匈塞鐵路塞爾維亞境內(nèi)信號系統(tǒng)技術(shù)方案研究

陳立華

(1．北京全路通信信號研究設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，北京 100070；2．北京市高速鐵路運(yùn)行控制系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心，北京 100070)

匈塞鐵路是國家“一帶一路”倡議下的跨境基礎(chǔ)設(shè)施工程，作為中東歐合作的標(biāo)志性項(xiàng)目，是中國高鐵進(jìn)入歐洲的第一單，是中國高鐵技術(shù)和裝備“走出去”的重要組成部分。匈塞鐵路起自匈牙利布達(dá)佩斯，終到塞爾維亞貝爾格萊德，線路全長約350 km，屬歐洲大通道10 號通道，其中匈牙利境內(nèi)166 km，塞爾維亞境內(nèi)184 km，共約43 個(gè)車站。除塞爾維亞境內(nèi)70 km 區(qū)段為雙線外，其余均為單線，全線為電化區(qū)段。匈塞鐵路項(xiàng)目全線增建二線，最高運(yùn)營速度200 km/h，滿足客貨混運(yùn)、裝備ETCS-2 車載設(shè)備的動(dòng)車組和裝備Induzi 車載設(shè)備的列車互聯(lián)互通運(yùn)行的要求。

本文主要針對中國高鐵技術(shù)和裝備根據(jù)塞爾維亞需求，進(jìn)行技術(shù)差異分析，提出系統(tǒng)解決方案和裝備適應(yīng)性修改方案。

1 總體技術(shù)方案研究

根據(jù)塞爾維亞鐵路總體需求，本工程采用在既有塞爾維亞國家系統(tǒng)的基礎(chǔ)上疊加ETCS 2 列車控制系統(tǒng)。全線裝備CTC、無線閉塞（RBC）、計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖（CBI）、臨時(shí)限速服務(wù)器（TSRS）、計(jì)軸、信號集中監(jiān)測、電源、道岔融雪等設(shè)備，其中互聯(lián)互通的RBC、應(yīng)答器設(shè)備需要取得TSI 認(rèn)證，計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖、計(jì)軸、列控設(shè)備（RBC、TSRS、應(yīng)答器）安全等級滿足SIL4 級。滿足正方向自動(dòng)閉塞追蹤運(yùn)行，反方向自動(dòng)閉塞或自動(dòng)站間閉塞運(yùn)行的要求。

匈塞鐵路信號系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

2 與塞爾維亞國家系統(tǒng)結(jié)合方案研究

塞爾維亞國家系統(tǒng)是在聯(lián)鎖設(shè)備基礎(chǔ)上疊加自動(dòng)停車系統(tǒng)，自動(dòng)停車Induzi I-60 系統(tǒng)由地面設(shè)備和車載設(shè)備構(gòu)成。車載設(shè)備發(fā)送500/1 000/2 000 Hz 載頻信息，地面信號機(jī)處設(shè)置軌旁應(yīng)答器，聯(lián)鎖設(shè)備根據(jù)信號顯示控制應(yīng)答器發(fā)送相應(yīng)的震蕩電路頻率，當(dāng)該頻率與機(jī)車上的震蕩電路產(chǎn)生諧振時(shí)，觸發(fā)自動(dòng)停車系統(tǒng)的控制命令，按照既定規(guī)則控制列車的運(yùn)行。

