地鐵試車線共用設(shè)計方案分析

楊智

（北京全路通信信號研究設(shè)計院集團(tuán)有限公司，北京100070）

0 引言

試車線共用常見的情況有兩種，一種是試車線借用，當(dāng)遇到土建滯后導(dǎo)致本線試車線開通較晚時，為了不耽誤工期，通過借用既有試車線進(jìn)行新線開通前的列車信號系統(tǒng)調(diào)試。如石家莊3 號線首開段借用1號線既有西兆通車輛段的試車線，合肥3 號線借用2號線既有南崗車輛段的試車線；另一種是隨著城市線網(wǎng)密度變大，為避免重復(fù)投資、節(jié)約城市土地資源，會選擇多車輛段共建，如北京1、2、八通線共址四惠車輛段，青島1、3 號線共址安順車輛段，杭州1、4 號線共址七堡車輛段，北京3、12 號線（在建中）共用東壩車輛段等，共址和共用車輛段會同時共用試車線。無論是試車線借用還是多線共用，關(guān)鍵在于處理控制權(quán)轉(zhuǎn)換、軌旁設(shè)備安裝沖突和同種設(shè)備相互干擾的問題，設(shè)計方案應(yīng)平衡工程適應(yīng)性和資源共享性。

東壩車輛段是北京3、12 號線（在建中）采用“X”型雙線融合共址建設(shè)的車輛段，是北京首次采用兩條地鐵線同時建設(shè)、資源共享的方式建設(shè)的車輛段，試車線共用設(shè)計方案的主要技術(shù)要求和電路原理將應(yīng)用于東壩車輛段試車線項目中。

1 試車線的功能

試車線是專門用于試車作業(yè)的線路，通過設(shè)置一套獨立于正線的ATC 信號設(shè)備，當(dāng)新車到線后或?qū)囕d設(shè)備進(jìn)行維修、更換、保養(yǎng)后，需在試車線對車載信號系統(tǒng)進(jìn)行ATP/ATO 靜、動態(tài)功能調(diào)試以及進(jìn)行車輛接口、車門監(jiān)控、車門站臺門聯(lián)動、車-地通信、駕駛模式轉(zhuǎn)換、緊急關(guān)閉、自動折返、休眠喚醒等功能測試。

2 試車線的設(shè)計要求

試車線軌旁設(shè)備的布置原則應(yīng)與正線一致，設(shè)置的實體軌旁設(shè)備至少應(yīng)包括信號機(jī)、應(yīng)答器、計軸。試車線與車輛段一般采用安全型繼電接口，接口分界點宜設(shè)在試車線信號設(shè)備室內(nèi)電纜配線架分線端子排處。接口電路應(yīng)采用雙斷設(shè)計，符合“故障導(dǎo)向安全”原則。試車線設(shè)備通過接口電路與車輛段聯(lián)鎖，實現(xiàn)對試車線線路及相關(guān)進(jìn)路（道岔、信號機(jī)、計軸區(qū)段）的控制權(quán)的轉(zhuǎn)換和對敵對進(jìn)路的安全控制。復(fù)示電路應(yīng)采用雙接點或前后接點的方式，遵循“誰采集誰供電”的原則。

正常情況下，試車線的道岔及其防護(hù)信號機(jī)、終端阻擋信號機(jī)納入車輛段聯(lián)鎖。需要試車時，由試車線控制室發(fā)出請求，車輛段值班員對試車線完成必要的聯(lián)鎖控制后，將控制權(quán)移交試車線控制室，并給出同意試車的信號。試車線聯(lián)鎖應(yīng)持續(xù)檢查同意試車狀態(tài)，當(dāng)同意試車狀態(tài)丟失時，應(yīng)停止試車作業(yè)。試車結(jié)束，列車停至指定虛擬站臺后，才能辦理取消試車操作手續(xù)[1]。

