既有線增設(shè)線路所模式下的信號(hào)系統(tǒng)方案研究

李 恒

(中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，西安 710043)

1 概述

隨著國(guó)內(nèi)鐵路網(wǎng)不斷拓展，越來越多的新建鐵路項(xiàng)目需與既有線接軌。這往往會(huì)造成接軌站通過能力的飽和，甚至成為線路運(yùn)輸作業(yè)量提升的瓶頸。為緩解這種現(xiàn)象，提高區(qū)間通過能力，構(gòu)建線路疏解關(guān)系，可以采用在既有區(qū)間增設(shè)分歧道岔，改建線路所，引出疏解線這一優(yōu)化方案。但增設(shè)分歧道岔，往往會(huì)引起既有區(qū)間信號(hào)布點(diǎn)的變化，造成軌旁信號(hào)設(shè)備的大量遷改，施工工程量巨大。本文針對(duì)新建黃大線嶺莊線路所與其接軌站黃驊南站的行車和線路關(guān)系，巧妙提出有利于建設(shè)實(shí)施、運(yùn)營(yíng)維護(hù)且投資合理的信號(hào)系統(tǒng)方案。最后，詳細(xì)分析3種線路所聯(lián)鎖控制方式，并通過方案比選，選出既有線 “插入”線路所這一模式下的最優(yōu)聯(lián)鎖控制方案，為今后類似項(xiàng)目的實(shí)施提供借鑒。

2 新建黃大線背景概況

新建黃驊南-大家洼線位于河北省東部和山東省北部，北起朔州-黃驊港鐵路黃驊南站，南接益羊鐵路大家洼車站，新建車站10 處，線路所1 處，全長(zhǎng) 216.8 km，是朔黃鐵路煤炭運(yùn)輸?shù)闹饕柽\(yùn)通道，并兼顧其他貨物和旅客運(yùn)輸?shù)膮^(qū)域性干線萬噸鐵路。河北省境內(nèi)接軌站黃驊南站為朔黃鐵路上的一個(gè)中間站，目前主要承辦朔黃線、黃萬線兩條線路的行車作業(yè)。黃大鐵路引入黃驊南站，尤其是大量的轉(zhuǎn)線作業(yè)，將不可避免的對(duì)該車站既往的運(yùn)輸作業(yè)產(chǎn)生干擾，降低了作業(yè)效率。為緩解給接軌站帶來的負(fù)面影響，又要滿足新建鐵路近期的運(yùn)量需求，提出了在既有朔黃區(qū)間中，即黃驊南站與李天木站之間的上行線增設(shè)分歧道岔。為便于管理分歧道岔區(qū)域，增建嶺莊線路所，構(gòu)建黃大線的重車下行疏解線這一模式，如圖1 所示。

圖1 黃驊南站疏解線路關(guān)系示意圖Fig.1 Schematic diagram of untwining lines of Huanghua South Station

3 嶺莊線路所信號(hào)系統(tǒng)方案

3.1 既有信號(hào)設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)

接軌站黃驊南站為朔黃鐵路上的一個(gè)中間站，現(xiàn)設(shè)有調(diào)度集中（CTC）行車指揮設(shè)備，冗余型計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖設(shè)備，與鄰站李天木間采用改進(jìn)型UM71自動(dòng)閉塞設(shè)備，設(shè)四顯示地面信號(hào)機(jī)。黃驊南站站內(nèi)采用97 型25 Hz 相敏軌道電路，正線及到發(fā)線疊加ZPW-2000G 型電碼化設(shè)備，設(shè)有2006 版信號(hào)集中監(jiān)測(cè)設(shè)備。本次黃大線引入朔黃線的工程設(shè)計(jì)原則是在黃驊南站既有設(shè)備的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造。

3.2 新建信號(hào)設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)

黃大線為單線鐵路，本線設(shè)計(jì)CTC 行車指揮系統(tǒng)，各新建站（除嶺莊線路所外）設(shè)CTC 分機(jī)設(shè)備，納入肅寧北調(diào)度所調(diào)度集中總機(jī)系統(tǒng)的黃大調(diào)度臺(tái)；朔黃正線上增建的嶺莊線路所納入既有朔黃線行調(diào)臺(tái)。黃大線站間以及新建黃大線下行疏解線采用自動(dòng)站間閉塞，利用計(jì)軸設(shè)備完成區(qū)間空閑檢查；而新建嶺莊線路所與黃驊南站、李天木站站間維持既有設(shè)備，仍采用改進(jìn)型UM71 自動(dòng)閉塞設(shè)備。