載頻信息含義如下：

1）500 Hz：瞬間測速；

2）1 000 Hz：檢查司機(jī)是否注意到該信號準(zhǔn)備停車或在該信號機(jī)顯示有限速的情況下，運(yùn)行一定時(shí)間后檢查車速；

3）2 000 Hz：緊急停車，通過一個(gè)顯示“禁止信號”的信號機(jī)。

Induzi 車載設(shè)備制動(dòng)曲線如圖2 所示。

當(dāng)列車通過具有預(yù)告作用的預(yù)告信號機(jī)或主信號機(jī)時(shí)，預(yù)告下一架信號機(jī)前停車或預(yù)期速度低于90 km/h，列車收到1 000 Hz 的頻率信息時(shí)，司機(jī)必須在4 s 內(nèi)按下警惕按鈕，用于確認(rèn)已經(jīng)識別出限速信號并啟動(dòng)制動(dòng)，如果未確認(rèn)，將發(fā)出聲音警告并觸發(fā)緊急制動(dòng)。如果后續(xù)主信號指示停車或速度低于40 km/h，則地面發(fā)送500 Hz 載頻信息，列車將觸發(fā)相應(yīng)的速度控制曲線，控制列車安全運(yùn)行。

圖2 Induzi系統(tǒng)制動(dòng)曲線示意圖Fig.2 Schematic diagram of braking curve of Induzi system

為了兼顧塞爾維亞國家系統(tǒng)和ETCS 2 級列控系統(tǒng)，本工程在站內(nèi)、區(qū)間主信號機(jī)設(shè)置（1 000/2 000 Hz）應(yīng)答器，部分主信號機(jī)同時(shí)設(shè)置 500 Hz 應(yīng)答器。針對每一架主信號機(jī)，計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖設(shè)備根據(jù)信號機(jī)顯示狀態(tài)及進(jìn)路速度的條件，分別驅(qū)動(dòng)1 000/2 000 Hz 或500 Hz 繼電器，并回采該繼電器狀態(tài)信息，考慮到在Induzi 控制繼電器發(fā)生斷線等故障時(shí)不影響裝配ETCS 2 級車載設(shè)備的列車運(yùn)行，驅(qū)采不一致時(shí)，僅給出報(bào)警信息不納入信號機(jī)的控制。聯(lián)鎖與自動(dòng)停車系統(tǒng)結(jié)合方案如圖3 所示。

圖3 Induzi系統(tǒng)與聯(lián)鎖設(shè)備結(jié)合示意圖Fig.3 Schematic diagram for the combination of Induzi system and interlocking equipment

3 聯(lián)鎖系統(tǒng)方案研究

根據(jù)塞爾維亞用戶的需求，本工程采用DS6-60 型硬件安全冗余結(jié)構(gòu)（2×2 取2）的計(jì)算機(jī)全電子聯(lián)鎖設(shè)備，聯(lián)鎖系統(tǒng)具備車站、區(qū)間的控制功能。站內(nèi)采用集中控制方案，區(qū)間采用軌旁目標(biāo)控制器的方案。

3.1 聯(lián)鎖功能及結(jié)構(gòu)

聯(lián)鎖設(shè)備通過計(jì)算機(jī)對車站作業(yè)人員的操作命令及現(xiàn)場表示的信息進(jìn)行邏輯計(jì)算，控制相應(yīng)信號機(jī)及道岔動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)對車站列車、調(diào)車進(jìn)路的安全控制。設(shè)備采用操作表示、邏輯處理、目標(biāo)控制3層獨(dú)立單元模塊的系統(tǒng)構(gòu)架，模塊間通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接。

聯(lián)鎖設(shè)備與無線閉塞中心RBC 通過數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行接口，根據(jù)進(jìn)路信息、軌道占用信息向RBC 發(fā)送列車進(jìn)路信息、緊急狀態(tài)等信息。

聯(lián)鎖設(shè)備接收計(jì)軸設(shè)備的區(qū)段狀態(tài)、以及車站聯(lián)鎖的進(jìn)路等信息，實(shí)現(xiàn)區(qū)間閉塞、區(qū)間信號機(jī)的顯示、方向的控制。聯(lián)鎖設(shè)備結(jié)構(gòu)示意如圖4 所示。

圖4 聯(lián)鎖設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖Fig.4 Schematic diagram for the structure of interlocking equipment