3 試車線多線共用技術(shù)要求

試車線多線共用主要有兩個技術(shù)難點：一是解決不同試車線地面設(shè)備的安裝位置沖突和同類設(shè)備之間的相互干擾問題；二是處理試車線控制權(quán)的轉(zhuǎn)換邏輯問題。

由于互聯(lián)互通工程的試車線可以互用，故本文只介紹非互聯(lián)互通線路共用試車線的室外設(shè)備配置、安裝的技術(shù)要求和控制權(quán)轉(zhuǎn)換邏輯電路原理。

多線共用需要滿足的技術(shù)要求有：

其一，試車線應(yīng)指定由一個車輛段控制，各試車線ATC 均向此車輛段發(fā)送試車作業(yè)請求。

其二，試車功能的啟用應(yīng)滿足唯一性。

其三，同一時間內(nèi)只允許一列車在試車線上試車。

4 軌旁設(shè)備配置及安裝要求

多條線信號和車輛廠家均相同的情況也屬于一條試車線的性質(zhì)，對此不做贅述。當(dāng)信號廠家相同、車輛廠家不同時，應(yīng)根據(jù)車輛的差異核算軌旁設(shè)備的數(shù)量和位置，做出相應(yīng)調(diào)整。當(dāng)信號設(shè)備廠家不同時，室內(nèi)信號設(shè)備需獨立設(shè)置，軌旁設(shè)備可根據(jù)工程特性選擇獨立設(shè)置、部分共用或者完全共用。

4.1 信號機(jī)設(shè)置方案

如果獨立安裝每條線的信號機(jī)，不僅安裝位置會沖突，且無論非本線信號機(jī)是滅燈還是亮燈，都會對測試列車的司機(jī)造成困擾，故建議信號機(jī)共用，可通過連接信號機(jī)方向盒的不同端子柱的方式實現(xiàn)。

如圖1所示，1、2 號線各自從室內(nèi)敷設(shè)電纜至室外信號機(jī)方向盒處并線，連接同一架信號機(jī)。同理，多線共用可適當(dāng)通過增加方向盒實現(xiàn)并線。為了使1、2 號線點燈電路互限，可將“允許試車”信號作為點燈條件，通過SCAJF1 和SCAJF2（開始試車復(fù)示繼電器）分別串入各自的試車線信號機(jī)點燈電路中。如圖2所示，當(dāng)1 號線正在試車時，SCAJ（開始試車?yán)^電器）為吸起狀態(tài)，因為SCAJ 和FSCAJ（開始試車反復(fù)示繼電器）的邏輯關(guān)系為“非”，所以2 號線和車輛段信號設(shè)備室內(nèi)的L1-FSCAJ 均為落下狀態(tài)，2 號線的試車請求電路無法接通，SCAJ 落下，SCAJF1 和SCAJF2 接點均為斷開狀態(tài)，故點燈電路無法接通，聯(lián)鎖無法點亮和控制信號機(jī)。多線共用電路處理邏輯同理，當(dāng)任一線路正在試車時，此線復(fù)示給其余各線的FSCAJ 均處于落下狀態(tài)，其他線的SCAJ 和SCAJF均處于落下狀態(tài)，信號機(jī)的點燈都無法接通。所以，只有當(dāng)在車輛段“允許試車”和其余線均無“開始試車”兩個條件同時滿足后，SCAJ 才能吸起，SCAJF 同時吸起，信號機(jī)點燈電路接通，信號機(jī)才能被點亮[2]。

圖1 信號機(jī)共用連接電路圖

圖2 兩條線控制權(quán)轉(zhuǎn)換電路圖

4.2 計軸設(shè)置方案

計軸建議共用，共用方案同信號機(jī)，利用室外計軸的方向盒不同的端子柱分別接至各線室內(nèi)計軸機(jī)柜。如需單獨設(shè)置，可將兩條線的計軸分別安裝在兩條鋼軌上，如多條線獨立安裝，則需錯開停車點。

