CTCS-2/CTCS-3等級線路引入京津城際工程中列控系統(tǒng)設(shè)計的探討

張 弛

（北京全路通信信號研究設(shè)計院有限公司，北京 100073）

京津城際鐵路是我國設(shè)計建造的第一條時速300?km以上的高速鐵路，信號系統(tǒng)采用德國西門子公司的Simis?W聯(lián)鎖列控一體化系統(tǒng)，結(jié)合ZPW-2000型軌道電路和LKD2-T2型列控中心等系統(tǒng)設(shè)備，補(bǔ)充軌道電路連續(xù)信息，形成了獨特的CTCS-3D級（簡稱C3D）等級列控系統(tǒng)。北京南站作為京津城際的起始站，其C3D等級線路包括城際場和動車走行線，與北京動車段和京津正線貫通。京滬高鐵高速場開通后，需要將城際場與動車走行線接入高速場和普速場，以滿足C3D和CTCS-2（簡稱C2）等級動車組在北京南樞紐中無縫運行的需求。

1 北京南站列控系統(tǒng)

1.1 北京南站及動車走行線

2008年北京南站城際場開通，2009年動車走行線開通，城際場的C3D和C2動車組可經(jīng)動車走行線進(jìn)入北京動車段。2011年高速場開通，C2等級動車組亦通過動車走行線運行至動車段。高速場和城際場均可接發(fā)京滬高鐵的動車組，但城際場不能接發(fā)CTCS-3等級動車組。高速場CTCS-3等級動車組如果發(fā)車至動車走行線，須進(jìn)入C2等級后才可以發(fā)車。北京南站站場示意如圖1所示。

動車走行線區(qū)間布置雙向區(qū)間停車標(biāo)志牌，每個標(biāo)志牌外方布置有源應(yīng)答器組，有源應(yīng)答器由MSTT現(xiàn)場控制單元器控制，發(fā)送標(biāo)志牌防護(hù)方向有效的應(yīng)答器報文，地面軌道電路按照閉塞和進(jìn)路情況發(fā)送相應(yīng)的低頻信息。由于C3D動車組不按照軌道電路發(fā)送的低頻信息運行，所以需要在接近區(qū)段的應(yīng)答器中提前發(fā)送導(dǎo)向安全側(cè)的進(jìn)路信息和限速報文，使動車組在進(jìn)站時能夠?qū)⑺俣瓤刂圃谝?guī)定速度以下。

動車走行線的區(qū)間布置示意如圖2所示。

1.2 北京南站列控系統(tǒng)設(shè)計需求

在C3D列控系統(tǒng)中，西門子MSTT控制有源應(yīng)答器發(fā)送報文，該設(shè)備與Simis?W聯(lián)鎖系統(tǒng)的區(qū)域控制計算機(jī)（ACC）通過ISDN通信連接，從ACC獲取進(jìn)路信息和臨時限速信息。由于MSTT設(shè)備容量限制，最多只能存儲16條不同的報文（不含默認(rèn)報文）。C3D列控系統(tǒng)的限速區(qū)域以閉塞分區(qū)為最小單位。C2列控系統(tǒng)與聯(lián)鎖設(shè)備、臨時限速服務(wù)器通過安全數(shù)據(jù)網(wǎng)連接，限速區(qū)域以m為最小單位，所以需要在限速信息發(fā)送上保證C3D和C2列控系統(tǒng)的一致性。

從動車段發(fā)車的動車組經(jīng)過SD和SDN信號機(jī)去往城際場、高速場和普速場，SD和SDN應(yīng)答器由MSTT控制，所以不可能做到與列控中心控制的應(yīng)答器一樣發(fā)送同等精確描述線路信息的報文。如果考慮將這兩處的應(yīng)答器報文發(fā)送方式改為由列控中心控制，則由于動車走行線上應(yīng)答器報文的冗余關(guān)系，導(dǎo)致動車走行線上所有有源應(yīng)答器都需要改為列控中心控制。否則，列控中心就必須仍然按照C3D的報文體系發(fā)送報文從而失去了修改的意義，同時列控中心也不具備控制同組內(nèi)兩臺有源應(yīng)答器的功能，因此必須繼續(xù)采用原有設(shè)備。

SL6應(yīng)答器報文可以控制從京滬正線接入的C2等級動車組、動車走行線接入的C2和C3D動車組運行至城際場，XZ2應(yīng)答器報文則可將城際場的C2和C3D動車組發(fā)車至京滬正線（僅C2等級動車組）或動車走行線。由于這兩處應(yīng)答器是新增設(shè)備，因此可以由列控中心控制，但是因為要兼容C3D列控系統(tǒng)的需求，所以需要增加發(fā)送C3D報文的控制條件。

