高鐵列控系統(tǒng)大號碼道岔試驗(yàn)場景研究

郜新軍，王文濤，周永健，何鐳強(qiáng)，牛 勤

(1.中國鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司，北京 100081；2.北京華鐵信息技術(shù)有限公司，北京 100081)

高鐵列控系統(tǒng)大號碼道岔通常設(shè)置在聯(lián)絡(luò)線，其側(cè)向通過速度大于80 km/h，可完成不同線路間列車跨線運(yùn)行[1]。隨著大號碼道岔的應(yīng)用普及，列車運(yùn)行安全與效率問題也逐漸顯現(xiàn)[2-3]。本文通過研究地面與車載設(shè)備關(guān)于大號碼道岔的相關(guān)規(guī)范，增加了幾種大號碼道岔試驗(yàn)特殊案例，完善了信號系統(tǒng)聯(lián)調(diào)聯(lián)試測試場景，并對后續(xù)新建線路關(guān)于大號碼道岔的建設(shè)提出優(yōu)化建議。

1 大號碼道岔基本原理

通過列控中心控制大號碼道岔應(yīng)答器組可向列車發(fā)送大號碼道岔側(cè)向允許通過速度以及應(yīng)答器距大號碼道岔信號機(jī)距離等報文信息，大號碼道岔應(yīng)答器組通常應(yīng)優(yōu)先設(shè)置在距離大號碼道岔外方U2S閉塞分區(qū)入口[4]。

當(dāng)大號碼道岔進(jìn)路及其制動距離內(nèi)的閉塞分區(qū)空閑，并且沒有低于大號碼道岔的臨時限速時，列控中心將控制應(yīng)答器發(fā)送大號碼道岔報文。在發(fā)送過程中一旦監(jiān)測到報文發(fā)送條件不具備時，列控中心將停止報文發(fā)送，并給聯(lián)鎖發(fā)送信號降級指令[5]。

2 車載過大號碼道岔處理邏輯

CTCS-2 級列控系統(tǒng)通過軌道電路和應(yīng)答器給列車發(fā)送行車信息[6]；而CTCS-3 級列控系統(tǒng)是基于GSM-R 無線通信實(shí)現(xiàn)車與地間的信息傳輸，并由無線閉塞中心生成行車許可。

CTCS-2 級列控系統(tǒng)中當(dāng)車載設(shè)備接收到大號碼道岔信息包后，車載設(shè)備應(yīng)根據(jù)[CTCS-4]包生成制動模式曲線，控制列車在到達(dá)指定道岔前將速度降到[CTCS-4]包描述的允許通過速度以內(nèi)[7]。[CTCS-4]包只在接收到U2S、UUS 信號的情況下有效；而CTCS-3 級列控系統(tǒng)中車載設(shè)備可預(yù)知行車許可范圍內(nèi)的線路狀態(tài)，并按照目標(biāo)速度生成控車曲線。

如圖1 所示，當(dāng)列車進(jìn)路為大號碼道岔側(cè)向時，CTCS-3 車載系統(tǒng)將直接生成過行車許可終點(diǎn)目標(biāo)速度的控車曲線[8]；而CTCS-2 車載系統(tǒng)則按進(jìn)站前停車生成控制曲線；當(dāng)列車運(yùn)行至U2S 區(qū)段時，車載將結(jié)合應(yīng)答器發(fā)送的大號碼道岔信息[CTCS-4]包，重新計(jì)算過岔控車曲線[9]。

3 大號碼道岔試驗(yàn)場景

本文在對地面以及車載處理邏輯及規(guī)范分析的基礎(chǔ)之上，通過設(shè)置實(shí)車驗(yàn)證場景，驗(yàn)證車載及地面處理方式是否符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

圖1 車載過岔控車曲線Fig.1 Onboard overturnout control curve

以某工程為例，如圖2 所示，A、B、C、D 為某CTCS-3 級列控系統(tǒng)高鐵車站和線路所。E、F為某CTCS-2 級列控系統(tǒng)客專車站和線路所。根據(jù)站場設(shè)計(jì)情況，B 線路所（1#和2#）、E 線路所（1#和2#）及C 站（6#和8#）設(shè)有1/42#道岔，在上述設(shè)有1/42#道岔的線路所大號碼道岔外方發(fā)送U2S 的閉塞分區(qū)入口處設(shè)置大號碼道岔應(yīng)答器組（包括一個有源、一個無源應(yīng)答器），提供大號碼道岔信息包。

