匈塞鐵路計算機聯(lián)鎖保護進路研究

張志宇，王克強，邢月霜，劉 迪

(1.中國鐵道科學(xué)研究院集團有限公司 通信信號研究所，北京 100081；2.中國鐵道科學(xué)研究院集團有限公司 北京華鐵信息技術(shù)有限公司，北京 100081；3.中鐵電氣化局集團有限公司 設(shè)計研究院，北京 100036；4.中國鐵路哈爾濱局集團有限公司 海拉爾電務(wù)段，內(nèi)蒙古 呼倫貝爾 021000)

匈塞鐵路(匈牙利布達佩斯—塞爾維亞貝爾格萊德)作為我國走向歐洲的第一條高速鐵路，對于推動我國高速鐵路走向世界具有里程碑式的意義[1-2]。信號產(chǎn)品是高速鐵路的大腦，保障列車安全運行，有助于提高列車運行效率，而計算機聯(lián)鎖(CBI)是信號系統(tǒng)產(chǎn)品中保證列車在車站安全運行的重要技術(shù)手段[3-4]。通過研究歐洲標(biāo)準(zhǔn)和探索匈牙利當(dāng)?shù)丶夹g(shù)規(guī)范發(fā)現(xiàn)，同樣是保證安全，我國計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)和歐洲計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)在技術(shù)上具有一定的差異[5-6]。分析并吸收這些差異是我國計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)適應(yīng)并進入歐洲市場的關(guān)鍵[7]，以匈牙利計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)保護進路技術(shù)原則為例，重點研究匈牙利計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)保護進路的特點。

1 保護進路設(shè)計

在匈牙利，鐵路計算機聯(lián)鎖中沒有照查繼電器的概念，無法通過照查繼電器控制敵對進路的建立。保護進路可以征用另一咽喉的無岔區(qū)段和道岔區(qū)段等作為本進路的一部分，成為防止另一咽喉建立敵對進路的一種方式。車站的地形坡度較大，同時列車的制動距離較長，保護進路的設(shè)計則可以防止列車由于不能停穩(wěn)而可能發(fā)生的掉道危險，此設(shè)計理念已成為當(dāng)?shù)氐囊环N標(biāo)準(zhǔn)。匈牙利鐵路車站保護進路設(shè)計如圖1 所示。每條列車進路可以設(shè)計多條保護進路，保護進路被設(shè)置以后，保護區(qū)段上就無法再辦理敵對進路。

圖1 匈牙利鐵路車站保護進路設(shè)計Fig.1 Protection route design of Hungary-Serbia Railway station

在匈牙利，出站信號機和調(diào)車信號機通常設(shè)置在線路行進方向的右側(cè)。進路S->S1 的保護進路設(shè)計如表1所示。表1中，GS 表示在能見度良好情況下保護進路的區(qū)段；SS表示在能見度有限情況下保護進路的區(qū)段；√表示保護進路包含此區(qū)段。由表1可知，此進路共有3 條保護進路，能見度良好情況下的1條保護進路由1 個區(qū)段組成，能見度不好情況下2條保護進路分別由3 個區(qū)段組成。根據(jù)長度要求，保護進路也可能由更多區(qū)段組成。

表1 進路S-＞S1的保護進路設(shè)計Tab.1 Protection route design of S->S1

根據(jù)聯(lián)鎖表的設(shè)計可以得到保護進路需求，進路S->S1 的保護進路需求如表2 所示?；颈Ｗo進路0由道岔9所在區(qū)段組成；能見度有限保護進路1由道岔9、道岔7、道岔1所在區(qū)段組成；能見度有限保護進路2 由道岔9、道岔7、道岔5 所在區(qū)段組成。

表2 進路S-＞S1的保護進路需求Tab.2 Protection route requirements of S->S1

2 保護進路技術(shù)原則

2.1 保護進路設(shè)置原則

如果在進路終端信號機顯示紅燈或者調(diào)車禁止燈光時列車或車列發(fā)生冒進，則有可能產(chǎn)生危險，聯(lián)鎖設(shè)備應(yīng)該通過考慮設(shè)置保護進路的方法來防止這種情況引發(fā)事故?？紤]保護進路是行車安全的重要部分，每一條列車接車進路都應(yīng)設(shè)置保護進路。保護進路的長度能否滿足行車安全則是設(shè)置的關(guān)鍵，如果保護進路長度或其它條件不滿足要求，則主進路始端信號不允許開放。

（1）列車保護進路設(shè)置原則。根據(jù)匈牙利國家鐵路公司(MáV)在《計算機聯(lián)鎖車站設(shè)備技術(shù)條件》中的規(guī)定：①通常情況下，如果進路內(nèi)沒有超過10‰的下坡道，保護進路長度為50 m；②如果進路內(nèi)有超過10‰的下坡道，保護進路長度為300 m；③在雨雪天氣等瞭望距離有限的情況下，保護進路長度為300 m，已設(shè)置為50 m 的應(yīng)能夠調(diào)整為300 m。