4.3 應(yīng)答器設(shè)置方案

無源、休眠喚醒應(yīng)答器建議共用，遵循統(tǒng)一的布置原則。有源應(yīng)答器采用專用電纜，一般不共用，通過設(shè)置ID 來屏蔽不屬于本線的有源應(yīng)答器報文，并調(diào)整虛擬站臺停車點，將安裝位置沖突的應(yīng)答器錯開。

4.4 車地?zé)o線通信方案

如果不同線路采用的通信制式不同（2.4G、LTE、5G），相互之間不會產(chǎn)生干擾。如果采用同一制式但各自使用的頻段不同，比如均采用LTE 技術(shù)，一條線使用1785～1795MHz，另一條線使用1795～1805MHz，也不會相互干擾，故無線通信需考慮同頻干擾的問題。如果遇到兩條線的通信制式相同且頻率相同，試車線空間狹窄、細(xì)長，天線發(fā)射角調(diào)整范圍受限，如采用天線進(jìn)行無線通信很難避免同頻干擾。故可選用漏纜作為無線傳輸介質(zhì)，通過調(diào)整開口方向、加密RRU 布點、調(diào)整RRU 的功率和控制信號輻射強(qiáng)度來降低同頻干擾。也可選用波導(dǎo)管，分別安裝在試車線兩側(cè)避免相互干擾。如果遇到三條線以上共用試車線，且通信制式和使用頻率均相同，可以在試車時斷掉其余線路試車線的DCS 機(jī)柜電源來避免同頻干擾[3]。

5 試車線控制權(quán)轉(zhuǎn)換設(shè)計

試車線平時納入車輛段聯(lián)鎖控制范圍，當(dāng)需要試車時，試車負(fù)責(zé)人會在試車線控制室向車輛段值班員發(fā)送試車請求，車輛段值班員確認(rèn)試車條件滿足后，通過ATS 終端辦理聯(lián)鎖，包括列車處于規(guī)定區(qū)段且其他聯(lián)鎖區(qū)段空閑、試車線上所有調(diào)車信號機(jī)開放允許信號、道岔鎖于開向試車線的位置，聯(lián)鎖條件滿足后，車輛段與試車線的接口電路接通，試車線收到允許試車信號，互限的開始試車反復(fù)示繼電器均處于落下狀態(tài)，此時，按壓開始試車按鈕即可獲得試車線控制權(quán)。

試車結(jié)束后，試車線會向車輛段發(fā)取消試車請求，車輛段聯(lián)鎖檢查相關(guān)條件滿足，且經(jīng)延時后條件仍未改變，則解鎖道岔、關(guān)閉試車線信號機(jī)，車輛段值班員收回試車線控制權(quán)。

接口交換信息主要包括：試車線聯(lián)鎖發(fā)出的“請求試車”信號；車輛段聯(lián)鎖發(fā)出的“允許試車”信號；試車線聯(lián)鎖發(fā)出的“開始試車”和“結(jié)束試車”信號。

接口邏輯電路需要充分利用車輛段的“允許試車”信號以及各試車線聯(lián)鎖之間相互制約的“開始試車”信號作為控制權(quán)轉(zhuǎn)換的限制條件。只有當(dāng)車輛段“允許試車”和其他試車線無“開始試車”請求這兩個條件同時滿足時，本線“開始試車”信號才會生效[4]。

圖2 中位于車輛段信號設(shè)備室的YXSCJ（允許試車?yán)^電器）常態(tài)落下，1、2 號線試車線通過YXSCJF（允許試車復(fù)示繼電器）分別連接車輛段信號設(shè)備室YXSCJ 的不同接點，同時采集車輛段的“允許試車”信號。當(dāng)共用線路增多，YXSCJ 接點不夠時，可增加繼電器數(shù)量。在未收到車輛段“允許試車”信號時，按壓1、2 號線的SCA（開始試車按鈕）均無效，試車請求電路無法接通，SCAJ 未能吸起。只有當(dāng)車輛段聯(lián)鎖檢測到非進(jìn)路鎖閉且非進(jìn)路信號機(jī)開放時，YXSCJ 才能吸起，此時車輛段同時向1、2 號線的試車線聯(lián)鎖發(fā)送“允許試車”信號，驅(qū)動位于1、2 號線試車線信號設(shè)備室的YXSCJF 吸起，此時1、2 號線試車線ATC 均收到了“允許試車”信號，試車請求電路中的YXSCJF 接點接通。