3.2 特殊聯(lián)鎖功能需求分析

針對塞爾維亞用戶需求分析，聯(lián)鎖特殊功能可以歸納為以下幾個(gè)方面。

1) 列車進(jìn)路設(shè)置保護(hù)區(qū)段

列車進(jìn)路辦理需要檢查進(jìn)路的側(cè)沖防護(hù)條件和保護(hù)區(qū)段的側(cè)沖防護(hù)條件。

2) 列車進(jìn)路的建立增加調(diào)車信號機(jī)開放條件

列車進(jìn)路的建立時(shí)，需要帶亮該進(jìn)路中調(diào)車信號機(jī)，被帶亮的調(diào)車、軌道邊界信號機(jī)不能點(diǎn)亮允許信號時(shí)，進(jìn)路內(nèi)所有信號機(jī)都不得開放允許信號。

3) 區(qū)間信號機(jī)具備緊急關(guān)閉和恢復(fù)功能

本站聯(lián)鎖系統(tǒng)界面需顯示區(qū)間所有接車方向的信號機(jī)及其防護(hù)的區(qū)段，并能對所顯示的信號機(jī)進(jìn)行緊急關(guān)閉和恢復(fù)的操作。

4) 信號機(jī)具備晝間和夜間模式轉(zhuǎn)換功能

聯(lián)鎖系統(tǒng)界面設(shè)置信號機(jī)晝間、夜間模式調(diào)整按鈕，車站值班員通過操作實(shí)現(xiàn)晝間、夜間信號機(jī)亮度調(diào)整的功能。

3.3 區(qū)間軌旁分散控制方案

區(qū)間每個(gè)閉塞信號點(diǎn)（含4 架閉塞分區(qū)信號機(jī)）設(shè)置一臺軌旁控制柜，控制柜內(nèi)設(shè)信號機(jī)控制模塊、通用輸入輸出模塊、電源模塊、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和防雷等設(shè)備，聯(lián)鎖室外控制柜內(nèi)左右線信號機(jī)點(diǎn)燈模塊分開設(shè)計(jì)，室外控制柜與信號樓間通過光纜連接，通過電纜向柜內(nèi)設(shè)備供電。聯(lián)鎖軌旁機(jī)柜控制柜布置如圖5 所示。

圖5 聯(lián)鎖軌旁機(jī)柜示意圖Fig.5 Schematic diagram for arrangement of interlocking trackside cabinet

4 信號機(jī)及信號顯示關(guān)系研究

本線為滿足與既有線路跨線運(yùn)行和互聯(lián)互通的要求，參照塞爾維亞信號機(jī)布置和信號顯示關(guān)系。車站設(shè)主信號機(jī)（進(jìn)站、出站，其中，進(jìn)站信號機(jī)可加裝速度表示器，出站信號機(jī)可加裝發(fā)車表示器、進(jìn)路表示器、速度表示器）、調(diào)車信號機(jī)，以及復(fù)示信號機(jī)、軌道邊界信號機(jī)、發(fā)車表示器等；區(qū)間為三顯示自動(dòng)閉塞，設(shè)自動(dòng)閉塞信號機(jī)、復(fù)示信號機(jī)。信號機(jī)機(jī)構(gòu)配置及顯示含義如表1 所示。

表1 信號機(jī)構(gòu)配置及顯示含義Tab.1 Configuration and display meanings of signaling mechanism

續(xù)表

5 轉(zhuǎn)轍機(jī)適應(yīng)性方案研究

本工程采用ZDJ9 電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)，通過速度在160 km/h 以上的道岔增加密貼檢查裝置。每組道岔配置1 臺轉(zhuǎn)轍機(jī)，多點(diǎn)牽引的道岔第一牽引點(diǎn)配置轉(zhuǎn)轍機(jī)，后續(xù)牽引點(diǎn)通過連接桿的方式由第一牽引點(diǎn)處的轉(zhuǎn)轍機(jī)帶動(dòng)。

