列控系統(tǒng)防護(hù)能力采取的措施基本一致，但要充分考慮17 輛編組動(dòng)車組上線運(yùn)行的需求。17輛編組動(dòng)車組長(zhǎng)度接近440 m（439.9 m），在維持現(xiàn)有設(shè)計(jì)規(guī)范和設(shè)備技術(shù)條件的情況下，對(duì)于有效長(zhǎng)650 m 的到發(fā)線，其停車標(biāo)設(shè)置在距離站臺(tái)端20 m 處，則其車尾約有10 m 將無(wú)法停入站臺(tái)區(qū)域。在不改變股道有效長(zhǎng)的條件下，一種可能采取的措施是：將出站信號(hào)機(jī)向站外方向移設(shè)，從而使停車標(biāo)可以設(shè)置在距離站臺(tái)端0～10 m 的范圍內(nèi)，保證車尾進(jìn)入站臺(tái)區(qū)域。將出站信號(hào)機(jī)向站外方向移設(shè)，相當(dāng)于減少了行車許可終點(diǎn)EOA 至警沖標(biāo)的距離，即減少了列控系統(tǒng)給列車提供的安全防護(hù)裕量。

目前可采取的技術(shù)方法是在出站信號(hào)機(jī)外方增設(shè)一段軌道電路，當(dāng)信號(hào)機(jī)不開(kāi)放時(shí)，軌道電路發(fā)H 碼；當(dāng)列車冒進(jìn)信號(hào)時(shí)，采取防護(hù)措施。信號(hào)機(jī)外方的軌道電路長(zhǎng)度一方面要滿足列控車載設(shè)備響應(yīng)時(shí)間要求，另一方面應(yīng)不大于停車標(biāo)距出站信號(hào)機(jī)的距離，以保證列車正常停車時(shí)不會(huì)闖入其中。新建線路CTCS-3 級(jí)列控系統(tǒng)車站地面設(shè)備布置改進(jìn)示意圖如圖3 所示，設(shè)置原則如下。

1）有站臺(tái)的側(cè)線出站信號(hào)機(jī)距警沖標(biāo)按5 m設(shè)置，無(wú)站臺(tái)的正線出站信號(hào)機(jī)距警沖標(biāo)維持原55 m 設(shè)置。

圖3 新建線路CTCS-3 級(jí)列控系統(tǒng)車站地面設(shè)備布置改進(jìn)示意圖

2）側(cè)線股道按3 段軌道電路設(shè)置，其中靠近信號(hào)機(jī)的軌道電路按90 m 設(shè)置。

3）正線股道和側(cè)線股道的軌道電路分割，應(yīng)滿足站內(nèi)軌道電路最小設(shè)計(jì)長(zhǎng)度的要求；當(dāng)不滿足要求時(shí)，可采取設(shè)置2 段軌道電路的方式。

4）修改動(dòng)車組200H、300H型等ATP車載設(shè)備對(duì)軌道電路的處理邏輯（部分ATP 處理邏輯：當(dāng)收到的應(yīng)答器發(fā)送［CTCS-1］包且D_signal＞0 時(shí)，ATP 根據(jù)此應(yīng)答器信息進(jìn)行位置校正，如果此應(yīng)答器所在的軌道區(qū)段長(zhǎng)度小于150 m，則會(huì)出現(xiàn)位置校正錯(cuò)誤）。

對(duì)有直向通過(guò)進(jìn)路且設(shè)有站臺(tái)的正線股道，由于有列車通過(guò)作業(yè)，且通過(guò)列車運(yùn)行速度較高，要求軌道電路的最短長(zhǎng)度較長(zhǎng)，無(wú)法采用在出站信號(hào)機(jī)前設(shè)置90 m 防護(hù)區(qū)段的措施，可將股道分割為2段軌道電路。借鑒滬寧城際、京滬高鐵運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)，可將直向通過(guò)進(jìn)路且設(shè)有站臺(tái)的正線股道的出站信號(hào)機(jī)、發(fā)車進(jìn)路信號(hào)機(jī)設(shè)置在距警沖標(biāo)不小于30 m處，從而滿足開(kāi)行17 輛編組動(dòng)車組的需求。

4 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)現(xiàn)有規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)及技術(shù)條件，分析了列控系統(tǒng)在防護(hù)列車冒進(jìn)信號(hào)方面存在的風(fēng)險(xiǎn)，并提出了相應(yīng)的優(yōu)化方案。在提高既有運(yùn)營(yíng)線路列控系統(tǒng)防護(hù)能力的措施中，可結(jié)合實(shí)際情況和工程實(shí)施的難易程度選擇其中一種或幾種進(jìn)行綜合防護(hù)。既有線有上線運(yùn)營(yíng)17 輛編組動(dòng)車組的需求時(shí)，為保證動(dòng)車組完全?？吭谡九_(tái)區(qū)，可采用向警沖標(biāo)方向適當(dāng)移設(shè)信號(hào)機(jī)的方案（信號(hào)機(jī)移設(shè)至距警沖標(biāo)30 m，無(wú)源應(yīng)答器設(shè)置在站臺(tái)外距站臺(tái)10 m 的位置），該方案已通過(guò)國(guó)鐵集團(tuán)審批并在鄭萬(wàn)鐵路施工設(shè)計(jì)中應(yīng)用。