北京地鐵8號線信號系統(tǒng)不停運切換設計

■ 文仁廣

1 概述

北京地鐵8號線二期工程全長17.5 km，是一期工程（奧運支線）兩端的延伸線，分南北兩段。其中，北段為回龍觀東大街—森林公園南門，設6座地下車站；南段從北土城—中國美術館，設6座地下車站。一期工程長4.5 km，設森林公園南門、奧林匹克公園、奧體中心和北土城4站，于2008年奧運前與10號線一期同期開通運營。

8號線二期工程信號系統(tǒng)采用西門子公司Trainguard MT基于無線車-地通信的移動閉塞信號系統(tǒng)（簡稱正式系統(tǒng)），包括由Vicos OC 501和Vicos OC 101組成的列車自動監(jiān)控系統(tǒng)（ATS），Trainguard MT列車自動防護系統(tǒng)（ATP）和列車自動運行系統(tǒng)（ATO），計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)（Sicas）以及全部配套的軌旁及接口設備。

為緩解主城區(qū)的交通壓力，8號線二期北段要提前1年開通，由于西門子系統(tǒng)不能滿足開通工期和開通水平的要求，通過招標過渡系統(tǒng)，確保8號線二期北段2011年底提前開通。過渡系統(tǒng)采用北京全路通信信號研究設計院有限公司提供的點式列車控制系統(tǒng)（ATC），包括ATS、聯(lián)鎖、點式ATP/ATO軌旁設備和車載設備。過渡系統(tǒng)滿足3 min的行車間隔要求，并實現(xiàn)與屏蔽門（PSD）的聯(lián)動功能。過渡系統(tǒng)在正式系統(tǒng)開通運營后將進行拆除。

在同一地鐵線路上配置2套能切換使用的信號系統(tǒng)，在目前國內城市軌道交通領域尚無成功應用的經(jīng)驗，兩信號系統(tǒng)間的不停運切換設計是保證系統(tǒng)安全運行并不中斷運營的必要條件。

2 資源共享設計思想

2.1 主要設計思想

（1）正式系統(tǒng)與過渡系統(tǒng)的人機界面、操作方式及原則一致，避免運營部門對2套系統(tǒng)切換時產(chǎn)生過大差異。（2）正式系統(tǒng)與過渡系統(tǒng)的軌旁信號機、計軸磁頭布置位置及原則一致。（3）盡量實現(xiàn)資源共享，節(jié)省投資。（4）利于過渡系統(tǒng)停用后的拆除。（5）避免2套信號系統(tǒng)引起對其他接口系統(tǒng)的修改，與其他系統(tǒng)的接口原則及協(xié)議一致。

2.2 機房共用設計

正式系統(tǒng)與過渡系統(tǒng)放置在同一信號設備室，但正式系統(tǒng)與過渡系統(tǒng)均局部集中布置，設備布置主要考慮過渡系統(tǒng)便于以后拆除，并滿足正式系統(tǒng)在過渡系統(tǒng)拆除后機房的整體布局和美觀效果。

2.3 電源系統(tǒng)共用設計

為節(jié)省投資，利用正式系統(tǒng)供貨商的用電需求余量為過渡系統(tǒng)設備供電。在詳細分析正式系統(tǒng)各設備實際用電量后，將富余電量全部用于過渡系統(tǒng)，在電源系統(tǒng)總容量及電源系統(tǒng)投資基本不變的前提下，采用過渡系統(tǒng)、正式系統(tǒng)分別獨立輸出的方式，實現(xiàn)電源系統(tǒng)共用。

2.4 軌旁設備共用設計

正式系統(tǒng)在軌旁設置有道岔轉轍機、信號機，在站臺上設置有緊急停車按鈕（EMP）、屏蔽門接口及發(fā)車計時器。由于過渡系統(tǒng)也需設置上述軌旁設備，考慮轉轍機不能分設，以及對司機行車、調度控制方式、區(qū)間閉塞原則盡可能一致，便于運營部門在正式系統(tǒng)與過渡系統(tǒng)切換使用時不產(chǎn)生過大差異，轉轍機、信號機、緊急關閉按鈕、發(fā)車計時器采用正式系統(tǒng)與過渡系統(tǒng)全部共用的原則，在室外引入的正式系統(tǒng)分線架（CTR）上進行倒切。

正式系統(tǒng)聯(lián)鎖與計軸采用電子模塊接口，過渡系統(tǒng)聯(lián)鎖與計軸之間采用繼電器接口，考慮兩者接口類型不一致，且是涉及安全的基礎設備，兩系統(tǒng)的計軸設備采用獨立設置方案。

正式系統(tǒng)點式A T P系統(tǒng)采用室外電子單元（LEU）方案，連接方式見圖1（a）。如果過渡系統(tǒng)也采用室外LEU方案，室外信號機的連接則非常復雜，且LEU是涉及安全的關鍵設備，因此兩系統(tǒng)采用獨立設置LEU、應答器方案，過渡系統(tǒng)點式ATP采用室內LEU方案，連接方式見圖1（b）。

2.5 車載設備共用設計

2套系統(tǒng)切換運行除軌旁控制設備外，車載設備是確保2套系統(tǒng)成功切換的關鍵。在車載設備的共用和切換方案上，充分考慮設備的通用性，并按車輛一次設計完成的原則實施。對于車載設備，過渡系統(tǒng)和正式系統(tǒng)盡可能配置一致，且實現(xiàn)同一功能的設備安裝位置、安裝方式及尺寸規(guī)格完全一致。

