地鐵信號系統(tǒng)改造相關(guān)技術(shù)方案淺述

馮曉剛

通號城市軌道交通技術(shù)有限公司 北京 100070

1 引言

截至2018年底，中國已開通地鐵的城市有39個，運營里程達5376.89km。國內(nèi)軌道交通建設(shè)自2010年便進入投產(chǎn)高峰，按照信號系統(tǒng)20年大修，提前4-5年做改造準備來考慮，未來幾年內(nèi)國內(nèi)軌道交通將進入信號系統(tǒng)既有線改造高峰期。既有線改造的關(guān)鍵是改造同時既不影響舊線路的正常運營，又可順利完成新舊線路的安全倒切。

2 改造技術(shù)特點及原則

現(xiàn)階段國內(nèi)地鐵線路面臨改造的基本上都是2000年后建成運營的線路，這個階段的地鐵信號系統(tǒng)主要有兩個特點，①以國外系統(tǒng)為主：由于國產(chǎn)信號系統(tǒng)起步較晚，此階段的地鐵信號系統(tǒng)大都采用國外進口設(shè)備，其中又以歐標系統(tǒng)為主，如果進行國產(chǎn)系統(tǒng)改造，很多設(shè)備可能由于接口標準不同而無法兼容；②信號系統(tǒng)制式存在較大差異：由于最近十年是地鐵建設(shè)的高峰期，地鐵的技術(shù)發(fā)展也日新月異，需要改造的線路可能與當下主流技術(shù)相差很多代，以前預(yù)留的改造條件可能無法滿足現(xiàn)在的需求。

地鐵信號系統(tǒng)改造方案設(shè)計的原則主要有兩點：①避免對既有線路的運營產(chǎn)生影響：為保證城市公共交通正常運行，既有線改造僅能在地鐵停運后的幾個小時內(nèi)進行，且不能對第二天運營造成影響；②盡量降低改造成本：需要將信號系統(tǒng)改造范圍限定在本系統(tǒng)可控范圍內(nèi)，避免對外部接入條件如供電電源、設(shè)備房間等條件的調(diào)整，且既有信號設(shè)備盡量利舊。

3 改造技術(shù)方案

本文對既有線路改造方案的探討主要涉及到以下3個內(nèi)容：銜接站的拆分改造、軌旁信號設(shè)備改造及數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)（DCS）的改造。

3.1 銜接站拆分改造方案

部分早期建設(shè)運營的線路會存在“Y”字型線路，且“Y”字型線路的另外分支（支線）今后還會存在延伸段，并與既有支線貫通運營成為一條新線。如下圖1所示車站上下兩條線路與中間兩條線路需拆解為獨立運營的兩條線路，拆解前信號系統(tǒng)為符合歐洲標準的國外系統(tǒng)，拆解后中間線路采用基于互聯(lián)互通的國產(chǎn)CBTC信號系統(tǒng)。

圖1 拆分車站示意圖

圖1 所示車站既為既有主線經(jīng)過的設(shè)備集中站又為改造支線的終端折返站，為避免支線改造對主線正線產(chǎn)生影響，需將該站的聯(lián)鎖控制區(qū)進行拆分，拆分為主線控制區(qū)（由原聯(lián)鎖設(shè)備控制）和支線控制區(qū)（由新設(shè)的聯(lián)鎖設(shè)備控制），拆解后聯(lián)鎖區(qū)邊界劃分在道岔P2006/P2008以及P2005/P2007渡線之上。

在既有線IBP盤增設(shè)轉(zhuǎn)換按鈕，車站值班人員可通過操作該按鈕及二次確認的方式實現(xiàn)轉(zhuǎn)線作業(yè)。

具體拆分改造方案如下所示：

1)將轉(zhuǎn)換按鈕的閉合節(jié)點串入聯(lián)絡(luò)線P2006/P2008及P2005/P2007道岔控制電路中，轉(zhuǎn)換按鈕常態(tài)未按下時，轉(zhuǎn)換按鈕接點接通道岔P2006/P2008及P2005/P2007的定位，在需進行轉(zhuǎn)線作業(yè)時，主線值班員向支線值班員申請，支線值班人員確認轉(zhuǎn)線條件滿足時按下轉(zhuǎn)換按鈕，此時轉(zhuǎn)換按鈕接點接通道岔反位操縱回路，主線在獲得支線同意后，可單操P2006/P2008或P2005/P2007道岔至反位或辦理經(jīng)聯(lián)絡(luò)線側(cè)向的進路進行轉(zhuǎn)線作業(yè)。

