關于高速鐵路聯鎖延時解鎖的探討

于曉泉

(1．北京全路通信信號研究設計院集團有限公司，北京 100070；2．北京市高速鐵路運行控制系統工程技術研究中心，北京 100070)

1 概述

目前，全國鐵路運營里程已達12萬km以上，其中高速鐵路超過2萬km，超過世界高鐵總里程一半以上。中國已經成為擁有世界最先進的高鐵集成技術、施工技術、裝備制造技術和運營管理技術的國家，擁有全世界數量最多、種類最全，覆蓋200～380 km/h各個速度等級的高速動車。2016年7月15日，兩列中國標準動車組在鄭徐試驗段上進行了420 km/h會車試驗，這是世界上首次進行兩列420 km/h的列車交會試驗，相對速度達到840 km。隨著列車運行速度的提高，為保證列車運行安全，作為信號系統中核心設備之一的聯鎖設備，因其延時解鎖時間參數既涉及行車安全又涉及運輸效率，故也需根據列車運營速度的提高而進行適應性修改。

2 問題分析

聯鎖設置的延時解鎖功能是為了滿足列車（含調車）在信號突然關閉的情況下，保證列車以最高運行速度進行制動并停穩期間，聯鎖保持原有進路處于鎖閉狀態的功能。延時解鎖所需的最短時間取決于列車在接近鎖閉區段，以最高運行速度采取制動至列車停穩所需的最長時間。

《鐵路信號設計規范》針對延時解鎖規定如下。

6.2.14進路或軌道區段的解鎖應符合下列規定：

……

7進路在預先鎖閉狀態時應能辦理取消進路，取消進路時進路解鎖不需延時；

8進路接近鎖閉時應能人工解鎖，人工解鎖應設有延時；

9列車進路接近鎖閉時，人工解鎖的延時時間

1) CTCS-3級區段，不小于按設計速度運行的列車采取最大常用制動措施后在信號機外方停車的運行時間，以及列控車載設備與RBC的最大允許通信中斷時間之和；

2) CTCS-2級區段，不小于按設計速度運行的列車采取最大常用制動措施后在信號機外方停車的運行時間；

3) 其他區段，不小于按設計速度運行的列車采取緊急制動措施后在信號機外方停車的運行時間。

10調車進路接近鎖閉時，人工解鎖的延時時間不小于30 s；

……

由上可知，聯鎖的延時解鎖時間與該區段范圍內所采用的列控系統制式、列車的運行速度、列車的制動性能、線路坡度等有關，也與列車及進路的性質即列車、調車等有關。聯鎖延時解鎖時間越長，其相對安全余量也越大，但對行車效率的影響也隨之加大，為平衡安全與效率之間的矛盾，可依據現有《鐵路信號設計規范》中關于如何確定延時解鎖時間的要求，綜合多種外在制約因素，合理選取延時解鎖的時間參數。

3 方案分析

鐵路信號設計規范中所描述的：“CTCS-3級區段，不小于按設計速度運行的列車采取最大常用制動措施后在信號機外方停車的運行時間，以及列控車載設備與RBC的最大允許通信中斷時間之和。”采用“最大常用制動措施”是為保證列車行車安全的前提下，減少列車因無線超時而實施緊急制動容易引起的“擦輪”問題，因而車載規范規定發生無線超時后，車載設備輸出最大常用制動命令，當列車速度低于CTCS-2級車載模式曲線后，轉為CTCS-2級模式控制列車，但在CTCS-3級模式下如果MA已經越過車站，進站信號機突然關閉，則CTCS-3級車載設備控制列車制動將無法在進站信號機前將速度降至CTCS-2級車載模式曲線以下，故將實施最大常用制動到停車。而“CTCS-2級區段，不小于按設計速度運行的列車采取最大常用制動措施后在信號機外方停車的運行時間；”中的“最大常用制動措施”應改為“緊急制動措施”，否則將增大對運輸效率的影響，原因如下。

接近鎖閉時的進路延時解鎖時間值取決于自信號突然關閉至安全風險消除的時間。當接近鎖閉區段足夠長時，如列車制動到停車時未越過信號機，則安全風險消除的時刻是“停車”；當列車距信號機很近時突然關閉信號，如列車越過信號機，進路將由于軌道區段的占用而處于區段鎖閉狀態，則安全風險消除的時刻是“占用進路”。

