地鐵既有線信號系統上疊加點式功能的改造方案設計

陳 通

(大連地鐵建設有限公司，116021，大連//工程師)

大連地鐵3號線全長48.9 km，設12座車站、1個車輛段和1個控制中心。其現有信號系統主要包括調度集中(CTC)系統、列車自動防護(ATP)系統及計算機聯鎖(CI)系統，自2002年開通至今已運行超過15年，達到規定的大修周期及信號設備壽命周期。

1 大連地鐵3號線改造基本情況

1.1 改造需求

大連地鐵3號線為固定閉塞制式ATP 系統，采用階梯式速度曲線控制方式，主要由WG-21A 型無絕緣移頻軌道電路和車載ATP 系統組成。隨著既有信號系統使用年限的增加，設備處于嚴重老化狀態，可靠性下降，故障率高發，已影響到了行車安全和準點率。同時，隨著客流量的不斷增長，現有系統無法縮短列車追蹤間隔。為此，需要對其信號系統進行改造，達到確保運營安全和縮短運營間隔的目的。

1.2 改造內容

基于通信的列車控制(CBTC)系統在既有線改造中具有無可比擬的優勢，它可獨立于既有信號系統設備進行安裝調試和運行。因此，對大連地鐵3號線固定閉塞信號系統的升級改造設計為CBTC系統。

改造的內容包括:聯鎖系統，CTC系統，車載ATPATO設備，電源設備，轉轍機、信號機，車地通信設備材料，控制中心大屏，以及電纜、箱盒和組合設備等。車輛段聯鎖、軌道電路等設備不進行改造。

由于既有信號設備室面積較小，在升級階段無法滿足新、舊設備并存，因此部分設備集中站需要重新規劃設備室，保證至少有70 m2的場地。同時，依據信號設備室和區間設備位置對電纜路徑重新規劃。既有信號系統結構如圖1所示。

1.3 改造原則

改造過程需要平滑過渡至CBTC系統。為了安全高效的完成改造內容，實施中應遵循如下原則：

1) 新系統設備的安裝、調試、系統倒接，以及既有信號系統后期拆解過程中，不應影響線路的正常運營。

2) 既有列車車載設備更新改造時間較長，改造方案需考慮新、舊系統裝備列車的混合運營，列車追蹤間隔應滿足既有系統的需求。

圖1 既有信號系統結構圖

3) 在整個系統倒接過程中，運營時段既有信號系統的控制不會被中斷，系統運營效率不會降低。

4) 在改造過渡期間保證現有的安全運行程度和運行效率，在整個系統過渡階段所有運行列車均有車載ATP防護。

為盡量不影響線路的日常運營，涉及到既有設備和線路的安裝調試工作都需安排在夜間停運后進行。所以，改造實施的基本思路是設置倒接開關/設備，對新、舊設備進行倒接。白天運營時段，倒接開關/設備處于“運營”位置，接通既有信號設備，保證線路日常運營的正常進行；在運營結束后，倒接開關/設備被調至“調試”位置，接通新設備進行調試，直至最終調試完成。

2 地鐵信號系統改造的通常設計方案

2.1 軌旁系統與車載系統進行倒接(方案一)

軌旁系統倒接(如圖2所示)發生于既有系統正常運營模式與新系統CBTC模式之間；倒接過程所涉及的所有階段，系統均具備車載ATP防護。

圖2 軌旁系統倒接方案

車載系統部分調試期間采用新舊設備同時存在的方案，新車載ATP在夜間調試時使用，而白天運營時段使用舊車載ATP。后期系統開通后，將拆除舊車載ATP系統，僅保留新車載ATP系統。其改造順序如圖3所示。

圖3 車載系統改造順序

2.2 車載系統兼容舊設備(方案二)

第一階段對車載系統進行改造，使其兼容既有軌道電路系統，一次性將車載設備改造安裝；第二階段改造軌旁系統，替換既有ATS(列車自動監控)、聯鎖等設備，調試期間進行倒接，實現固定閉塞系統向CBTC移動閉塞系統的平穩過渡。

3 大連地鐵3號線信號系統改造方案設計

上述方案一是地鐵信號系統改造過程中經常采用的一種方法。它的問題在于車載新、舊設備同時存在，需要占用客室的場地較大。同時這種方案是先移除舊機柜，騰出位置留給新機柜，待調試完成開通后再拆舊，車載設備需要拆兩次；此外，人機界面也需要倒切，非調試時段如果倒切，管理有問題，也會影響車輛正常運營。整個改造過程中的難點在于車載設備的更新，因此改造方案應盡量減少這一部分的工作內容。方案二可以一次性將車載設備改造安裝，但是問題在于需要兼容舊的軌道電路設備，這對于一部分系統設備工作量非常大。

