鐵路既有線提速對信號設備的要求及思考

徐文虎 上海鐵路局南京電務段

1 提速前鐵路信號的技術特征

提速前運輸的基本特征：區間運行最高速度旅客列車不超過120km/h，貨車不超過80km/h，客貨混運，速差不大，重載運輸，高密度運行，采取統一的緊急制動距離，列車在任何坡道上的緊急制動距離均為800m。并以此為基準確立了相應的標準、規范、制式和設備的技術原則。

提速前的信號技術裝備特征：

1.1 信號顯示

提速前的信號顯示以地面信號為主、機車信號為輔。色燈信號機顯示數目、顯示距離有限，與此相對應的機車信號為輔助信號，局限于低速運行。

1.2 車站聯鎖控制

六次提速前信號聯鎖控制主要以車站繼電半自動（色燈電鎖器聯鎖）或自動控制（6502電氣集中）為主、區域控制為輔。車站控制偏重于會讓、待避作業，車站數量多，區間距離短，通過能力低。且道岔號碼小，軌道電路短，以繼電聯鎖為主的車站控制電路，采取區段解鎖方式，不考慮走過防護（冒進）。繼電聯鎖信息量少，很少采取區域控制，主要采用四信息、八信息移頻的股道電碼化和壓入疊加發碼的傳遞發送方式，機車信號錯碼率高。

1.3 自動閉塞

在自閉區段以三顯示自動閉塞居多。由于客貨混跑，列車運行速度不分等級，以一個閉塞分區來滿足制動距離，以800m為標準劃分閉塞分區。區間信號顯示一般只有綠、黃、紅三種顏色顯示，列車運行追蹤為8min以上時間間隔，運行速度和區間通過能力都比較低下。

1.4 控車方式

列車運行的控制方式以人控為主，自動停車為輔。裝備的機車信號大都以JT1、JT2型機車信號，由于各線技術裝備不同，機車信號信息定義標準不統一，不能作為主體信號使用，機車長交路運行十分困難，根本無法開行直達旅客列車。在列車超速防護上一般以自動停車加機車信號方式，超防技術不成熟，不能根據線路速度要求進行自動調整列車運行速度。列車運行安全系數低。

1.5 信號基礎裝備

軌道電路采用的制式為有絕緣式，信息量少，可靠性低，由于安裝鋼軌絕緣造成的大量鋼軌接頭不僅維護困難，故障率高發而且嚴重影響線路運行速度；轉轍設備牽牽引、鎖閉、表示、檢查為一體，ZD6道岔的內鎖閉方式僅能適應120km/h以下的運營速度，在高速重載的情況下容易造成機械疲勞和退鎖閉現象。信號箱盒、燈室機構采用的多為鑄鐵箱盒密封性能差、防水防潮性能低下。車站設備基本沒有裝備防雷系統，雷害故障高發。微機監測裝備率低，對設備的養護維修只能依靠維修養護經驗，故障處理分析、數據測試判斷缺乏有效手段。

2 提速的特點和要求

2.1 提速后的速度等級變化

六次提速后既有線鐵路提速分為四個等級，即 200km/h 以上，200km/h～160 km/h，160～120km/h，120km/h 以下。國際通用計算人工確認信號的速度極限為160km/h，200km/h以上為準高速鐵路，350km/h以上為高速鐵路。因此在列車運行速度為120km/h以上是靠人工確認信號顯示已經不能滿足列車運行的安全需要。必須采用速差式自動閉塞、列車運行超速防護系統，并改變人工控車為主的方式為以車載設備控車為主的方式來指示列車運行，才能確保行車安全。

所謂速差就是針對地面線路的不同狀況（過岔、曲線、道岔號碼、運行間隔）給出不同的速度等級定義并有相應的顯示進行對應，顯示中給出明確的出入口速度值，指示列車按上述定義速度值曲線進行運行。

超防系統即列車運行超速防護系統，是指據速差信號的定義速度控制列車自動運行，超過規定速度時自動調整到安全速度等級以下，而不是指簡單的采用停車措施。在高等級（如CTCS3級以上）的運行線路上采用的車載控車系統能根據線路數據和列車前方運行情況自動進行升、降速調整，真正實現無人駕駛功能。

2.2 客貨列車的運行調整

客車提速，增加了客貨車的速度差距。使貨車避讓增多，影響了貨物運輸效率。而接近鎖閉、道口通知距離的延長都按照提速客車的統一標準執行，使低速的貨車接近鎖閉提前、報警距離延長、變更進路的時間有所增加，雖然安全方面有所保證，但貨車低速運行使得瓶頸效應更加明顯。因此在列車運行中特別對既有線客貨混合運輸區段，為避免高、低速列車在運行中的相互制約，在運行圖中將高速客運列車劃分時段進行集中運行。保證了高速列車的通過能力和運行安全。