如圖1所示，列車處于CTCS-2級模式下在接近鎖閉區段外方運行時，車站列車進路處于預先鎖閉狀態，如果此時取消進路，列車的移動授權將縮回至進站信號機外方，進路將立即解鎖。列車駛入接近鎖閉區段后，車站列車進路處于接近鎖閉狀態，如果此時關閉進站信號，列車的移動授權將縮回至進站信號機外方，車載ATP根據計算判斷列車與進站信號機之間距離是否滿足最大常用制動的距離需求，如果能滿足則ATP通知列車實施最大常用制動措施，如圖2所示；如果不滿足，則ATP通知列車實施緊急制動，如圖3所示。

圖1 列車未占用接近鎖閉區段進站信號突然關閉示意圖Fig.1 Schematic diagram of home signal suddenly closed when the approaching locking section is not occupied by the train

圖2 移動授權突然縮短且滿足最大常用制動需求示意圖Fig.2 Schematic diagram of movement authority suddenly reduced and the requirements of maximum service braking are met

圖3 移動授權突然縮短且不滿足最大常用制動需求示意圖Fig.3 Schematic diagram of movement authority suddenly reduced and the requirements of maximum service braking are not met

由上分析可知，當列車采用最大常用制動時，列車將停在進站信號機外方，接車進路不會被占用，進路可以解鎖；當列車采用緊急制動時，列車將可能越過已經關閉的進站信號機，接車進路可能會被占用，進路解鎖時間應大于列車實施緊急制動從最高運行速度到“0”的時間（其他系統反應時間、時延等此處不做分析），故CTCS-2級模式下，延時解鎖所需的最短時間取決于列車以最高運行速度采取緊急制動所需的最長時間。

動車組制動距離與列車的運行速度、線路坡度、動車組制動性能、ATP的制動模型等相關，動車組的運行速度直接影響列車常用制動距離和緊急制動距離，制動距離的長短又影響是否需要聯鎖進行延時解鎖的條件。如圖4所示，在“0”坡度的情況下，隨著列車運行速度的提高，常用制動距離和緊急制動距離也對應增大，且是非線性關系。

圖4 不同速度下制動距離對比圖Fig.4 Comparison diagram of braking distances in different speeds

由《列車牽引計算規程》TB/T 1407－1998的有關規定可知：列車制動距離Sz等于制動空走距離Sk與制動有效距離Se之和。相應地，最小時間值“tz”也就包括了制動空走距離（Sk）內的運行時間“tk”及制動有效距離（Se）內的運行時間“te”。

其中，制動空走距離（Sk）內的運行時間“tk”：

對于非列控車載設備控車的列車，是指自信號關閉至司機確認信號并采取制動措施的反應時間。

對于由列控車載設備控車的動車組列車，是指自信號關閉至列控車載設備觸發制動、列車開始減速的時間。該“時間”既包括列控車載設備自身的響應時間，也包括列控信息的傳輸時間；在某些故障模式下，還包括最大允許的通信中斷時間。

如表1所示，坡道為-20‰時，為保證列車運行安全，CTCS-3級列控系統與CTCS-2級列控系統延時解鎖時間最小取值如下。

CTCS-3級列控系統運行速度為350 km/h時，按-20‰的坡道取值，其常用制動時間為265 s，車載設備與RBC通信中斷時間為20 s，故延時解鎖時間最小不得小于285 s。

表1 動車組制動耗時估算表Tab.1 Time-consuming estimate table of EMU braking

運行速度提高至400 km/h后，當坡道為-20‰時，其常用制動時間為321 s，車載設備與RBC通信中斷時間為20 s，故延時解鎖時間最小不得小于341 s。

運行速度提高至400 km/h后，當坡道為-20‰，當列車未發生通信超時，其在接近鎖閉區段如果突然進站信號關閉，則車載ATP計算列車至進站信號機間距離是否滿足最大常用制動要求，如滿足則實施最大常用制動，以保證列車停在進站信號機外方，如不滿足則實施緊急制動，此時要求聯鎖在列車停穩前始終處于鎖閉狀態，即要滿足聯鎖延時解鎖時間不得小于313 s。

綜上所述，CTCS-3級列控系統運行速度為350 km/h時，按-20‰的坡道取值，故延時解鎖時間最小不得小于285 s；運行速度為400 km/h時，按-20‰的坡道取值，延時解鎖時間最小不得小于341 s。