5.1 技術(shù)要求差異分析

具體技術(shù)差異如表2 所示。

表2 轉(zhuǎn)轍機(jī)技術(shù)差異分析Tab.2 Analysis on technical differences of switch machines

5.2 轉(zhuǎn)轍機(jī)適應(yīng)性設(shè)計(jì)

1）可擠型適應(yīng)性設(shè)計(jì)

通過配裝擠脫接點(diǎn)座并適配鎖閉鐵，可配置220 mm 動(dòng)程ZDJ9 型電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)可擠機(jī)型，滿足塞鐵160 km/h 及以下速度的線路配套可擠型轉(zhuǎn)轍機(jī)的要求。轉(zhuǎn)轍機(jī)對比如圖6 所示。

圖6 匈塞用ZDJ9轉(zhuǎn)轍機(jī)與國內(nèi)ZDJ9轉(zhuǎn)轍機(jī)對比Fig.6 Comparson between ZDJ9 switch machine used in Hungary-Serbia Railway and domestic ZDJ9 switch machine

2）轉(zhuǎn)轍機(jī)擠脫力配置

根據(jù)塞爾維亞鐵路的技術(shù)要求轉(zhuǎn)轍機(jī)擠岔力小于11 kN，ZDJ9 型電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)擠脫力為28 kN，擠脫力大于塞方要求，在ZDJ9 轉(zhuǎn)轍機(jī)擠脫器基礎(chǔ)上，通過調(diào)整擠脫碟簧的方案滿足塞方的要求。

3）轉(zhuǎn)轍機(jī)減速器配置設(shè)計(jì)

根據(jù)塞爾維亞鐵路的技術(shù)要求：半徑300 m 及以下道岔，轉(zhuǎn)轍機(jī)摩擦力（Setting-up force）為5 500 N±500 N；300 m 以上半徑道岔，轉(zhuǎn)轍機(jī)摩擦力為7 000±500 N。通過在ZDJ9 轉(zhuǎn)轍機(jī)內(nèi)配置190 動(dòng)程機(jī)型減速器，并調(diào)整摩擦聯(lián)接器的摩擦力的方案滿足塞方技術(shù)要求。

4）擠岔恢復(fù)功能改進(jìn)設(shè)計(jì)

根據(jù)塞爾維亞鐵路的技術(shù)要求，可擠型轉(zhuǎn)轍機(jī)在擠岔后可以直接通過電動(dòng)或手動(dòng)操作進(jìn)行自行恢復(fù)。在保持ZDJ9 型電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)鎖閉及擠脫方式的基礎(chǔ)上，通過在轉(zhuǎn)轍機(jī)動(dòng)作桿上增加螺栓銷，在鎖閉鐵上增加螺栓銷的導(dǎo)槽實(shí)現(xiàn)擠岔自行恢復(fù)功能。轉(zhuǎn)轍機(jī)對比如圖7 所示。

圖7 塞爾維亞ZDJ9轉(zhuǎn)轍機(jī)擠岔自動(dòng)恢復(fù)示意圖Fig.7 Schematic diagram of switch spilt self-recovery of ZDJ9 switch machine in Serbia

為保證轉(zhuǎn)轍機(jī)擠脫后通過轉(zhuǎn)換可靠恢復(fù)，并防止推板套反彈造成段表示問題，對動(dòng)作板速動(dòng)片進(jìn)行尺寸調(diào)整。為適應(yīng)轉(zhuǎn)轍機(jī)能夠完全擠脫，對底殼、鎖閉鐵、端蓋、動(dòng)作桿等進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。

6 列控系統(tǒng)方案研究

本線采用ETCS-2 級列車運(yùn)行控制系統(tǒng)，采用基線3 版本，滿足歐洲ETCS-2 級跨國列車互聯(lián)互通運(yùn)行的要求。

本工程設(shè)置無線閉塞中心（RBC）、臨時(shí)限速服務(wù)器（TSRS）、無源應(yīng)答器、安全數(shù)據(jù)網(wǎng)等設(shè)備，其中互聯(lián)互通的設(shè)備（RBC、應(yīng)答器）需要取得TSI 認(rèn)證。