北京南站各個站場有不同的運營需求，因此每個站場只會接發(fā)特定的動車組。C3D等級動車組只會在城際場接發(fā)車，不考慮接入普速場和高速場。高速場的動車組去往動車走行線會以C2等級發(fā)車，城際場的動車組可以C3D等級或C2等級運行至動車走行線。

2 臨時限速系統(tǒng)設(shè)計

北京南站高速場的臨時限速由京滬高鐵新設(shè)的臨時限速服務(wù)器管理，與之銜接的動車走行線也納入新設(shè)的臨時限速服務(wù)器統(tǒng)一管理臨時限速。動車走行線的限速設(shè)定為只有一檔45?km/h，且只能下達(dá)3處限速。

動車走行線臨時限速仍按照現(xiàn)有的閉塞分區(qū)限速方式，由京滬高速鐵路CTC調(diào)度臺或北京南站高速場聯(lián)鎖對每個閉塞下達(dá)臨時限速命令。高速場列控中心根據(jù)設(shè)置的臨時限速，對應(yīng)每個閉塞分區(qū)設(shè)置一個臨時限速繼電器，該繼電器常態(tài)處于吸起狀態(tài)，當(dāng)從臨時限速服務(wù)器接收到臨時限速信息后，列控中心驅(qū)動該繼電器落下。

京滬正線臨時限速按照實際里程設(shè)置限速。對于站內(nèi)限速，為了滿足動車走行線有源應(yīng)答器預(yù)告站內(nèi)臨時限速信息，設(shè)置京滬正線站內(nèi)臨時限速繼電器，當(dāng)京滬正線站內(nèi)有臨時限速時，驅(qū)動站內(nèi)限速繼電器落下，進(jìn)站應(yīng)答器組根據(jù)站內(nèi)進(jìn)路發(fā)送進(jìn)路限速報文。

3 C3D與C2報文設(shè)計

在C3D等級的線路運行時，C3D和C2等級動車組根據(jù)接收到的應(yīng)答器報文（ETCS-27包）完成動車組速度控制，臨時限速信息包（CTCS-2包）只提供無限速信息使C2等級動車組保持完全監(jiān)控模式。在提供進(jìn)路信息方面，需要發(fā)送C3D等級動車組所需的移動授權(quán)信息（ETCS-12包）和C2等級動車組所需的C2軌道區(qū)段信息（CTCS-1包），同時滿足兩種等級的列車運行需求。

由于C3D列控系統(tǒng)的限制，相關(guān)應(yīng)答器的報文需要根據(jù)進(jìn)路情況和道岔區(qū)段的限速狀態(tài)來簡單分類，滿足大多數(shù)情況下的控車需求。

3.1 SD與SDN應(yīng)答器報文設(shè)計

由于C3D動車組不能進(jìn)入高速場，且SL4、SL8和SL10只能開放至高速場的進(jìn)路，所以無論SL4、SL8和SL10是否開放，SD應(yīng)答器都會發(fā)送移動授權(quán)為0?m的信息，使C3D動車組停車；C2動車組因不處理移動授權(quán)信息所以不會停車，可按照C2線路數(shù)據(jù)和速度信息行車進(jìn)入高速場。

當(dāng)C2或C3D動車組需要接入城際場時，SL6開放，SD/SDN應(yīng)答器以SL6至城際場最短進(jìn)路長度對應(yīng)股道的出站信號機(jī)為終點發(fā)送移動授權(quán)長度以及至高速場XIIG股道的線路數(shù)據(jù)信息，限速由ETCS-27包按照區(qū)段限速的方式提供，CTCS-2包的臨時限速信息為全進(jìn)路無限速信息。動車組運行至SL6信號機(jī)前，如果開放至城際場，則在SL6信號機(jī)前會收到UU碼和移動授權(quán)報文，動車組會按照上述信息繼續(xù)前進(jìn)。如果SL6關(guān)閉或開放至高速場，則C3D等級動車組只能在SL6前停車，而C2等級動車組可以相應(yīng)的停車或接入高速場。為了節(jié)省報文容量，只要SD至進(jìn)路信號機(jī)的區(qū)段有限速，就將整個進(jìn)路限速，因為列車在北京南必然停車，不需要更加精確的描述限速。

由于容量限制，SD應(yīng)答器只在排列基本接車進(jìn)路時，才能發(fā)出進(jìn)路報文。排列變更進(jìn)路時，只能發(fā)送默認(rèn)報文。