《鐵路車站計算機聯鎖技術條件》TB/T 3027—2015規定：

“……

6.1.3.6 辦理取消進路和人工解鎖應符合下列規定：

a）辦理取消進路時應首先關閉信號，檢查進路未在接近鎖閉狀態、信號機關閉且進路空閑后立即解鎖進路，否則進路不應解鎖。

b)辦理人工解鎖時應首先關閉信號，若進路未在接近鎖閉狀態，檢查信號機關閉且進路空閑后立即解鎖進路；若進路在接近鎖閉狀態則延時解鎖進路，接車進路、正線發車進路人工解鎖自信號機關閉時起延時3 min，經由18號以上號碼道岔側向的發車進路人工解鎖自信號機關閉時起延時3 min，其他進路的人工解鎖自信號關閉時起延時30 s，在延時期間持續檢查進路空閑，延時結束后立即解鎖進路。

……

6.2.5 人工解鎖

CTCS-3級線路車站人工解鎖列車進路延時時間，接車進路、正線發車進路和經由18號以上號碼道岔側向的發車進路為4 min，其他側線發車和引導進路為60 s。

……”

由上可知，CTCS-3級列控系統運行速度為350 km/h時，如果按-20‰的坡道取值，要求聯鎖延時解鎖時間不得小于285 s，現有聯鎖延時240 s，已無法滿足列控系統需求；當運行速度提高至400 km/h后，如果按-20‰的坡道取值，要求聯鎖延時解鎖時間不得小于341 s，現有聯鎖延時240 s，更無法滿足列控系統需求。

為保證行車安全，運行速度為400 km/h時，按-20‰的坡道取值，可將CTCS-3級區段聯鎖延時解鎖按動車組ATP生成常用制動曲線實施常用制動的時間520 s，與無線超時20 s的時間之和540 s作為聯鎖延時解鎖的時間參數，但如果接近鎖閉區段內均為-30‰的坡道，則聯鎖延時540 s后解鎖也可能無法滿足安全要求，且考慮一旦發生延時解鎖將對運輸造成較大的影響，故延時解鎖應根據信號機外方接近鎖閉范圍內列車運行的最高時速、實際坡道、列控系統制式、列車制動性能等情況計算出每個車站各架列車信號機所需延時解鎖的實際時間，作為本站聯鎖針對該架信號機在不同情況下的延時解鎖時間。為降低聯鎖延時的復雜程度，也可根據上述計算結果，選擇最長延時解鎖時間作為本站相同類型進路聯鎖的延時解鎖時間。

以進站信號機接近鎖閉區段范圍內運行最高速度為400 km/h，坡道取值-20‰為例，CTCS-3級線路可采用如下原則確定聯鎖延時解鎖時間。

1) CTCS-3級線路車站人工解鎖列車進路延時時間，接車進路、正線發車進路和經由18號以上號碼道岔側向的發車進路為9.5 min（此處未考慮列車可能運行的最高速度為405 km/h），其他側線發車和引導進路為60 s。

2) 當聯鎖已經觸發延時解鎖后，若RBC收到車載ATP的列車停穩信息并確認是該進路上的列車所發，RBC立即向聯鎖提供該進路上列車停穩信息，聯鎖收到此信息后立即解鎖進路。

4 結論

聯鎖的延時解鎖直接關系到列車的行車安全，同時對運輸效率也會產生一定的影響，為在保障行車安全的前提下最大限度提高運輸效率，可根據每個車站的具體情況計算本站延時解鎖的最佳時間，同時采用列車將停穩信息及時提供給聯鎖的方案，平衡好行車安全與運輸效率之間的關系。工程設計需在《鐵路信號設計規范》的指導下，結合站場及區間線路的具體情況、本線運行各種列車的制動距離及制動時間等參數，給出聯鎖設備需進行延時解鎖的時間，聯鎖廠家可根據工程設計提出的具體時間進行數據配置。

建議《鐵路車站計算機聯鎖技術條件》中，對關于人工解鎖時間要求的相關規定進行局部調整，以保證列車行車安全。

5 結束語

到2030年，鐵路網規模將達到20萬km左右，其中高速鐵路約4.5萬km，中國鐵路版圖將基本實現“省會高鐵連通、地市快速通達、縣域基本覆蓋”，高速鐵路網基本連接省會城市和其他50萬人口以上大中城市，實現相鄰大中城市間1～4 h交通圈，城市群內0.5～2 h交通圈。隨著列車運營速度的不斷提升運營密度的不斷增大，在CTCS-3級列控系統的框架下，為保證列車運行安全，車站聯鎖的延時解鎖功能顯得更為重要，確定其延時所需的具體時間也需根據坡道、最高運行速度、車輛類型、車載設備的制動曲線等綜合考慮，針對每個車站甚至每架信號機單獨設置延時解鎖時間也將越來越有意義。