CTCS-3 級的B 線路所與CTCS-2 級E 線路所通過聯(lián)絡(luò)線銜接，并在聯(lián)絡(luò)線上設(shè)置CTCS-3/2 等級轉(zhuǎn)換點(diǎn)。

針對此工程，提出以下幾種試驗(yàn)場景。

圖2 某工程站場圖Fig.2 Station (yard) drawing of a project

1）場景：C3 等級控車，上行線正向：列車在D 站4G 發(fā)車，C 站ⅡG 通過，B 線路所通過，A站4G 停車。

a.辦理好C 站及B 線路所上行線正向通過進(jìn)路，辦理完成后列車發(fā)車。列車運(yùn)行至距C 站S 信號機(jī)外方3 個閉塞分區(qū)前停車，人工解鎖C 站ⅡG 通過進(jìn)路，重新辦理C 站S 至XCN 的ⅧG 通過進(jìn)路。

驗(yàn)證內(nèi)容：驗(yàn)證列車的C3 行車許可范圍內(nèi)，地面運(yùn)行進(jìn)路發(fā)生改變后，車載ATP 能否重新生成正確的控車曲線。

預(yù)期結(jié)果：列車應(yīng)收到前方越過進(jìn)站信號機(jī)后160 km/h 的線路允許速度信息。

b.列車?yán)^續(xù)運(yùn)行至C 站S 進(jìn)站信號機(jī)外方停車，人工解鎖C 站S 至XCN 的ⅧG 的通過進(jìn)路后，再重新辦理該進(jìn)路。

驗(yàn)證內(nèi)容：驗(yàn)證大號碼道岔應(yīng)答器組發(fā)送報文對應(yīng)通過進(jìn)路的唯一性。即當(dāng)車載設(shè)備在收到大號碼道岔應(yīng)答器組信息包后，取消大號碼道岔進(jìn)路，再重新辦理該進(jìn)路后，地面發(fā)碼能否實(shí)現(xiàn)降級功能。

預(yù)期結(jié)果：開放信號后應(yīng)降級顯示UU 碼，列車應(yīng)收到前方160 km/h 的線路允許速度信息。

c.人工解鎖C 站S 至XCN 的ⅧG 通過進(jìn)路及B 線路所上行正向通過進(jìn)路，辦理C 站ⅡG 上行正向通過進(jìn)路（B 線路所不開放信號）。列車運(yùn)行至B線路所TS 信號機(jī)外方停車，辦理B 線路所TSC 至TXN 側(cè)線通過進(jìn)路。

驗(yàn)證內(nèi)容：驗(yàn)證本線C3 等級運(yùn)行的列車能否收到錯誤行車許可。

預(yù)期結(jié)果：列車的行車許可終點(diǎn)應(yīng)保持在B 線路所S 信號機(jī)處。

2）場景：C2 等級控車，上行線正向：列車在D 站4G 發(fā)車，C 站4G 通過，B 線路所通過，A 站4G 停車。

先辦理C 站上行正向ⅧG 通過進(jìn)路，辦理完成后列車發(fā)車。列車位于LU 區(qū)段內(nèi)，且越過大號碼道岔應(yīng)答器組后在信號機(jī)前停車，人工解鎖C 站ⅧG 通過進(jìn)路后，再辦理C 站4G 通過進(jìn)路（非大號碼道岔（18 號碼道岔）側(cè)向進(jìn)路）。

驗(yàn)證內(nèi)容：驗(yàn)證列車在收到大號碼道岔包但還未進(jìn)入U2S 區(qū)段前，地面將大號碼道岔進(jìn)路改變?yōu)榉谴筇柎a道岔側(cè)線通過進(jìn)路時，由于列車所在區(qū)段的軌道電路碼序未發(fā)生變化（LU 碼保持），列車?yán)^續(xù)運(yùn)行至U2S 碼區(qū)段時，車載ATP 會啟用之前收到的[CTCS-4 包]信息包，存在超速過岔風(fēng)險。