（2）調(diào)車保護進路設(shè)置原則。根據(jù)MáV 在《計算機聯(lián)鎖車站設(shè)備技術(shù)條件》中的規(guī)定：①如果調(diào)車進路長度小于300 m，則保護進路長度為50 m；②如果調(diào)車進路長度大于300 m 且進路內(nèi)下坡道不大于2.5‰，則不設(shè)保護進路；③如果調(diào)車進路長度小于500 m 且進路內(nèi)下坡道不小于2.5‰，則保護進路長度為100 m；④如果調(diào)車進路長度大于500 m，則不設(shè)保護進路。上述可以不設(shè)保護進路的情況，在相關(guān)部門有特殊要求時亦可設(shè)置50 m保護進路。

2.2 保護進路分類

根據(jù)建立的保護進路上是否有道岔，以及道岔是順向道岔還是逆向道岔，可以將保護進路分為以下3種。

（1）保護進路區(qū)段無道岔。當(dāng)主進路的保護進路建立在無岔區(qū)段時，一條進路的保護進路通常只有2 條，一條為50 m，一條為300 m。進路建立時保護進路區(qū)段只檢查占用情況，空閑時檢查通過，占用時檢查失敗。保護進路建立在無岔區(qū)段如圖2 所示。主進路SF->S2 為接車進路，WCG 為主進路SF->S2的保護進路區(qū)段，進路從建立到解鎖的整個時間段內(nèi)都需要保持WCG空閑。

圖2 保護進路建立在無岔區(qū)段Fig.2 Protection route established in the forkless section

（2）保護進路區(qū)段有逆向道岔。當(dāng)主進路的保護進路建立在有逆向道岔區(qū)段時，一條進路的保護進路通常也只有2 條，一條為50 m，一條為300 m。進路建立時保護進路區(qū)段不僅需要檢查區(qū)段占用情況，還需要檢查道岔的位置以及占用鎖閉情況，有一項不滿足條件，則會導(dǎo)致進路建立失敗。保護進路建立在逆向道岔區(qū)段如圖3 所示。主進路XF->X3 為接車進路，6DG為主進路XF->X3的保護進路，進路從建立到解鎖整個時間段內(nèi)都需要保持6DG 空閑且6 號道岔一直鎖閉在反位，同時不能處在封鎖狀態(tài)。

圖3 保護進路建立在逆向道岔區(qū)段Fig.3 Protection route established in the reverse turnout section

（3）保護進路區(qū)段有順向道岔。當(dāng)主進路的保護進路建立在有順向道岔區(qū)段時，一條進路的保護進路可能會有多條。進路建立時保護進路區(qū)段不僅需要檢查區(qū)段占用情況，還需要檢查道岔的位置以及占用鎖閉情況，有一項不滿足條件，則導(dǎo)致進路建立失敗。保護進路建立在順向道岔區(qū)段如圖4 所示。主進路S->S3 的保護進路由于3 號道岔的位置不同而不同，當(dāng)3號道岔在定位時，保護進路為1，當(dāng)3號道岔在反位時，保護進路為2。

圖4 保護進路建立在順向道岔區(qū)段Fig.4 Protection route established in the forward turnout section

在實際的軟件實現(xiàn)中，保護進路都是以閉塞分區(qū)為基本單位建立的。當(dāng)一個閉塞分區(qū)長度大于或者等于保護進路要求的長度時，保護進路由一個閉塞分區(qū)構(gòu)成；當(dāng)一個閉塞分區(qū)長度小于保護進路要求的長度時，保護進路則由多個閉塞分區(qū)構(gòu)成，且多個閉塞分區(qū)的長度之和大于或者等于保護進路的長度。

在圖4中，主進路建立的保護進路，當(dāng)5DG長度大于或者等于300 m 時，保護進路由5DG 構(gòu)成。如果5DG 長度小于300 m，大于50 m，且5DG 與3DG 的長度之和大于或等于300 m，則保護進路由5DG 與3DG 共同構(gòu)成。此時主進路有3 條保護進路，1 條50 m，2 條300 m，且2 條300 m 的保護進路分別經(jīng)過3號道岔的定位和反位。如果5DG長度小于50 m，且5DG 與3DG 長度之和大于或者等于300 m，則主進路的保護進路由5DG與3DG共同構(gòu)成。如果5DG 長度小于50 m，且5DG 與3DG 長度之和小于300 m，此時主進路有4條保護進路，2條50 m，2 條300 m，都通過3 號道岔的定位或反位建立。