根據(jù)ETCS 2 級列控系統(tǒng)技術(shù)要求，結(jié)合本線線路具體實(shí)際，在站內(nèi)進(jìn)出站信號機(jī)、區(qū)間通過信號機(jī)外方均設(shè)置安裝一組應(yīng)答器（由兩臺固定應(yīng)答器組成）；在既有線路銜接處，本線正線線路設(shè)置E0 →E2等級轉(zhuǎn)換應(yīng)答器組，實(shí)現(xiàn)和既有線路級間轉(zhuǎn)換。

由于考慮跨國列車運(yùn)行，各車載供應(yīng)商參數(shù)不盡相同，車地設(shè)備匹配是本項(xiàng)目關(guān)鍵。

7 防雷接地系統(tǒng)對信號設(shè)備影響分析

塞爾維亞鐵路接地系統(tǒng)是以鋼軌為基礎(chǔ)的，鋼軌作為牽引回流和接地的導(dǎo)體。鋼軌連接到車站房屋接地極，房屋中的設(shè)備通過接地極實(shí)現(xiàn)接地。電力牽引區(qū)段線路中心線8 m 范圍內(nèi)所有金屬部件需接鋼軌。信號設(shè)備接地采用直徑95 mm2的絕緣鍍鋅鋼絲繩，就近連接到鋼軌上。

信號系統(tǒng)在區(qū)間軌旁設(shè)置室外機(jī)柜，軌旁電子設(shè)備由室內(nèi)通過電纜提供兩路AC220 V 電源，通過光纜與室內(nèi)進(jìn)行通信；電子設(shè)備通過信號電纜控制軌旁信號機(jī)、繼電器、計(jì)軸設(shè)備。軌旁電子機(jī)柜連接如圖8 所示。

外部環(huán)境對信號軌旁電子設(shè)備影響主要來自于雷電入侵。一般來說，雷電侵入途徑有兩種：一是遠(yuǎn)端雷電由信號電纜或供電電纜引入；二是近端雷電引起的“地反擊”通過信號電纜或供電電纜向遠(yuǎn)端泄放。根據(jù)塞爾維亞工況采取以下設(shè)計(jì)方案：

1) 鋼軌接縫處良好連接；

2) 軌旁電子機(jī)柜良好接地；

3) 軌旁電子機(jī)柜內(nèi)部所有電子板卡均對地懸浮設(shè)計(jì)；

4) 軌旁電子機(jī)柜對外輸入輸出端口，采用SPD進(jìn)行橫縱向防護(hù)。

圖8 軌旁電子機(jī)柜控制示意圖Fig.8 Schematic diagram for connection of trackside electronic cabinet

總之，通過匈塞鐵路塞爾維亞段用戶需求分析和信號系統(tǒng)方案研究，對中國高鐵技術(shù)和裝備“走出去”有了新的思考。一方面，由于不同地區(qū)文化差異，思維觀念、生活習(xí)慣等種種因素影響，中國技術(shù)和裝備走出去，難免要進(jìn)行適應(yīng)性改進(jìn)，面對經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)以及標(biāo)準(zhǔn)體系健全的歐洲國家來說，需要在先進(jìn)理念、智能化運(yùn)維以及從系統(tǒng)層面提供更多系統(tǒng)解決方案方面提升；另一方面，中國高鐵技術(shù)和裝備經(jīng)歷了引進(jìn)-消化吸收-再創(chuàng)新過程后，已達(dá)到國際領(lǐng)先水平。隨著技術(shù)不斷進(jìn)步，國際上提出一些新的理念和思路，在中國高鐵“走出去”進(jìn)行裝備適應(yīng)性修改的同時(shí)，為中國高鐵再發(fā)展、再創(chuàng)新提供了技術(shù)支撐和經(jīng)驗(yàn)積累。