2)圖1中S2010和S2011為支線至正線轉(zhuǎn)線的始端信號機，該信號機在轉(zhuǎn)線時歸屬主線控制，其他時間歸屬支線控制，通過轉(zhuǎn)換按鈕進行切換。如圖1所示，平時S2010和S2011歸屬支線新增聯(lián)鎖控制，轉(zhuǎn)換按鈕未按下，信號機控制電路接通支線聯(lián)鎖系統(tǒng)；當進行轉(zhuǎn)線作業(yè)時，支線按下轉(zhuǎn)換按鈕，轉(zhuǎn)換按鈕接點接入既有主線聯(lián)鎖控制。但需注意，在支線聯(lián)鎖控制信號機時，為不影響主線聯(lián)鎖信號顯示，需將該信號機的DJ狀態(tài)復(fù)示給既有主線聯(lián)鎖，即兩線聯(lián)鎖需同時采集DJ狀態(tài)。

3.2 軌旁信號設(shè)備改造方案

由于目前國外系統(tǒng)與國產(chǎn)系統(tǒng)無法實現(xiàn)互聯(lián)互通，故新系統(tǒng)相關(guān)的ATS、CI、軌旁ATP等設(shè)備均需新增，但室外通用設(shè)備如信號機、轉(zhuǎn)轍機、計軸、站臺緊急停車按鈕、站臺門等可通過設(shè)置倒切開關(guān)的方式實現(xiàn)共用。由于新舊線使用兩套不同聯(lián)鎖設(shè)備，所以共用設(shè)備的倒切應(yīng)在分線柜與組合柜之間進行。

結(jié)合作者在北京地鐵8號線的改造經(jīng)驗，國產(chǎn)應(yīng)答器也符合歐洲標準相關(guān)要求，雙方報文可相互讀取，但由于報文格式不同，雙方車載信號系統(tǒng)均不會處理對方的應(yīng)答器報文，因此兩套應(yīng)答器設(shè)備不會對新舊線列車的報文接收產(chǎn)生干擾，新線應(yīng)答器可按國內(nèi)互聯(lián)互通設(shè)計要求重新布置有源應(yīng)答器和無源應(yīng)答器。新舊系統(tǒng)站臺區(qū)應(yīng)答器布置位置可能與既有線存在沖突，如新系統(tǒng)站臺區(qū)精確停車應(yīng)答器無法滿足安裝要求，可在改造過程中先在站臺端部僅設(shè)置1個精確停車應(yīng)答器，用于調(diào)試ATP的停準功能，待既有應(yīng)答器拆除后再補充布置另一個精確定位應(yīng)答器，用于調(diào)試ATO功能。

3.3 DCS設(shè)備改造方案

DCS子系統(tǒng)有線網(wǎng)絡(luò)采用基于802.3標準的骨干網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，其網(wǎng)絡(luò)擴展非常容易，在改造過程中可利用既有網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備及備用芯線組網(wǎng)，也可單獨增設(shè)網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備利用備用芯線組網(wǎng)，在新系統(tǒng)開通后，既有系統(tǒng)使用的光纖可作為新系統(tǒng)的備用芯線，但考慮到既有光纖備用芯線存在不可用情況，一般建議有線網(wǎng)組網(wǎng)的光纜單獨敷設(shè)。

無線網(wǎng)絡(luò)在目前國內(nèi)新建項目中基本上均采用LTE方案，與既有線采用的WLAN方案頻段相互獨立，互不影響。

4 小結(jié)

改造工程不得影響既有線路的正常運營，且改造作業(yè)時間短，作業(yè)空間受限，在方案設(shè)計過程中需要充分考慮既有設(shè)備、既有站房、既有接入條件的局限性。隨著國產(chǎn)化率及互聯(lián)互通技術(shù)的普及，國產(chǎn)互聯(lián)互通系統(tǒng)改造國外系統(tǒng)的需求會越來越多，本文的技術(shù)方案依托的互聯(lián)互通CBTC技術(shù)也將具備一定的普適性。