CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)在海外高鐵項(xiàng)目的應(yīng)用探討

全宏宇

(中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，武漢 430063)

中國高速鐵路列控系統(tǒng)經(jīng)過近十幾年來的快速發(fā)展，逐步構(gòu)建了成熟完備的列控系統(tǒng)技術(shù)體系。

CTCS-3 級(jí)列控系統(tǒng)滿足最高運(yùn)行速度350 km/h、追蹤間隔3 min 的運(yùn)行需求，保證了列車運(yùn)行安全，提高了列車運(yùn)行效率。CTCS-3 級(jí)列控系統(tǒng)基于GSM-R 無線通信實(shí)現(xiàn)車地信息雙向傳輸，無線閉塞中心（RBC）生成行車許可，軌道電路實(shí)現(xiàn)列車占用檢查，應(yīng)答器實(shí)現(xiàn)列車定位，同時(shí)以CTCS-2 級(jí)列車運(yùn)行控制系統(tǒng)為后備系統(tǒng)[1]。CTCS-3 級(jí)列控系統(tǒng)及接口示意如圖1 所示。

圖1 CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)及接口Fig.1 CTCS-3 train control system and interfaces

隨著中國鐵路“走出去”和“一帶一路”倡議的不斷推進(jìn)，中國企業(yè)積極參與海外高速鐵路建設(shè)項(xiàng)目，為CTCS-3 級(jí)列控系統(tǒng)“走出去”提供了機(jī)遇。由于海外高速鐵路項(xiàng)目與國內(nèi)項(xiàng)目存在一定的差異，因此有必要對(duì)CTCS-3 級(jí)列控系統(tǒng)在海外高鐵項(xiàng)目的應(yīng)用進(jìn)行探討。首先分析CTCS-3 級(jí)列控系統(tǒng)在海外項(xiàng)目的應(yīng)用場(chǎng)景，然后對(duì)CTCS-3 級(jí)列控系統(tǒng)海外項(xiàng)目應(yīng)用的相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的符合性進(jìn)行分析，最后提出CTCS-3 級(jí)列控系統(tǒng)海外應(yīng)用的技術(shù)方案優(yōu)化建議。

1 CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)在海外項(xiàng)目的應(yīng)用場(chǎng)景

1.1 海外鐵路項(xiàng)目類型及特點(diǎn)

按鐵路建設(shè)項(xiàng)目性質(zhì)分類，海外高鐵項(xiàng)目可以分為獨(dú)立新建線、新建線與既有線接軌、既有線改造3 種情形。其中獨(dú)立新建線路項(xiàng)目較少，以新建線路與既有線路接軌和既有線改造項(xiàng)目為主。當(dāng)CTCS-3 級(jí)列控系統(tǒng)運(yùn)用于海外高鐵項(xiàng)目時(shí)，則存在以下應(yīng)用場(chǎng)景。

1）對(duì)于獨(dú)立新建線，當(dāng)新建線路采用CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)，可以不考慮與既有線路當(dāng)?shù)亓锌叵到y(tǒng)的互聯(lián)互通問題。

2）對(duì)于新建線與既有線接軌，當(dāng)新建線采用CTCS-3 級(jí)列控系統(tǒng)，需考慮新建線CTCS-3 級(jí)列控系統(tǒng)與既有線的列控系統(tǒng)的互聯(lián)互通問題。

3）對(duì)于既有線改造，當(dāng)采用CTCS-3 級(jí)列控系統(tǒng)，需考慮既有列控系統(tǒng)替換為CTCS-3 級(jí)列控系統(tǒng)的過渡方案。在既有線改造過程中，存在兩種列控系統(tǒng)同時(shí)存在的情形，需要減少兩種列控系統(tǒng)設(shè)備之間的空間沖突、互相干擾等。

與國內(nèi)高鐵項(xiàng)目相比，海外高鐵項(xiàng)目一般具有速度等級(jí)相對(duì)較低、行車密度較小、運(yùn)營維護(hù)人員配置較少的特點(diǎn)。

