馬來西亞東海岸鐵路CTCS-2 級列控系統(tǒng)方案研究

全宏宇

馬來西亞東海岸鐵路是“一帶一路”的代表性項目，起點為Kota Bharu 站（含），終點為Port Klang 站（含），正線線路總長約564 km。馬來西亞東海岸鐵路項目初期為設(shè)計時速160 km 的客貨共線單線鐵路，土建采用“雙線基礎(chǔ)、單線鋪軌”建設(shè)模式；列控系統(tǒng)推薦采用CTCS-2 級列控系統(tǒng)，并采用自動站間閉塞。

根據(jù)《鐵路信號設(shè)計規(guī)范》（TB 10007-2017），設(shè)計時速160 km 及以下鐵路采用CTCS-0 級列控系統(tǒng)，設(shè)計時速160 km 以上、250km 以下鐵路采用CTCS-2 級 列 控 系 統(tǒng)［1］。另 外，CTCS-2 級 列 控系統(tǒng)在國內(nèi)一般應(yīng)用于復線鐵路及單線雙向運行的動車段所走行線，單線鐵路應(yīng)用案例很少。

為滿足CTCS-2 級列控系統(tǒng)在馬來西亞東海岸鐵路單線自動站間閉塞的應(yīng)用需求，有必要對CTCS-2 級列控系統(tǒng)方案進行分析和研究。

1 方案提出

根據(jù)《CTCS-2 級列控系統(tǒng)總體技術(shù)要求》，CTCS-2 級列控系統(tǒng)基于ZPW-2000 軌道電路和應(yīng)答器傳輸行車許可，按照目標-距離連續(xù)式制動曲線監(jiān)控列車安全運行，實現(xiàn)列車超速自動防護功能。其中，CTCS-2 級列控系統(tǒng)通過ZPW-2000 軌道電路提供連續(xù)的行車許可信息［2-3］。

按照自動站間閉塞區(qū)間列車占用檢查方式，馬來西亞東海岸鐵路列控系統(tǒng)有以下2 種解決方案。

1） 區(qū)間設(shè)置貫通ZPW-2000 軌道電路的CTCS-2 級列控系統(tǒng)方案。

參照現(xiàn)行的雙線自動閉塞CTCS-2 級列控系統(tǒng)技術(shù)標準，區(qū)間可按雙線中的一條線設(shè)置貫通ZPW-2000 軌道電路，該CTCS-2 級列控系統(tǒng)方案與現(xiàn)行技術(shù)標準基本一致。

2） 區(qū)間不設(shè)置貫通ZPW-2000 軌道電路的CTCS-2 級列控系統(tǒng)方案。

國內(nèi)設(shè)計時速160 km 的單線鐵路，區(qū)間一般不設(shè)置貫通的ZPW-2000 軌道電路，而是采用計軸設(shè)備實現(xiàn)站間列車占用檢查，并在進站信號機外方設(shè)置雙接近軌道電路區(qū)段和接近信號機［4］。由于區(qū)間無ZPW-2000 軌道電路提供連續(xù)的行車許可信息，因此列控系統(tǒng)方案需要對現(xiàn)行的CTCS-2 級列控系統(tǒng)進行適應(yīng)性修改，以滿足區(qū)間在無ZPW-2000軌道電路低頻信息的場景下，CTCS-2級列控系統(tǒng)實現(xiàn)速度監(jiān)控及防護功能［5］。

2 區(qū)間設(shè)置貫通ZPW-2000 軌道電路的CTCS-2 級列控系統(tǒng)方案

區(qū)間設(shè)置貫通ZPW-2000 軌道電路的CTCS-2級列控系統(tǒng)包含列控中心、 LEU、 應(yīng)答器、ZPW-2000 軌道電路、臨時限速服務(wù)器TSRS、信號安全數(shù)據(jù)網(wǎng)以及車載設(shè)備等，如圖1 所示。該方案的主要設(shè)計原則如下。

1）區(qū)間設(shè)置貫通ZPW-2000 軌道電路，區(qū)間閉塞分區(qū)按預留雙線工程進行牽引計算布點，并設(shè)置閉塞分區(qū)標志牌。

2）根據(jù)軌道電路技術(shù)條件［6］，區(qū)間軌道電路電纜傳輸長度超過10 km 時增設(shè)信號中繼站。

3）區(qū)間軌道電路載頻、低頻信息碼序均參照雙線自動閉塞中的下行線（馬來西亞東海岸鐵路初期為下行線鋪軌）進行設(shè)置，區(qū)間軌道電路低頻信息正常碼序為L5-L4-L3-L2-L-LU-U-HU。