2.3 技術標準的更新

當列車運行速度突破了800m的制動距離后，信號技術標準明顯不適應。如信號機顯示距離的規定原來《鐵路信號維護規則》規定進、出站等列車信號機的顯示距離為800m以上，提速后為滿足信號確認時間和制動距離需要，要求信號顯示距離提升為1000m；自動閉塞區間牽引距離計算由原來的8min追蹤間隔變更為5min，由此帶來的區間通過信號機必須經過重新定位布點；為防止列車冒進信號后進入解鎖區段對列車信號的接近鎖閉長度進行重新定義，自動閉塞提速區段的信號機接近鎖閉長度不得少于2個閉塞分區，列車運行速度超過200km/h時接近鎖閉長度不得少于3個閉塞分區，站場內信號機不足制動距離時信號顯示的聯鎖關系要求按重復顯示進行重新定義。

重復顯示是指列車進路上相關聯的兩架信號機不滿足制動離時前方信號未開放，禁止后一架信號機開放，稱為部分重復顯示;當兩架關聯信號距離不足400 m時前后兩架信號機的顯示必須相致，稱為完全重復顯示。

2.4 維修體制要求

重點直達旅客列車和動車組的開行對信號設備運用的可靠性、安全性的要求進一步提高，對維修體制的沖擊、修程修制的影響巨大，為解決高速列車運行帶來的人身安全防護和設備安全壓力，必須切實改進單兵作業、零打碎敲的作業方式，設立天窗作業時段進行檢修集中作業，加強設備監測監控、探索合理的養護維修周期、依靠科學手段進行入所修、狀態修是維修工作的根本出路。

2.5 安全壓力進一步提高

高速、重載、高密的運輸壓力對信號基礎設備的要求進一步提高。提速后很多控制模式由原來的人控改為機控，而這些設備大多數為信號設備。可以說信號設備的可靠性是提速安全不可或缺的必要保證。由于提速和非提速區段的交錯布局，新舊制式的交叉運用增加了整個信號系統的安全壓力和復雜性。

3 提速后信號的發展方向

為適應列車提速對信號設備的要求，近年來以提速安全為契機，信號設備技術裝備有了飛躍性的發展，但在以下幾個方面還需要進一步完善和提高：

3.1 信號顯示的發展

（1）信號顯示向速差式發展：現有的速差意義還不十分完善，僅進站信號機能區分道岔直向和側向，出站信號、預告信號應適當增加顯示數目，以區分速度和進路。信號燈機構的顯示方式已不能滿足顯示距離的需要，必須采用組合式新型光源，進一步提高顯示距離。在高速區段應取消固定信號，探索以衛星定位方式實現移動自動閉塞的可能性，最大限度地提高線路通過能力。

（2）機車信號向主體化發展：根據超速防護系統的要求，機車信號必須以更全的覆蓋率、更高的可靠性、更豐富的顯示定義和統一的信息標準來實現速度控制，向主體化方向發展。機車信號設備和車載ATP設備必須有機統一，充分考慮軟硬件冗余，保證設備安全。

（3）擴展機車信號的顯示意義：突破舊有的機車信號與地面信號顯示方式一致的模式，實現機車信號與地面信號顯示意義一致，進一步擴展機車信號的信息量，針對高速線路需求著重發展新型移頻地面發送制式。

3.2 基礎設備的更新

（1）轉轍設備：加快改造三相交流外鎖轉轍機和200km/h提速道岔上道，對大號碼道岔增加多點牽引，加裝密貼檢查器，目的是使尖軌一、二動間10mm得到有效檢查。加裝道岔缺口監測，防止機械退鎖。

（2）道口設備：道口報警距離要按照最高速度來重新計算，采用測速定時報警方式，能使道口關閉時間均衡，避免道口堵塞，高速線路應采用全封閉全立交方式。

（3）軌道電路：隨著無縫線路的擴大使用，應廣泛采用無絕緣軌道電路，取消疊加發碼帶來的軌道電路結合部故障；列車分級速度控制要求軌道電路傳輸的信息量加大；速度提高要求應變時間縮短；為保證機車信號連續傳輸，軌道電路的區段最小長度要適當加長；提高對牽引電流的抗干擾性。根據客運專線調車作業少的特點，站內要適當減少軌道分割數量。

3.3 站內聯鎖設計

（1）接近區段延長：根據速度和制動距離重新計算接近區段的長度，在客貨混線區段的計算機聯鎖應能與TDCS結合，根據不同的列車運行進路設定合理的接近鎖閉條件，兼顧聯鎖安全與效率。

（2）電碼化方式改進：能連續不間斷向機車傳遞信息（采用預發碼制式，渡過軌道電路壓入的繼電器發應時間），具有閉環控制功能（對發送的頻率進行接收并連續檢測，防止信號傳輸過程中的丟失或串擾告警），具備鄰線串碼防護功能（通過接收特定的信息屏蔽鄰線碼），不影響軌道電路正常工作（使用隔離器使軌道電路信息和機車信號通過不同的傳輸通道）。在高速區段應避免采用疊加方式，改用信息一體化的軌道電路制式。

（3）信號顯示關系：原兩架信號機間800m和400m為基礎的信號顯示遞進關系必須根據速度進行重新定義。

3.4 車站聯鎖系統

必須大力發展以高性能工業計算機為基礎具有安全冗余的車站聯鎖設備，以便提供更多的信息，便于聯網和實現區域控制，具有集中監測的功能。要將聯鎖與運行結合起來，大力發展分散自律式調度集中、大型樞紐的區域計算機聯鎖，以及車站區間一體化的站區聯鎖系統設備。提高設備自動化、集中程度。