車輛貫通線，速度傳感器連接線及接頭，雷達連接線及接頭，應答器天線連接線及接頭，司機顯示單元連接線及接頭，駕駛臺的各種開關、按鈕等，兩系統(tǒng)完全一致，過渡系統(tǒng)特有的基于環(huán)線的車-地通信系統(tǒng)（TWC）車載設備采用獨立安裝方式實施。通過上述設計方案，在兩系統(tǒng)切換時只需將過渡系統(tǒng)（或正式系統(tǒng)）車載設備拆除，將正式系統(tǒng)（或過渡系統(tǒng)）車載設備安裝后，即可實現(xiàn)車載設備的切換。

3 切換控制設計

3.1 倒切設計

過渡系統(tǒng)倒切分線柜采用與正式系統(tǒng)完全一致的端子排和連接方式。為便于過渡系統(tǒng)拆除時不影響正式系統(tǒng)，室外設備電纜首先引入正式系統(tǒng)分線架外側端子，再將分線架外側端子接至過渡系統(tǒng)的倒切分線架的外側端子，過渡系統(tǒng)通過倒切分線架內側端子接入室內組合架側面。當使用正式系統(tǒng)時，將過渡系統(tǒng)倒切分線柜的短路插拔出，將正式系統(tǒng)分線架上的短路插插上，即實現(xiàn)過渡系統(tǒng)向正式系統(tǒng)倒切。反之，先將正式系統(tǒng)分線架上的短路插拔出，再將過渡系統(tǒng)倒切分線柜上的短路插插上，即完成正式系統(tǒng)向過渡系統(tǒng)的控制倒切。倒切基本原理見圖2。

3.2 信號機、EMP及PSD接口切換設計

由于正式系統(tǒng)的信號機、EMP以及信號系統(tǒng)與PSD的接口電纜芯線和過渡系統(tǒng)完全一致，因此可采用上述倒切控制設計進行。

3.3 轉轍機切換設計

正式系統(tǒng)轉轍機控制電路采用六線制控制電路，而過渡系統(tǒng)采用國內標準五線制控制電路。經(jīng)分析，五線制與六線制控制電路的差別在于五線制轉轍機內部配線需要配1個整流盒，而六線制控制電路沒有整流盒。切換電路利用切換繼電器的中前接點，連接增配的整流盒；利用切換繼電器中后接點還原內部配線，倒切至六線無整流盒制控制電路。當切換繼電器吸起時，轉轍機電路轉換為過渡系統(tǒng)匹配的五線制控制電路；當切換繼電器落下時，轉轍機電路轉換為正式系統(tǒng)匹配的六線制控制電路。并采用繼電器的前、后接點實現(xiàn)倒切位置表示。轉轍機內部配線切換原理見圖3。

圖1 信號系統(tǒng)LEU設置方案

圖2 信號系統(tǒng)倒切設計基本原理

3.4 DTI切換設計

發(fā)車計時器（DTI）主要是信息線纜的倒切，由于正式系統(tǒng)采用的光電轉換器有以太網(wǎng)RJ45接口，過渡系統(tǒng)采用網(wǎng)線直接與光電轉換模塊的網(wǎng)卡相連。正式系統(tǒng)與過渡系統(tǒng)的倒切直接采用斷開、接通網(wǎng)線的方式實現(xiàn)。

圖3 轉轍機內部配線切換原理

4 安全切換原則

信號機、轉轍機、屏蔽門、緊急停車按鈕、發(fā)車計時器等設備為正式系統(tǒng)和過渡系統(tǒng)共用，兩系統(tǒng)采用倒切的方式進行工作。在使用任一系統(tǒng)投入運營前人工確保：

（1）在電源屏處關斷非運營系統(tǒng)的信號機、轉轍機、屏蔽門、緊急停車按鈕、應答器、環(huán)線等的室內設備電源屏供電；

（2）在倒切分線柜/CTR處先斷開所有非運營系統(tǒng)信號機、轉轍機、屏蔽門、緊急停車按鈕的外線連接；

（3）在倒切分線柜/CTR處后接通所有運營系統(tǒng)信號機、轉轍機、屏蔽門、緊急停車按鈕的外線連接；

（4）DTI斷開非運營系統(tǒng)，正確接入運營系統(tǒng)；

（5）檢查倒切盤和倒切分線柜/CTR短路插頭的一致性，運營系統(tǒng)設備電源全部開啟，保證非運營系統(tǒng)設備的完全切除、運營系統(tǒng)設備的完全接入。

5 存在問題及建議

北京地鐵8號線二期工程采用上述設計方案，成功實現(xiàn)了正式系統(tǒng)與過渡系統(tǒng)的冗余配置和系統(tǒng)控制倒切，過渡系統(tǒng)已于2011年底在北段及奧運支線開通載客試運營，正式系統(tǒng)正在采用上述倒切方式在非運營時段進行系統(tǒng)調試。由于夜間非運營時段時間較短，插拔短路插及一致性檢查需要占用一定時間，倒切方式雖能滿足倒切功能和安全性要求，但對于有限的夜間作業(yè)點而言，倒切時間相對較長，建議在其他類似項目上采用快速倒切的方式（如切換開關等）解決該問題。

[1] TB 10007—2006（J529—2006） 鐵路信號設計規(guī)范[S]

[2] 建標104—2008 城市軌道交通工程項目建設標準[S]

[3] 中鐵二院工程集團有限責任公司. 北京地鐵8號線二期過渡系統(tǒng)施工圖，2011