4）站內(nèi)應(yīng)答器設(shè)置方案與現(xiàn)行CTCS-2 級列控系統(tǒng)標準一致。區(qū)間應(yīng)答器參照雙線自動閉塞中列控系統(tǒng)應(yīng)答器應(yīng)用原則進行設(shè)置。區(qū)間應(yīng)答器主要類型包含區(qū)間應(yīng)答器組（Q/FQ）、中繼站應(yīng)答器組（ZJ）、定位應(yīng)答器組（DW）等，區(qū)間應(yīng)答器用戶信息包與現(xiàn)行標準一致［7］。

5）機車和動車組均裝備CTCS-2 級列控系統(tǒng)車載設(shè)備。

6）其他列控系統(tǒng)設(shè)備方案與現(xiàn)行的雙線自動閉塞CTCS-2 級列控系統(tǒng)標準一致。

3 區(qū)間不設(shè)置貫通ZPW-2000 軌道電路的CTCS-2 級列控系統(tǒng)方案

根據(jù)列控系統(tǒng)行車許可信息傳輸方式，區(qū)間不設(shè)置貫通ZPW-2000 軌道電路的CTCS-2 級列控系統(tǒng)有2 種適應(yīng)性修改方案：①與現(xiàn)行的CTCS-2 級列控系統(tǒng)技術(shù)方案相同，站內(nèi)同時采用ZPW-2000軌道電路和應(yīng)答器傳輸行車許可；②站內(nèi)和區(qū)間不再采用ZPW-2000 軌道電路傳輸行車許可，僅采用應(yīng)答器傳輸行車許可。

3.1 站內(nèi)同時采用ZPW-2000 軌道電路和應(yīng)答器傳輸行車許可

對于區(qū)間不設(shè)置貫通ZPW-2000 軌道電路，且站內(nèi)同時采用ZPW-2000 軌道電路和應(yīng)答器傳輸行車許可的CTCS-2 級列控系統(tǒng)方案，其系統(tǒng)組成與圖1 所示基本相同，不同之處如下。

1）僅在站內(nèi)和接近區(qū)段設(shè)置ZPW-2000 軌道電路（或電碼化），區(qū)間不再設(shè)置貫通的ZPW-2000軌道電路和信號中繼站。

2）站內(nèi)應(yīng)答器設(shè)置方案與現(xiàn)行CTCS-2 級列控系統(tǒng)標準一致；區(qū)間應(yīng)答器參照雙線自動閉塞中列控系統(tǒng)應(yīng)答器應(yīng)用原則進行設(shè)置，但不再設(shè)置中繼站應(yīng)答器組（ZJ），同時區(qū)間應(yīng)答器布置間距可根據(jù)需要適當增大。

3）在現(xiàn)行標準的應(yīng)答器用戶信息包的基礎(chǔ)上：①采用現(xiàn)行的區(qū)間反向運行［CTCS-3］信息包定義區(qū)間行車許可；②通過［ETCS-44］ 信息包增加無軌道電路信息區(qū)起點和終點應(yīng)答器信息包［8］；③在無軌道電路信息區(qū)段不再提供［CTCS-1］軌道區(qū)段信息包。

4）機車和動車組均裝備CTCS-2 級列控系統(tǒng)車載設(shè)備。針對區(qū)間無軌道電路信息的情況，對車載設(shè)備軟件的完全監(jiān)控模式（FS）和部分監(jiān)控模式（PS）進行局部適應(yīng)性修改。

3.2 僅采用應(yīng)答器傳輸行車許可

對于區(qū)間不設(shè)置貫通ZPW-2000軌道電路，且站內(nèi)僅采用應(yīng)答器傳輸行車許可的CTCS-2級列控系統(tǒng)方案，與圖1所示系統(tǒng)組成相比，其主要變化如下。

1）站內(nèi)和接近區(qū)段采用25 Hz 軌道電路，不再設(shè)置ZPW-2000 軌道電路或電碼化提供低頻信息。

2）應(yīng)答器設(shè)置方案與站內(nèi)同時采用ZPW-2000軌道電路和應(yīng)答器傳輸行車許可方案相同，并借鑒ETCS-1 級列控系統(tǒng)，在現(xiàn)行標準的應(yīng)答器用戶信息包基礎(chǔ)上，增加行車許可相關(guān)信息包（行車許可［ETCS-12］、重定位［ETCS-16］等）。

3）機車和動車組均裝備CTCS-2 級列控系統(tǒng)車載設(shè)備。由于現(xiàn)行的車載設(shè)備軟件中完全監(jiān)控模式（FS）、部分監(jiān)控模式（PS） 以及引導模式（CO）均需提供軌道電路低頻信息，對于僅采用應(yīng)答器傳輸行車許可的情況，需對車載設(shè)備軟件進行相應(yīng)修改。