考慮到如何盡量減少車載設備的改造工作，同時現有設備系統不必要兼容舊的軌道電路設備，可以采用在既有系統基礎上疊加點式功能的方案：軌旁首先增設信號機及點式信標，舊裝備車仍由既有ATP設備提供防護，新裝備車由新點式ATP提供防護；疊加完成后，配有新舊裝備的列車可同時在線運行和混合追蹤，以支持列車和軌旁的同步改造。為方便運營組織，新、舊裝備車均按信號顯示行車。既有軌旁和車載系統的更新改造，將按照如圖4所示三階段實施。

圖4 疊加點式三階段方案

在既有系統基礎上疊加點式ATP系統，舊裝備車仍基于ATP速度碼進行防護，新裝備車以點式ATP模式運行(如圖5所示)。運行中，既有設備保持不變，維持舊裝備車的運行；新設定位信標和點式信標、出站信號機和必要的區間通過信號機，以支持新裝備車以點式模式運行；利用既有繼電器實現對新設信號機和動態信標的控制；為統一運營組織方式，新、舊裝備車均根據信號顯示，以信號機-信號機閉塞方式運行。

圖5 疊加點式系統列車追蹤示意圖

4 大連地鐵3號線信號系統改造實施設計

4.1 改造步驟

1) 系統設計階段——完成信號系統改造方案的詳細設計、接口設計和現場定測等內容。

2) 安裝調試階段——完成軌旁和車載設備的安裝和靜態調試工作。

3) 動車測試階段——在夜間接通新的軌旁和車載設備進行調試。

4) 新系統試運行階段——完成新系統綜合聯調等各項測試，具備載客試運行條件后，對舊信號設備進行拆除。

4.2 實施設計

4.2.1 軌旁及車載設備改造

軌旁既有信號機、轉轍機、室外線纜及箱盒均需要更新，室內新設ZC(區域控制器)、CI、ATS、維護監測及DCS(數據通信子系統)網絡設備；增加倒切裝置，實現調試階段室外信號機、轉轍機控制的靈活倒切。

既有舊裝備列車需要分批運回車輛廠改造為CBTC裝備列車，然后在非運營時間上線完成點式模式的調試。調試完成的列車，可上線投入運營，與舊裝備列車混合編組運營。

列車改造內容包括：

1) 駕駛臺改造：安裝新的司機駕駛顯示單元TOD、駕駛模式開關、發車按鈕、自動折返按鈕。

該APP是一款針對俄語學習的綜合類APP，內容廣泛，關于考試方面的內容同樣也很廣泛。該軟件提供高考俄語（2004-2018）、公外俄語四級（2000-2016）、公外俄語六級（暫時未提供任何真題）、俄語專業四級（1998-2015）、俄語專業八級（2003-2015）的全部單選真題，并未只針對俄語等級考試而設計。且該APP只能答題，題目下方雖同樣配有解析，但每題的解析需要花費5金幣才可查看，且部分考卷僅對會員開放。

2) 車載機柜替換：按照新的車載機柜尺寸改造底座及固定機構。

3) 增加首、尾端列車線及車端連接器。

4) 換裝新的DF16型6通道速度傳感器。

5) 安裝車、地通信天線及信標讀取天線。

6) 修改CC(中央計算機)與車輛接口電路，如門控電路等。

7) 新設ATO與車輛管理系統(TMS)接口。

4.2.2 調試倒接

在既有防雷分線柜側設置新、舊聯鎖設備控制倒接開關，實現既有轉轍機、信號機的控制倒切；在新設防雷分線柜側設置新舊聯鎖設備控制倒接開關，實現新增信號機和點式信標控制的倒切。倒切裝置安裝如圖6所示，倒切裝置位置如圖7所示。

圖6 倒切裝置安裝示意圖

圖7 倒切裝置位置示意圖

新、舊室內繼電控制電路與室外設備的切換在室內防雷分線柜側完成。

CBTC全系統調試結束、列車改造完畢后，一次性將全線升級為CBTC系統，同時進行開通倒接。倒接工作包括：

1) 拆除倒切開關及相關連線；

2) 既有轉轍機、信號機控制軟線接入新設電纜終端盒；

3) 其余既有設備可在系統倒接開通后逐步拆除。倒接裝置拆除后的系統示意如圖8所示。

圖8 倒切裝置拆除后示意圖

5 結語

地鐵既有線信號系統的改造是一項非常復雜的系統工程，而且通常情況下都要求保證次日線路正常運營，因此新系統的調試、割接等只能在夜間完成，這勢必造成其施工作業時間短、安全風險系數高的情況。因此，合理的方案設計和策劃，是地鐵既有信號系統改造成功的重要因素。疊加點式功能的改造方案，可以減少工作量、縮短施工周期和降低成本，同時不影響地鐵既有線的正常運營。