除嶺莊線路所外，本線各站均采用安全冗余型計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖設(shè)備，所有新建計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖設(shè)備均采用電子執(zhí)行單元。嶺莊線路所的聯(lián)鎖系統(tǒng)可靈活選擇：可不設(shè)聯(lián)鎖系統(tǒng)，納入鄰站直接控制；可增設(shè)一套獨(dú)立的計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖控制系統(tǒng)；亦可采用區(qū)域聯(lián)鎖的方式管理，作為被控站納入黃驊南站的聯(lián)鎖控制系統(tǒng)。經(jīng)過深度的方案比選，嶺莊線路所最終采用區(qū)域聯(lián)鎖的控制方式，由主控站黃驊南站進(jìn)行聯(lián)鎖控制。本文第四章將對(duì)嶺莊線路所聯(lián)鎖系統(tǒng)方案的比選做詳細(xì)的分析，在此不做贅述。

3.3 嶺莊線路所的信號(hào)系統(tǒng)方案

本次黃大線引入黃驊南站，站前工程設(shè)計(jì)為增設(shè)9/11 號(hào)道岔，預(yù)留黃萬線的1/3 號(hào)道岔位置。在之前的黃驊南站改造工程中，聯(lián)鎖控制系統(tǒng)的軟件以及室內(nèi)電路部分已經(jīng)預(yù)留了新增的9/11 號(hào)道岔接入條件，室外也已經(jīng)預(yù)先考慮了道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)、信號(hào)機(jī)的安裝及其相應(yīng)的電纜敷設(shè)條件，大大減少本次引入工程黃驊南站內(nèi)的工程量。基于上述情況，本次重點(diǎn)關(guān)注由于黃驊南與李天木站間“插入”嶺莊線路所引起的既有區(qū)間閉塞系統(tǒng)的修改內(nèi)容，如圖2 所示。

圖2 嶺莊線路所信號(hào)設(shè)備平面布置示意圖Fig.2 Plane layout of signal equipment of Lingzhuang block post

為持續(xù)利用符合使用條件的既有設(shè)備，減少工程投資，新建嶺莊線路所與黃驊南站、李天木站站間的閉塞在既有改進(jìn)型UM71 四顯示自動(dòng)閉塞的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上進(jìn)行改建，改建原則以及方案如下。

最大程度上維持黃驊南站與李天木區(qū)間信號(hào)機(jī)布點(diǎn)不變。由于嶺莊線路所僅“插入”黃驊南站與李天木區(qū)間上行線，未對(duì)下行線造成影響，所以下行線控制范圍及設(shè)備維持之前設(shè)計(jì)不變。

黃驊南站至嶺莊線路所間信號(hào)軌旁設(shè)備由黃驊南站管理。拆除C4G1 軌道電路，將C4G2 的接收端箱盒移至線路所通過信號(hào)機(jī)XL 處，接續(xù)C4G2接收端電纜。同時(shí)，拆除5318 通過信號(hào)機(jī)，其余設(shè)備及電纜維持原設(shè)計(jì)。

部分區(qū)段的軌道繼電編碼電路不再適用于原區(qū)間。按一離去軌道區(qū)段發(fā)碼規(guī)則，修改線路所XLN通過信號(hào)機(jī)外方C4G 閉塞分區(qū)的反向繼電編碼電路；按二接近軌道區(qū)段發(fā)碼規(guī)則，修改線路所SL通過信號(hào)機(jī)外方C5G、C6G 閉塞分區(qū)的正向繼電編碼電路。

嶺莊線路所內(nèi)新增18 號(hào)道岔、軌道電路、計(jì)軸設(shè)備與通過信號(hào)機(jī)，相應(yīng)電纜拉入線路所信號(hào)站房?jī)?nèi)，新增部分按常規(guī)設(shè)計(jì)。