圖1 區(qū)間設(shè)置貫通ZPW-2000 軌道電路的CTCS-2 級列控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

4） 根據(jù)現(xiàn)行的CTCS-2 級列控系統(tǒng)技術(shù)方案，CTCS-2 級列控系統(tǒng)中設(shè)置列控中心，列控中心通過LEU 向有源應(yīng)答器傳輸應(yīng)答器報文［9］。由于僅采用應(yīng)答器傳輸行車許可方案，不再采用ZPW-2000 軌道電路低頻信息傳輸行車許可，因此車站可不再設(shè)置列控中心設(shè)備，但聯(lián)鎖設(shè)備需增加與LEU 的接口，并負責接收TSRS 的臨時限速命令［10］。

4 方案比較

從運營、維護、對現(xiàn)有列控系統(tǒng)要求、初期投資成本、對預留雙線的影響5個方面，對CTCS-2級列控系統(tǒng)方案進行比較，方案比較結(jié)果見表1。從表1可以得出如下結(jié)論。

1）區(qū)間設(shè)置貫通ZPW-2000 軌道電路方案與區(qū)間不設(shè)置貫通ZPW-2000 軌道電路方案相比，軌旁設(shè)備較多、維護工作量大、初期投資成本高，但可為運營提供一些便利，且無需對現(xiàn)有列控系統(tǒng)進行新的功能研發(fā)。

2） 區(qū)間不設(shè)置貫通ZPW-2000 軌道電路時，軌旁設(shè)備較少、維護工作量小、初期投資成本較少，但由于需要對現(xiàn)有列控系統(tǒng)進行新的功能研發(fā)，投資存在不確定因素。其中，僅采用應(yīng)答器傳輸行車許可方案與站內(nèi)同時采用ZPW-2000 軌道電路和應(yīng)答器傳輸行車許可方案相比，軌旁設(shè)備更少，但對現(xiàn)有列控系統(tǒng)改動較大。

3） 區(qū)間設(shè)置貫通ZPW-2000 軌道電路方案，其區(qū)間信號設(shè)備可以作為后期雙線工程的一部分，降低雙線工程增加區(qū)間信號設(shè)備的實施難度；區(qū)間不設(shè)置貫通ZPW-2000 軌道電路方案，需在后期雙線工程中增加區(qū)間信號設(shè)備。若后期雙線需采用ZPW-2000 軌道電路傳輸行車許可，對于區(qū)間不設(shè)置貫通ZPW-2000 軌道電路且僅采用應(yīng)答器傳輸行車許可的方案，需增設(shè)列控中心設(shè)備或在聯(lián)鎖設(shè)備基礎(chǔ)上增加相關(guān)功能，對既有列控地面系統(tǒng)改動較大。

5 結(jié)語

由于馬來西亞東海岸鐵路初期為單線自動站間閉塞，且采用CTCS-2 級列控系統(tǒng)，按照項目技術(shù)標準及列控系統(tǒng)要求，提出了區(qū)間設(shè)置貫通ZPW-2000 軌道電路和不設(shè)置貫通ZPW-2000 軌道電路2種列控系統(tǒng)方案，其中不設(shè)置貫通ZPW-2000軌道電路方案包含站內(nèi)同時采用ZPW-2000 軌道電路和應(yīng)答器傳輸行車許可和僅采用應(yīng)答器傳輸行車許可2個子方案。通過比較分析，馬來西亞東海岸鐵路列控系統(tǒng)方案建議如下。

表1 CTCS-2 級列控系統(tǒng)方案比較

1）若馬來西亞東海岸鐵路雙線工程在單線工程開通運營后的設(shè)備大修期內(nèi)進行，則推薦采用區(qū)間設(shè)置貫通ZPW-2000 軌道電路的CTCS-2 級列控系統(tǒng)方案，既可滿足現(xiàn)行CTCS-2 級列控系統(tǒng)標準，又提前預留了雙線工程區(qū)間信號設(shè)備。

2）若馬來西亞東海岸鐵路雙線工程建設(shè)時期不確定，則推薦采用區(qū)間不設(shè)置貫通ZPW-2000 軌道電路且站內(nèi)同時采用ZPW-2000 軌道電路和應(yīng)答器傳輸行車許可的CTCS-2 級列控系統(tǒng)方案，可降低維護工作量，減少投資成本。

馬來西亞東海岸鐵路CTCS-2 級列控系統(tǒng)方案可以為CTCS-2 級列控系統(tǒng)在單線自動站間閉塞，以及海外工程中的應(yīng)用提供一定參考。