1.2 CTCS-3列控系統(tǒng)應(yīng)用速度等級(jí)選取

根據(jù)《鐵路信號(hào)設(shè)計(jì)規(guī)范》，國內(nèi)項(xiàng)目運(yùn)營速度250 km/h 以上采用CTCS-3 級(jí)列控系統(tǒng)，運(yùn)營速度250 km/h 一般采用CTCS-2 級(jí)列控系統(tǒng)，也可以采用CTCS-3 級(jí)列控系統(tǒng)[2]。

由于基于無線傳輸行車許可的列控系統(tǒng)比基于軌道電路和應(yīng)答器傳輸行車許可的列控系統(tǒng)軌旁設(shè)備少，因此當(dāng)CTCS-3 級(jí)列控系統(tǒng)在海外項(xiàng)目應(yīng)用時(shí)，可以根據(jù)海外項(xiàng)目的特點(diǎn)適當(dāng)擴(kuò)大其應(yīng)用范圍：運(yùn)營速度200 km/h 及以上一般推薦采用CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)；對(duì)于部分運(yùn)營速度160 km/h 鐵路，也可以采用CTCS-3 級(jí)列控系統(tǒng)。

2 CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)符合性分析

CTCS-3 級(jí)列控系統(tǒng)在海外項(xiàng)目應(yīng)用，首先要解決的是技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的符合性問題，下面從設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)兩個(gè)部分分別進(jìn)行分析[3]。

2.1 設(shè)備通用標(biāo)準(zhǔn)

列控系統(tǒng)設(shè)備通用標(biāo)準(zhǔn)可以分為環(huán)境條件、電磁兼容、RAMS、防雷接地等。海外項(xiàng)目的設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)一般為EN 和IEC 標(biāo)準(zhǔn)，如表1 所示。

表1 海外項(xiàng)目列控系統(tǒng)設(shè)備通用標(biāo)準(zhǔn)Tab.1 General standards of the equipment of train control system for overseas projects

CTCS-3 級(jí)列控系統(tǒng)設(shè)備的電磁兼容、RAMS、防雷接地標(biāo)準(zhǔn)與IEC、EN 國際標(biāo)準(zhǔn)對(duì)應(yīng)，環(huán)境條件、防雷接地標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合了國內(nèi)經(jīng)驗(yàn)，參考和引用了EN、IEC 國際標(biāo)準(zhǔn)，CTCS-3 級(jí)列控系統(tǒng)設(shè)備在設(shè)備通用標(biāo)準(zhǔn)方面與海外項(xiàng)目是接軌的。

由于海外項(xiàng)目涵蓋的范圍廣，不同地區(qū)的環(huán)境差異較大。因此，CTCS-3 級(jí)列控系統(tǒng)設(shè)備通用標(biāo)準(zhǔn)需根據(jù)通用國際標(biāo)準(zhǔn)條款以及具體的海外項(xiàng)目要求進(jìn)行差異比較和針對(duì)性調(diào)整，以提升CTCS-3 級(jí)列控系統(tǒng)設(shè)備在海外項(xiàng)目的適應(yīng)性[4]。

2.2 應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)

CTCS-3 級(jí)列控系統(tǒng)在海外項(xiàng)目應(yīng)用時(shí)，列控系統(tǒng)設(shè)備應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)需考慮與其他信號(hào)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)的匹配。

海外信號(hào)系統(tǒng)的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)一般與國內(nèi)不同，在聯(lián)鎖控制原理、信號(hào)顯示方面存在差異，其中英國、德國、美國的3 種聯(lián)鎖控制原理和信號(hào)顯示是最具有代表性的標(biāo)準(zhǔn)制式。CTCS-3 級(jí)列控系統(tǒng)在海外項(xiàng)目應(yīng)用時(shí)，應(yīng)與當(dāng)?shù)匦盘?hào)系統(tǒng)的制式兼容，滿足當(dāng)?shù)貞?yīng)用標(biāo)準(zhǔn)要求。