2.3 保護進路調(diào)整

根據(jù)保護進路設(shè)置原則，保護進路有不同的長度，且同一條進路通常都有多條保護進路，其保護進路在一定條件之下是可以相互切換的。

（1）調(diào)車保護進路的調(diào)整。根據(jù)保護進路設(shè)置原則，調(diào)車進路可以不設(shè)保護進路，或者設(shè)置50 m的保護進路，一般不設(shè)置300 m 的保護進路。對于一些不設(shè)保護進路的調(diào)車進路，在相關(guān)部門的特殊要求下亦可設(shè)置50 m保護進路。100 m的保護進路情況較少，為了便于管理和實現(xiàn)，在實際中通常都用300 m代替。

（2）列車保護進路的調(diào)整。列車進路通常有50 m 保護進路和300 m 保護進路2 種類型，每一種保護進路又可能有多條，這些保護進路在一定的條件之下應(yīng)可以相互調(diào)整。50 m保護進路在通常情況下是不需要調(diào)整為300 m 的，但是在雨雪天氣等瞭望距離有限的情況下可以調(diào)整為300 m。當(dāng)天氣好轉(zhuǎn)后，后續(xù)進路的保護進路可以繼續(xù)調(diào)整為50 m，但已經(jīng)設(shè)置為300 m 的保護進路則不允許調(diào)整。

同一主進路的2 條300 m 保護進路之間也可以相互調(diào)整，如圖4所示，主進路的保護進路如果在3號道岔反位方向，則有可能會影響X 方向口的列車接發(fā)車進路。此時可以選擇3 號道岔在定位方向的保護進路，可以提高X 方向口的運行效率。50 m 保護進路之間的調(diào)整同300 m保護進路。

3 保護進路建立

3.1 保護進路建立過程

匈牙利鐵路計算機聯(lián)鎖中一條完整的接車進路由主進路和保護進路2 個部分共同組成。接車信號開放前，除了需要檢查主進路上的信號機狀態(tài)、道岔狀態(tài)、區(qū)段狀態(tài)、敵對進路等信息外，還需要檢查保護進路區(qū)域內(nèi)的道岔狀態(tài)、區(qū)段狀態(tài)和敵對進路等信息。保護進路是隨著主進路的確選和鎖閉后開始建立的，保護進路的建立過程可以分為選路和鎖閉2 個階段。首先將道岔操作到規(guī)定位置，然后檢查所有保護區(qū)段空閑后，保護進路轉(zhuǎn)入正常鎖閉狀態(tài)；保護進路檢查正常的狀態(tài)信息送達到始端信號后，接車信號開放。當(dāng)保護進路上的道岔失表示、區(qū)段故障、或封鎖保護進路上的道岔時，接車進路始端信號機不能開放允許信號或已經(jīng)開放允許信號的始端信號機需要立即切換到禁止燈光。保護進路建立過程如圖5所示。

圖5 保護進路建立過程Fig.5 Protection route establishment

3.2 保護進路功能原理

當(dāng)一條主進路與另一條主進路的保護進路有重疊時，此2 條主進路敵對。保護進路與主進路敵對如圖6 所示。先排列主進路XF->X3，其保護進路所在區(qū)段為6DG，則S 與X1 之間的進路由于與XF->X3 的保護進路敵對而無法建立。反之，如果先建立S與X1之間的進路，則XF->X3由于保護進路與S與X1之間的進路敵對而無法建立。

圖6 保護進路與主進路敵對Fig.6 Protection route antagonistic to the main approach

當(dāng)向同一區(qū)段接車的2 條接車進路保護區(qū)段有重疊時，保護進路敵對。保護進路對向重疊敵對如圖7 所示。先排列B->V1 進路，再排列A->K1 進路時，2 條進路由于保護進路的重疊敵對而無法同時建立。

圖7 保護進路對向重疊敵對Fig.7 Protection route overlapping in the antagonistic direction

當(dāng)2 條同向進路的保護進路有重疊時，此2 條進路敵對。保護進路同向重疊敵對如圖8 所示。SK->X3 進路與S->X1 進路的保護進路有重疊，先建立進路SK->X3 時，6 號道岔被鎖到反位。再建立進路S->X1時，需要將6號道岔鎖閉在定位。則2條進路由于保護進路重疊敵對而不能同時建立。

圖8 保護進路同向重疊敵對Fig.8 Protection route overlapping in the same direction

當(dāng)2 條調(diào)車進路同時向同一區(qū)段調(diào)車時，如果2 條調(diào)車進路終端距離不小于300 m，調(diào)車進路不敵對，當(dāng)2 條調(diào)車進路終端距離小于300 m，且調(diào)車進路內(nèi)下坡道大于2.5‰時，進路敵對。調(diào)車進路保護進路敵對如圖9所示。進路D1->D3與D2->D4 同時向WCG 調(diào)車，當(dāng)WCG 長度小于300 m 且下坡道大于2.5‰時，此2條主進路由于保護進路敵對而不能同時建立。

