高鐵信號工程相鄰軌道電路相同基準載頻布置的研究

邵樂樂，聶 磊，陳 濱

(北京和利時系統工程有限公司，北京 100176)

引言

高速鐵路列控系統是鐵路安全的重要保證。中國借鑒了歐洲列車控制系統(European Train Control System， ETCS)[1]結合中國鐵路的實際情況形成了中國列車控制系統(Chinese Train Control System， CTCS)體系。

列車運行控制系統CTCS包括地面列控系統和車載列控設備兩部分。CTCS-2級列控系統基于軌道電路、點式應答器向車載傳輸列車運行許可信息，采用目標-距離模式監控列車安全運行。列控系統的運行許可信息作為列車行駛的憑證，是高速列車安全運行的保證[2-4]。

2004年原鐵道部發布了《CTCS技術規范總則(暫行)》[5]，在總則指引下，中國鐵路逐步完善了CTCS列控系統的技術標準，形成從總體方案、設計、生產、測試、施工、驗收一系列標準，為CTCS系統在中國高鐵的運用起到保駕護航的作用[6-8]。

截至2019年年底，我國高鐵開通運營里程將達3.5萬km，CTCS系統在實踐中得到普遍運用，目前，CTCS系統各種標準滿足了高鐵列控系統從設計、施工、開通到運營維護全生命周期的要求[9-11]。

然而，在某些工程的特殊情況，尤其是樞紐引入時，設計規范沒有涵蓋所有情形，此時，工程設計人員需要結合列控產品的技術要求，在保證地面系統的可靠工作外，同時滿足車載列控設備的要求。

1 問題提出

在CTCS-2級列控系統中，移頻軌道電路是地面列控系統的基礎設備。移頻軌道電路載頻布置是工程設計的重要環節。高速鐵路接入樞紐或復雜站場工程，會出現相鄰移頻軌道電路相同基準載頻的情況。例如大西線高速鐵路與既有何寨站接軌(圖1)，在何寨站進站信號機處布置了相同基準載頻。相關列控數據按照相同基準載頻進行配置，數據的驗證、靜態測試、現場靜態驗收均正常。在何寨站車地系統聯調聯試時，排列了SN信號機至IG的正線接車進路，列車車載因何寨站進站信號機處相同基準載頻觸發最大常用制動。

圖1 何寨信號平面示意

在聯調聯試過程中發現此類問題時，需要重新變更信號平面布置及列控原始數據，原始數據變更又會導致列控軟件數據重新編制、軌道電路調諧單元重新布置、使用單位重新驗證與確認等一系列變更，耗費人力、物力，增加工程投資。

工程設計階段應結合車載ATP系統統籌考慮區間及站內移頻軌道電路的載頻布置，遇到區間及站內相鄰移頻軌道電路相同基準載頻的場景，應結合地面軌道電路及列控車載控制邏輯進行分析。

2 車載設備對移頻軌道電路處理邏輯分析

2.1 移頻軌道電路地面基準載頻配置原則

目前，高鐵軌道電路一般采用ZPW-2000系列移頻軌道電路。根據技術條件規定，ZPW-2000系列移頻軌道電路共有4種基準載頻：1 700，2 000，2 300，2 600 Hz。基準載頻派生-1型載頻及-2型載頻。相同載頻是基準載頻和派生類型均相同。

機械絕緣節兩側區段應采用不同載頻軌道電路，如：1700-1；2300-1或1700-1；1700-2。

電氣絕緣節兩側區段應采用不同基準載頻的軌道電路，如：1700-1；2300-1。

區間車站軌道電路載頻類型應統籌布置，下行按照1700-1，2300-1，1700-2，2300-2排列，上行按照2000-1，2600-1，2000-2，2600-2排列。

車站下行股道(到發線)應采用1 700 Hz及2 300 Hz基準載頻；車站上行股道(到發線)應采用2 000 Hz及2 600 Hz基準載頻。

站內軌道電路基準載頻不能交錯排列情況在目前設計規范中沒有明確規定。

2.2 車載ATP軌道電路邊界切換邏輯分析

軌道電路的邊界采用不同載頻是為防止軌道電路絕緣破損失效，而對車載ATP設備來說通過地面絕緣節時，解析不同的基準載頻，來更新車載定位在股道電路的邊界，不區分移頻軌道電路的-1、-2型載頻。

車載ATP能夠通過基準載頻變化來確定自身從一個軌道電路運行到了另外一個軌道電路上，同時更新自己所處軌道電路邊界，以便正確計算MA。如圖2所示，當車載ATP鎖定2 300 Hz的基準載頻后，立即更新自身所處的軌道電路邊界。

圖2 車載設備軌道電路邊界切換邏輯(一)

2.3 相鄰軌道區段不同基準載頻的軌道電路邊界切換

列車越過應答器后，根據D_SIGNAL距離且判斷出經過軌道電路絕緣節后，更新列車所處軌道電路的邊界。車載判斷經過絕緣節的邏輯如下：當列車運行到D_SIGNAL-X處時，VC(車載安全計算機)將開始同時接收、解調[CTCS-1]包信息中所描述的TC1(1 700 Hz)和TC2(2 300 Hz)所指定的基準載頻，當列車接收到TC2(2 300 Hz)的基準載頻時，判斷列車經過絕緣節。列車判斷自身在區間時，X取值為100 m；列車判斷自身在站內時，X取值為50 m。如圖3所示。

圖3 車載設備軌道電路邊界切換邏輯(二)