另外，ETCS TSI 是歐盟針對(duì)鐵路運(yùn)輸?shù)幕ヂ?lián)互通性技術(shù)規(guī)范，進(jìn)入歐盟國家的鐵路產(chǎn)品須取得 TSI 認(rèn)證。目前ETCS TSI 技術(shù)規(guī)范也得到了歐盟以外的一些地區(qū)認(rèn)可，因此CTCS-3 級(jí)列控系統(tǒng)在海外項(xiàng)目的應(yīng)用特別是歐盟地區(qū)的海外項(xiàng)目需要滿足ETCS TSI 互聯(lián)互通性技術(shù)規(guī)范，取得相應(yīng)的認(rèn)證[5]。

3 CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)針對(duì)海外項(xiàng)目應(yīng)用的技術(shù)方案優(yōu)化建議

CTCS-3 級(jí)列控系統(tǒng)在海外項(xiàng)目應(yīng)用時(shí)，可以根據(jù)海外項(xiàng)目的特點(diǎn)對(duì)技術(shù)方案進(jìn)行一定的適應(yīng)性優(yōu)化。

3.1 后備系統(tǒng)

根據(jù)CTCS-3 級(jí)列控系統(tǒng)總體技術(shù)規(guī)范要求，為滿足跨線運(yùn)行的要求，CTCS-3 級(jí)列控系統(tǒng)采用CTCS-2 作為后備系統(tǒng)，無線連接丟失后，列車制動(dòng)降速后自動(dòng)采用CTCS-2 級(jí)列控系統(tǒng)運(yùn)行。

同時(shí)，CTCS-3 級(jí)列控系統(tǒng)可以對(duì)行車許可的安全校核，CTCS-3 控制模塊將來自RBC 的行車許可長(zhǎng)度與從CTCS-2 控制模塊當(dāng)前接收到的軌道電路碼序?qū)?yīng)的軌道區(qū)段行車許可長(zhǎng)度進(jìn)行比較，取較小值作為列車當(dāng)前的行車許可。

在海外高鐵項(xiàng)目中，一般不存在裝備CTCS-2級(jí)列控系統(tǒng)車載設(shè)備的列車跨線運(yùn)行的場(chǎng)景。如果CTCS-3 級(jí)列控系統(tǒng)應(yīng)用到海外項(xiàng)目中，建議CTCS-3 級(jí)列控系統(tǒng)可以根據(jù)項(xiàng)目需求選擇是否配置CTCS-2 級(jí)后備系統(tǒng)。CTCS-3 級(jí)列控系統(tǒng)如果不配置后備系統(tǒng)，則可以在現(xiàn)有的CTCS-3 級(jí)列控系統(tǒng)基礎(chǔ)上減少車站、中繼站列控中心（TCC）設(shè)備，有源應(yīng)答器及配套軌旁電子單元（LEU）設(shè)備等，如圖2 所示，以降低工程投資。

圖2 CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)組成（不以CTCS-2級(jí)列控系統(tǒng)作為后備系統(tǒng)情形）Fig.2 Composition of CTCS-3 train control system(without CTCS-2 train control system as the backup system)

3.2 列車占用檢查

根據(jù)CTCS-3 級(jí)列控系統(tǒng)總體技術(shù)規(guī)范，CTCS-3 級(jí)列控系統(tǒng)統(tǒng)一采用軌道電路實(shí)現(xiàn)列車占用檢查方式。目前，在海外高鐵項(xiàng)目中，軌道電路或計(jì)軸設(shè)備是兩種最常用的方式。

軌道電路與計(jì)軸設(shè)備各自具備優(yōu)勢(shì)和缺點(diǎn)，下面從區(qū)段長(zhǎng)度、可靠性、可維護(hù)性等方面對(duì)軌道電路和計(jì)軸兩種設(shè)備進(jìn)行綜合比較，比較結(jié)果如表2所示。

表2 軌道電路和計(jì)軸設(shè)備比較Tab.2 Comparison between track circuit and axle counting equipment

可以看出，如果不通過軌道電路傳輸行車許可以及斷軌檢查，計(jì)軸設(shè)備具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1）區(qū)段長(zhǎng)度不受限制；