為保證試車線控制權(quán)的唯一性，任何時候有且僅有一條線的試車線聯(lián)鎖能取得試車線控制權(quán)，可利用FSCAJ 對其余試車線聯(lián)鎖的“開始試車”進(jìn)行互限。圖2 中將2 號線試車線信號設(shè)備室的L1-FSCAJ 作為2 號線試車線聯(lián)鎖取得試車線控制權(quán)的必要條件，與設(shè)置于1 號線試車線信號設(shè)備室的SCAJ（L1）通過硬線連接，L1-FSCAJ 與SCAJ（L1）互為“非”邏輯。因L1-FSCAJ 常態(tài)吸起，當(dāng)1 號線試車負(fù)責(zé)人請求試車將SCA（L1）按下時，如果此時已經(jīng)收到了“允許試車”信號，YXSCJF（L1）則處于吸起狀態(tài)，且L2-FSCAJ 狀態(tài)為吸起時，1 號線的試車電路被接通，SCAJ（L1）吸起，從而使L1-FSCAJ 落下，之后再按壓SCA（L2）均無效，2 號線無法試車，直至1 號線結(jié)束試車。

相對應(yīng)的，2 號線要想辦理試車，YXSCJF 和L1-FSCAJ 必須為吸起狀態(tài)，此時按壓SCA（L2）按鈕，SCAJ（L2）才能吸起。同理，L2-FSCAJ 落下，1 號線不能同時試車。

無論屬于哪條試車線聯(lián)鎖的SCAJ 吸起后，在車輛段信號設(shè)備室與之對應(yīng)的FSCAJ 就會落下，此時車輛段就失去了對試車線設(shè)備的控制權(quán)，SCAJ 吸起的對應(yīng)試車線ATC 系統(tǒng)即獲得了試車線控制權(quán)。

三條線共用的試車線控制權(quán)邏輯處理電路見圖3，原理同樣是利用車輛段聯(lián)鎖的“允許試車”信號和所屬不同試車線聯(lián)鎖之間相互制約的“開始試車”信號，作為控制權(quán)轉(zhuǎn)換電路接通的條件，從而確保試車線控制權(quán)轉(zhuǎn)換的唯一性。

圖3 三條線控制權(quán)轉(zhuǎn)換電路圖

試車完畢，試車線請求“結(jié)束試車”，將SCA 斷開，SCAJ 落下，車輛段收到FSCAJ 狀態(tài)為吸起后，車輛段可辦理取消非進(jìn)路調(diào)車，車輛段聯(lián)鎖關(guān)閉試車線上非進(jìn)路調(diào)車信號機(jī)，經(jīng)延時后檢查條件仍未改變，可解鎖道岔，將試車線控制權(quán)收回，排列調(diào)車進(jìn)路，調(diào)出列車，完成試車作業(yè)。

6 結(jié)語

上文根據(jù)北京3、12 號線共用試車線工程案例的設(shè)計原理展開，提出了試車線多線共用的信號系統(tǒng)的設(shè)計方案，介紹了避免軌旁設(shè)備安裝沖突和相互干擾的辦法，分析了各試車線聯(lián)鎖與車輛段聯(lián)鎖的接口邏輯電路，不僅可用于新線借用既有試車線作為開通前信號系統(tǒng)列車調(diào)試作業(yè)的項目，也可用于車輛段共址和共用建設(shè)的試車線多線共用工程。