圖9 調(diào)車進路保護進路敵對Fig.9 Protection route of shunting into antagonism

3.3 保護進路與主進路關(guān)系

當(dāng)保護進路有多條時，值班員排列進路時需要確定選擇哪條保護進路。鐵路計算機聯(lián)鎖收到來自人機界面(MMI)或調(diào)度集中系統(tǒng)(CTC)的排列進路消息以后，先檢查主進路上的基本聯(lián)鎖條件是否滿足，再檢查保護進路上的聯(lián)鎖關(guān)系，都滿足時先鎖閉主進路，再鎖閉保護進路，以避免主進路因故無法鎖閉時，出現(xiàn)單獨鎖閉保護進路的情況[8]。主進路鎖閉以后，始端信號機不能立即開放允許信號，需要檢查保護進路聯(lián)鎖條件滿足且已經(jīng)鎖閉，才能開放允許信號。如果主進路鎖閉以后保護進路無法鎖閉時，始端信號機不能開放允許信號。此時需要人工操作，解鎖主進路。帶保護進路的進路建立流程如圖10所示。

圖10 帶保護進路的進路建立流程Fig.10 Establishment process with protection route

4 保護進路解鎖

保護進路的解鎖基本原則是：主進路解鎖后，保護進路才能解鎖[9]。通常情況下列車進入股道后，保護進路隨著主進路解鎖而觸發(fā)解鎖計時機制，計時結(jié)束后自動解鎖。保護進路還可以隨著主進路的人工取消解鎖[10]、人工延時解鎖[11]、區(qū)段故障解鎖、折返解鎖[12]等方式解鎖。部分聯(lián)鎖系統(tǒng)還設(shè)置有保護進路人工解鎖功能，如列車全部進入股道且確認(rèn)停穩(wěn)后，在保護進路解鎖延時期內(nèi)，操作人員可以提前人工解鎖保護進路。

（1）人工取消解鎖。當(dāng)一條主進路建立，保護進路隨著主進路一起建立，在主進路沒有接近鎖閉時，辦理取消進路操作，主進路始端信號機切換到禁止燈光，保護進路隨著主進路的解鎖一起解鎖。

（2）人工延時解鎖。當(dāng)主進路和保護進路建立以后，主進路接近區(qū)段有車占用或故障占用時，需要人工延時解鎖才能取消主進路和保護進路，辦理人工延時解鎖手續(xù)后，主進路始端信號機切換到禁止燈光，觸發(fā)解鎖計時器開始計時，計時結(jié)束以后保護進路隨著主進路一起解鎖。

（3）觸發(fā)解鎖區(qū)段解鎖。當(dāng)主進路和保護進路建立以后，主進路始端信號機亮允許燈，列車順序進入進路，信號機切換到禁止燈。隨著列車的前進，主進路區(qū)段全部順序解鎖，當(dāng)列車進入股道后，觸發(fā)解鎖計時器開始計時，計時結(jié)束后保護進路一次性全部解鎖。

（4）區(qū)段故障解鎖。當(dāng)列車在股道沒有停穩(wěn)，闖入保護進路中，則保護進路解鎖計時器停止計時。待列車退回股道后，需要辦理保護進路人工解鎖，重新啟動計時，待計時結(jié)束后保護進路解鎖。

（5）股道折返出清解鎖。主進路和保護進路建立以后，列車順序進入股道，觸發(fā)解鎖計時器開始計時，此時辦理反方向折返進路[13]，如果在解鎖計時時間內(nèi)列車根據(jù)折返進路信號運行并出清股道，股道出清后原保護進路全部解鎖。

上述情況之外，在已辦理接車進路的情況下，繼續(xù)辦理發(fā)車進路，接車進路的保護進路被該股道同方向的發(fā)車進路完全覆蓋。當(dāng)列車順序通過發(fā)車進路后，保護進路隨著發(fā)車進路解鎖而分段解鎖。

5 結(jié)束語

以“一帶一路”倡議為契機，結(jié)合匈塞鐵路項目，以國內(nèi)計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為支撐，在研究歐洲計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，將保護進路作為突破點，研究2 種不同標(biāo)準(zhǔn)的細(xì)節(jié)差異。通過對保護進路的研究，詳細(xì)說明保護進路的建立過程、設(shè)計邏輯、敵對情況、解鎖方式等。我國計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)經(jīng)過適應(yīng)性開發(fā)后完全可以滿足歐洲標(biāo)準(zhǔn)，能夠滿足行車安全的要求。通過研究匈塞鐵路計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)保護進路，為滿足匈牙利需求的計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)開發(fā)工作提供技術(shù)支持，有利于加快推進匈塞鐵路項目進程[14-15]。