2）受洪水、軌道條件影響較?。?/p>

3）軌旁設(shè)備少，能源消耗小，成本較軌道電路低。

4）同時(shí)，在既有改造中對(duì)既有設(shè)備的沖突和干擾較小。

因此，在海外高鐵項(xiàng)目中，當(dāng)CTCS-3 級(jí)列控系統(tǒng)不以CTCS-2 級(jí)列控系統(tǒng)為后備時(shí)，建議CTCS-3 級(jí)列控系統(tǒng)將計(jì)軸設(shè)備作為列車占用檢查可選方式之一。

3.3 設(shè)備集中設(shè)置于室內(nèi)與軌旁分散安裝方式

根據(jù)目前國內(nèi)的CTCS-3 級(jí)列控系統(tǒng)設(shè)備特點(diǎn)，CTCS-3 級(jí)列控系統(tǒng)設(shè)備機(jī)柜一般集中設(shè)置于室內(nèi)，室內(nèi)設(shè)備與軌旁設(shè)備均通過電纜進(jìn)行連接，室內(nèi)設(shè)備與室外設(shè)備接口以繼電器居多[6]。設(shè)備集中放置于室內(nèi)，使得設(shè)備具有較好的工作環(huán)境，同時(shí)方便集中維護(hù)管理。

在海外高鐵項(xiàng)目中，一般在軌旁控制對(duì)象的區(qū)域集中設(shè)置軌旁控制箱，軌旁控制箱與室內(nèi)機(jī)房采用光纖網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信。列控系統(tǒng)設(shè)備支持設(shè)備分布于軌旁的安裝方式，且以全電子接口代替繼電接口，大大減少了設(shè)備房屋空間，減少電纜使用量。一方面為施工提供了便利，另一方面降低了工程投資成本。

因此建議CTCS-3 級(jí)列控系統(tǒng)及信號(hào)設(shè)備在現(xiàn)有室內(nèi)集中為主的基礎(chǔ)上，增加設(shè)備分散于軌旁安裝方式，以適應(yīng)海外項(xiàng)目的應(yīng)用多樣性的要求，如圖3 所示。

圖3 列控系統(tǒng)設(shè)備集中安裝于室內(nèi)和分散安裝于軌旁兩種方式Fig.3 Diagrams of two methods of installation of the equipment of the train control system:indoor centralized installation and trackside decentralized installation

4 結(jié)論

隨著中國企業(yè)參與的海外高鐵項(xiàng)目越來越多，為了實(shí)現(xiàn)CTCS-3 級(jí)列控系統(tǒng)應(yīng)用到海外鐵路項(xiàng)目，根據(jù)海外項(xiàng)目的特點(diǎn)和需求，分析了CTCS-3 級(jí)列控系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的適應(yīng)性，探討了技術(shù)方案優(yōu)化建議，以將中國制造和中國標(biāo)準(zhǔn)輸出到海外鐵路項(xiàng)目。針對(duì)海外項(xiàng)目，CTCS-3 級(jí)列控系統(tǒng)應(yīng)用可以考慮。

1）CTCS-3 級(jí)列控系統(tǒng)設(shè)備通用標(biāo)準(zhǔn)需根據(jù)通用國際標(biāo)準(zhǔn)條款以及具體的海外項(xiàng)目要求進(jìn)行差異比較和針對(duì)調(diào)整，以提升CTCS-3 級(jí)列控系統(tǒng)設(shè)備在海外項(xiàng)目的適應(yīng)性。

2）CTCS-3 級(jí)列控系統(tǒng)設(shè)備應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)需考慮與當(dāng)?shù)氐男盘?hào)標(biāo)準(zhǔn)制式的兼容，以及部分項(xiàng)目需要進(jìn)行ETCS TSI 認(rèn)證。

3）CTCS-3 級(jí)列控系統(tǒng)可以根據(jù)項(xiàng)目需求選擇是否配置CTCS-2 級(jí)后備系統(tǒng)。

4）CTCS-3 級(jí)列控系統(tǒng)可以將計(jì)軸設(shè)備作為列車占用檢查可選方式之一。

5）CTCS-3 級(jí)列控系統(tǒng)及信號(hào)設(shè)備可以增加設(shè)備分散于軌旁安裝方式。