黃驊南站區(qū)間軌道電路室內(nèi)設(shè)備布置維持既有。閉塞分區(qū)C5G，C6G 在邏輯控制關(guān)系上理解為放置在黃驊南站信號(hào)樓內(nèi)，由嶺莊線路所控制的站間軌道區(qū)段。同時(shí)，冗余設(shè)置一根站聯(lián)電纜，用于黃驊南站與嶺莊線路所方向電路的互通互聯(lián)。

李天木站集中分界控制范圍及設(shè)備維持原設(shè)計(jì)不變。

上述設(shè)計(jì)改建原則與方案，避免了既有區(qū)間信號(hào)布點(diǎn)的大量調(diào)整變化，在滿足行車制動(dòng)距離要求的前提下，靈活利用現(xiàn)有的區(qū)間分割點(diǎn)。盡量將插入線路所對(duì)區(qū)間軌旁信號(hào)設(shè)備的影響縮減到C4G 一個(gè)軌道區(qū)段內(nèi)，將大量的室外信號(hào)設(shè)備遷改、電纜敷設(shè)的施工工作量轉(zhuǎn)變成室內(nèi)配線修改的局部工作量。同時(shí)還充分考慮利舊改造原則，仍維持朔黃線現(xiàn)有的四顯示自動(dòng)閉塞，最大化維持既有設(shè)備不變，大大減少修改設(shè)計(jì)的工作量，顯著節(jié)約工程投資成本，為今后類似項(xiàng)目的實(shí)施提供借鑒。

4 線路所聯(lián)鎖方式的細(xì)化探討

聯(lián)鎖系統(tǒng)是鐵路信號(hào)系統(tǒng)中不可或缺的組成部分。目前，在鐵路信號(hào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，線路所聯(lián)鎖控制方式通常有3 種，分別是：1）獨(dú)立聯(lián)鎖控制方式；2）納入鄰站直接控制方式；3）區(qū)域聯(lián)鎖控制方式。以下結(jié)合嶺莊線路所的工程實(shí)際情況，對(duì)這3 種聯(lián)鎖控制方式的特點(diǎn)與優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比分析，旨在提高鐵路運(yùn)輸線路的運(yùn)行效率，保障線路所信號(hào)系統(tǒng)安全、高效的運(yùn)行。

4.1 獨(dú)立聯(lián)鎖控制方式

線路所信號(hào)設(shè)備可單獨(dú)控制。即嶺莊線路所的信號(hào)系統(tǒng)方案與鄰站相似，單獨(dú)設(shè)置一套行車調(diào)度指揮系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖設(shè)備和信號(hào)集中監(jiān)測(cè)設(shè)備等。獨(dú)立聯(lián)鎖控制方式使得線路所聯(lián)鎖控制靈活、簡(jiǎn)單，且與鄰站間連接關(guān)系明確，發(fā)生故障后的影響范圍小。但是線路所需新建信號(hào)生產(chǎn)用房、配套通信、電力、房建及暖通等相關(guān)專業(yè)工程，增加了投資成本，還需要新設(shè)行車人員，增加了站段的運(yùn)營(yíng)成本。在增設(shè)嶺莊線路所的案例中，這個(gè)設(shè)計(jì)方案更存在著不可避免的問題：既有區(qū)間軌道電路的室內(nèi)設(shè)備設(shè)置在黃驊南站既有信號(hào)樓內(nèi)，增建線路所造成的集中分區(qū)的調(diào)整，也就是區(qū)間軌道電路繼電器組合的變化，乃至區(qū)間設(shè)備柜由黃驊南站信號(hào)站房移設(shè)到嶺莊線路所信號(hào)站房的變化，會(huì)大大增加配線修改的復(fù)雜程度，更不易利舊。