3）場景：C2 等級控車，下行線正向：列車在A 站4G 發(fā)車，B 線路所側(cè)線通過，E 線路所側(cè)線通過。

a.B 線路所不開放TX 通過信號，列車運(yùn)行至B 線路所TX 信號機(jī)外方停車，再辦理B 線路所TX至TSCN 通過進(jìn)路。

驗(yàn)證內(nèi)容：驗(yàn)證關(guān)閉接車信號，不發(fā)送[CTCS-4]包。地面排列B 線路所大號碼道岔進(jìn)路后，列車應(yīng)收到UUS 碼及80 km/h 線路允許速度信息。

b.地面辦理E 線路所XB 至SN 通過進(jìn)路，列車?yán)^續(xù)運(yùn)行至E 線路所XB 信號機(jī)外方停車。

驗(yàn)證內(nèi)容：列車應(yīng)收到UUS 碼及160 km/h線路允許速度信息。

c.人工解鎖E 所XB 至SN 的通過進(jìn)路后，再重新辦理該進(jìn)路。

驗(yàn)證內(nèi)容：列車應(yīng)收到UUS 碼及160 km/h線路允許速度信息。

4）場景：C2 等級控車，上行線正向：列車在F 站3G 發(fā)車，E 線路所通過，C 站ⅦG 通過，D站3G 停車。

a.列車運(yùn)行至C 站XC 信號機(jī)外方停車，地面將C 站ⅦG 正常發(fā)車進(jìn)路改為引導(dǎo)發(fā)車進(jìn)路。

驗(yàn)證內(nèi)容：列車按照行車許可終點(diǎn)為出站信號機(jī)計(jì)算控車曲線，列車應(yīng)收到目標(biāo)速度為0 km/h行車許可。

b.人工解鎖C 站X Ⅶ引導(dǎo)發(fā)車進(jìn)路，重新辦理C 站X Ⅶ至SN 發(fā)車進(jìn)路。

驗(yàn)證內(nèi)容：按照正常側(cè)線發(fā)車發(fā)碼，列車應(yīng)收到U2S 碼及80 km/h 線路允許速度信息。

5）場景：C2 等級控車，上行線正向：列車在D站4G 發(fā)車，C 站4G 通過，B 線路所通過，A 站4G停車。

辦理C 站上行正向ⅧG 通過進(jìn)路，辦理完成后列車發(fā)車。第一列列車越過LU 區(qū)段，駛?cè)險US 區(qū)段，后續(xù)緊追蹤的第二列車隨之駛?cè)氪筇柎a道岔應(yīng)答器所在LU 區(qū)段閉塞分區(qū)，且越過大號碼道岔應(yīng)答器組后在信號機(jī)前停車。

驗(yàn)證內(nèi)容：因第一列車尚未進(jìn)站，進(jìn)站信號機(jī)未關(guān)閉，仍滿足大號碼道岔應(yīng)答器報文發(fā)送條件，后續(xù)列車仍能接收到[CTCS-4]信息包。當(dāng)?shù)谝涣熊囘M(jìn)站后，為后續(xù)列車辦理非大號碼道岔（18 號碼道岔）側(cè)向進(jìn)路，停在LU 區(qū)段的后續(xù)列車?yán)^續(xù)運(yùn)行至U2S 碼區(qū)段，車載ATP 會啟用之前收到的[CTCS-4 ]信息包，存在超速過岔風(fēng)險。

4 結(jié)語

本文結(jié)合地面和車載設(shè)備的規(guī)范，對大號碼道岔試驗(yàn)特殊場景進(jìn)行研究，對信號系統(tǒng)聯(lián)調(diào)聯(lián)試試驗(yàn)場景的完善具有重要意義。對后續(xù)新建線路提出以下幾點(diǎn)思考與建議：從設(shè)計(jì)源頭進(jìn)行改進(jìn)，優(yōu)化大號碼道岔應(yīng)答器組設(shè)置地點(diǎn)；優(yōu)化列控中心大號碼道岔應(yīng)答器報文停發(fā)時機(jī)。