SD應(yīng)答器的報文發(fā)送邏輯如表1所示。

表1 SD應(yīng)答器報文發(fā)送邏輯表

SDN的處理邏輯與SD完全一致。

3.2 SL6應(yīng)答器報文設(shè)計

進(jìn)路信號機(jī)SL4、SL8、SL10由于不會通過C3D動車組，所以相關(guān)應(yīng)答器只發(fā)送C2的接車進(jìn)路信息。如果列車由SL6接車至城際場，列控中心控制SL6應(yīng)答器發(fā)送進(jìn)入各個股道的移動授權(quán)報文和C2線路數(shù)據(jù)，固定限速45?km/h；如果接車至高速場，則發(fā)送移動授權(quán)為0?m的信息（ETCS-12包），使C3D動車組停車，C2動車組按照線路數(shù)據(jù)和限速信息進(jìn)入城際場。

SL6應(yīng)答器的報文發(fā)送邏輯如表2所示。

表2 SL6應(yīng)答器報文發(fā)送邏輯表

3.3 XZ2應(yīng)答器報文設(shè)計

總出站信號機(jī)XZ4、XZ6、XZ8由于不會通過C3D動車組，所以相關(guān)應(yīng)答器只發(fā)送C2的發(fā)車進(jìn)路信息。如果開放至動車走行線的進(jìn)路，由于SD和SDN應(yīng)答器并不會發(fā)送走行線區(qū)間方向的臨時限速信息和移動授權(quán)信息，因此XZ2應(yīng)答器發(fā)送的臨時限速管轄范圍和移動授權(quán)最遠(yuǎn)覆蓋至二離去區(qū)間標(biāo)志牌的同向有源應(yīng)答器，由一離去的區(qū)間應(yīng)答器更新臨時限速。限速信息是根據(jù)閉塞分區(qū)的臨時限速繼電器的狀態(tài)確定，通過速度信息包（ETCS-27包）發(fā)送；C2數(shù)據(jù)則為描述至二離去信號機(jī)的無限速報文。如果開放至京滬高鐵正線的進(jìn)路，則發(fā)送移動授權(quán)為0米的信息和標(biāo)準(zhǔn)C2發(fā)車報文，使C3D動車組不會發(fā)車至京滬高鐵正線，C2動車組可以正常通過。

XZ2的報文發(fā)送邏輯如表3所示。

4 實際運用的情況

在實際運用中發(fā)現(xiàn)，因為MSTT的容量限制，所以SD和SDN的報文都是限定按照基本進(jìn)路提供進(jìn)路數(shù)據(jù)，但是由于車站值班員并不知道MSTT在開放非基本進(jìn)路時會發(fā)送默認(rèn)報文導(dǎo)致列車制動。因此需要提前跟運營單位說明情況。SL6和XZ2應(yīng)答器是由列控中心控制，因此可以避免這種問題。

5 綜述

從北京南樞紐的列控系統(tǒng)設(shè)計中可以看出，由于京津城際使用的C3D列控系統(tǒng)屬于比較獨立的系統(tǒng)，一般難以改造，因此引入客專C2/C3等級線路時，要首先考慮盡量減少C3D列控系統(tǒng)修改的方案。

C3D列控系統(tǒng)的移動授權(quán)采用應(yīng)答器發(fā)送，而C2列控系統(tǒng)是采用軌道電路的低頻信息來發(fā)送前方空閑信息，所以兩者在發(fā)送的信息含義必須保持一致。但是根據(jù)運營需求不同，有時需要發(fā)送特定信息使C3D動車組不會與C2動車組運行同樣的進(jìn)路，或需要補(bǔ)充額外的信息，來彌補(bǔ)C3D列控系統(tǒng)因容量限制導(dǎo)致的無法精確描述的缺陷。

表3 XZ2應(yīng)答器報文發(fā)送邏輯表

C3D列控系統(tǒng)的臨時限速采用限速繼電器觸發(fā)限速報文的方式，而C2/C3列控系統(tǒng)普遍采用臨時限速服務(wù)器。如果出現(xiàn)管轄范圍的重疊，在C3D列控系統(tǒng)無法修改的情況下，可以用臨時限速服務(wù)器采集相關(guān)限速繼電器，并用列控中心按照限定的限速繼電器的控制區(qū)域歸檔并發(fā)送報文。如果不具備采集條件，就需要在確認(rèn)流程上保證限速下達(dá)的一致性。

對于C3D列控系統(tǒng)因限制無法滿足的情況，應(yīng)該提前與運營單位溝通。

[1]劉朝英.京津城際高速鐵路信號系統(tǒng)集成[M].北京：中國鐵路出版社，2010.

[2]科技運[2010]136號 CTCS-2級列控系統(tǒng)應(yīng)答器應(yīng)用原則（V2.0）[S].