4.2 納入鄰站直接控制方式

線路所轉(zhuǎn)轍機(jī)、信號(hào)機(jī)及軌道電路等設(shè)備可以直接納入鄰站聯(lián)鎖設(shè)備集中控制，也就是與鄰站按同一個(gè)車站進(jìn)行設(shè)計(jì)。利用黃驊南站既有的行車調(diào)度指揮系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖設(shè)備及微機(jī)監(jiān)測(cè)等信號(hào)系統(tǒng)，對(duì)嶺莊線路所信號(hào)設(shè)備集中控制及管理。線路所無需新增信號(hào)生產(chǎn)用房與室內(nèi)設(shè)備，顯著節(jié)省投資運(yùn)營(yíng)成本。但是這種方案有很大局限性：線路所的信號(hào)設(shè)備需通過電纜進(jìn)行控制，電纜回路中的電壓衰耗限制了信號(hào)設(shè)備的可靠控制距離。盡管可以通過增加電纜芯數(shù)的方式提高信號(hào)設(shè)備的最大控制距離，但同時(shí)也大大增加了信號(hào)電纜的工程投資。比如，嶺莊線路所使用的ZYJ7 型五線制交流電液轉(zhuǎn)轍機(jī)，根據(jù)電纜最大控制長(zhǎng)度公式計(jì)算可得，即使電纜芯線各增加到4 芯（總計(jì)20 芯），其最大控制長(zhǎng)度也僅能達(dá)到6 km，無法滿足嶺莊線路所到黃驊南站的控制距離要求。

4.3 區(qū)域聯(lián)鎖控制方式

區(qū)域聯(lián)鎖控制方式的系統(tǒng)構(gòu)架主要是指將計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖控制中心設(shè)置在中心車站，所轄車站設(shè)置I/O接口層設(shè)備，納入中心車站計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖集中控制。具體來說，在嶺莊線路所信號(hào)站房?jī)?nèi)設(shè)置聯(lián)鎖執(zhí)行/表示機(jī)，由黃驊南站的聯(lián)鎖主機(jī)根據(jù)線路所執(zhí)表機(jī)采集的信息和值班員的操作命令進(jìn)行線路所的聯(lián)鎖邏輯運(yùn)算，并將控制命令信息傳回至線路所的執(zhí)表機(jī)。經(jīng)執(zhí)表機(jī)校驗(yàn)指令信息的正確性后，驅(qū)動(dòng)采集相應(yīng)的信息，用來控制線路所內(nèi)的信號(hào)設(shè)備，同時(shí)將執(zhí)行結(jié)果回執(zhí)給黃驊南站聯(lián)鎖主機(jī)，黃驊南站主機(jī)再將執(zhí)行結(jié)果通過計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖控制臺(tái)表示通知值班員。同時(shí)，線路所的執(zhí)表機(jī)也可將本機(jī)的工作狀態(tài)監(jiān)測(cè)信息實(shí)時(shí)傳輸至黃驊南站系統(tǒng)主機(jī)，在黃驊南站實(shí)現(xiàn)對(duì)嶺莊線路所的實(shí)時(shí)監(jiān)控。黃驊南站與嶺莊線路所之間的聯(lián)鎖控制信號(hào)將采用獨(dú)立光纖通道進(jìn)行傳輸，從而使信號(hào)傳輸具有極高的抗干擾能力，不僅可以提高信號(hào)傳輸效率，又可以保障信號(hào)傳輸?shù)陌踩浴?/p>

由于該線路所在正常情況下不辦理車站作業(yè)，且當(dāng)其信號(hào)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，在黃驊南站即可分析故障原因，所以根據(jù)站段需求，在嶺莊線路所不設(shè)置值班人員，組建無人值守的線路所。這樣不僅簡(jiǎn)化了運(yùn)輸作業(yè)管理和人員配置，更減少了部分設(shè)備投資。此外，被控嶺莊線路所至李天木站的區(qū)間軌道電路室內(nèi)既有設(shè)備可以合理合規(guī)的保留在主控黃驊南站，仍由黃驊南站進(jìn)行維護(hù)管理，無需轉(zhuǎn)移，便于利舊，大大減少了因集中分區(qū)調(diào)整造成的施工量。

5 總結(jié)

在本次信號(hào)設(shè)計(jì)方案中，嶺莊線路所采用了區(qū)域聯(lián)鎖的控制方式，避免了在偏遠(yuǎn)線路所設(shè)置運(yùn)輸人員，從而減輕現(xiàn)場(chǎng)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。同時(shí)，該方案靈活的利用了既有區(qū)間的信號(hào)機(jī)布點(diǎn)，巧妙“插入”區(qū)間分歧道岔，成功引出新建鐵路的疏解線。此外，在新建鐵路設(shè)計(jì)和既有站改造時(shí)應(yīng)充分考慮近期鐵路線路接入的可能性，在電源屏容量需求，室內(nèi)設(shè)備布置等方面，適度預(yù)留后期線路的接入條件，有計(jì)劃的減少軟件換裝與投資成本。