2.4 相鄰軌道區段相同基準載頻的軌道電路邊界切換

如果相鄰軌道區段相同基準載頻，列車是無法通過基準載頻變化判斷自身越過絕緣節的，也就無法通過基準載頻變化更新軌道電路邊界。那么在相同基準載頻下，車載對于更新軌道邊界是按如下邏輯處理的：車載判斷列車越過應答器后運行D_SIGNAL距離再走行X強制更新軌道電路邊界。列車判斷自身在區間時，X取值為100 m，列車判斷自身在站內時，X取值為50 m。

結合車載ATP軌道電路邊界切換邏輯分析，從車載ATP控車邏輯對相鄰軌道電路相鄰載頻的場景進行分析研究。

3 相鄰軌道電路相同基準載頻場景問題研究

3.1 對ATP正常控車有影響的相鄰軌道電路相同基準載頻布置

3.1.1 接近區段與接車咽喉區相同基準載頻

圖4 相鄰軌道電路同基準載頻場景(一)

如圖4所示，站場相同基準載頻場景為接近區段與接車咽喉區設置相同基準載頻，分別為 1700-1，1700-2，地面排列X至IG接車進路，軌道電路發送U碼，接車咽喉區段、股道發送HU碼。

車載ATP根據應答器接收的[CTCS-1]信息包，獲得接近區段基準載頻信息及軌道電路長度Lm。ATP結合應答器報文信息與基準載頻變化判斷進入接近區段，在接近區段上解析軌道電路低頻信息U碼并按照U碼計算目標停車點在XI出站信號機前方一定安全距離處。

列車繼續前行，由于接近區段與接車咽喉區同基準載頻，ATP不能根據基準載頻變化的方式及時判斷自身是否駛入咽喉區端，當動車組運行于咽喉區段前100 m內時，ATP判斷自身仍然處于接近區段上。但是ATP解析軌道電路低頻信息為咽喉區的HU碼。ATP結合自身位置(接近區段)及低頻信息HU碼，將目標停車點縮短至X進站信號機前方一定安全距離處，ATP判斷自身位置超出目標停車點而施加緊急制動，導致動車組停車。

3.1.2 股道與發車咽喉區相同基準載頻

如圖5所示，站場相同基準載頻場景為股道與發車咽喉區設置相同基準載頻，分別為 2300-1，2300-2，地面排列XI至SF發車進路，二離去區段有車占用，股道軌道電路發送U碼，發車咽喉區、離去區段發送HU碼。

圖5 相鄰軌道電路同基準載頻場景(二)

車載ATP應答器接收的[CTCS-1]信息包獲得股道基準載頻信息及軌道電路長度Lm。ATP結合應答器報文信息與基準載頻變化判斷進入股道區段，在股道上解析軌道電路低頻信息U碼并按照U碼計算目標停車點在一離去末端通過信號機前方一定安全距離處。

列車繼續前行，由于股道與發車咽喉區相同基準載頻，當動車組運行于發車咽喉區段前100 m內時，ATP判斷自身仍然處于股道上。但是ATP解析軌道電路低頻信息為發車咽喉區的HU碼。ATP結合自身位置(股道內方)及低頻信息HU碼，將目標停車點縮短至XI出站信號機前方一定安全距離處，ATP判斷自身位置超出目標停車點而施加緊急制動，導致動車組停車。

3.1.3 側線股道布置有源應答器，接車咽喉與側線股道相同基準載頻

根據《列控數據管理暫行辦法》等規范[12-16]“列控工程數據表格式及填寫說明”中1.6節第8項的規定，“報文編制時，一個閉塞分區內含多個區段，且相鄰軌道區段載頻相同(僅區分-1和-2載頻)，則軌道區段應合并填寫”。因此JZ報文在描述圖6中的同基準載頻場景時，將接車咽喉區和股道描述為一段軌道區段。

在圖6情景中辦理3G側線通過進路時，JZ應答器中[CTCS-1]描述軌道電路終點信號機類型是帶有源應答器的出站信號機(0111b)。300H型車載ATP經過FCZ應答器時，收到包含d_signal=0的[CTCS-1]包且判斷距離進站信號機絕緣節大于100 m，會將FCZ應答器識別為CZ應答器。由于FCZ應答器較CZ應答器缺少坡度信息，車載判定側線出站應答器丟失，轉入部分模式，并觸發最大常用制動至停車。

圖6 相鄰軌道電路同基準載頻場景(三)

3.2 車載ATP正常控車無影響的相鄰軌道電路相同基準載頻布置

3.2.1 側線咽喉區相同基準載頻

在咽喉區移頻軌道電路(一般絕緣節兩側沒有布置應答器)，此時布置相同基準載頻對車載ATP控車沒有影響。

如圖7所示，以上站場有兩種載頻排列方式，第二種方案雖然不存在相鄰軌道電路相同基準載頻的情況，但是卻存在相鄰股道相同基準載頻的問題，存在鄰線干擾的安全隱患。第一種方案存在相同基準載頻，而對軌道電路還是車載ATP卻均無影響，因此，圖7中第一種方案為最佳設計方案。

圖7 相鄰軌道電路同基準載頻場景(四)

3.2.2 側線股道無有源應答器，接車咽喉和側線股道相同基準載頻

如圖8所示，當側線股道上沒有布置應答器或者僅布置了無源應答器時，接車咽喉區與側線股道同基準載頻對車載ATP正常控車無影響。

圖8 相鄰軌道電路同基準載頻場景(五)

4 結論

CTCS系統在我國高鐵有廣泛的應用，各種標準基本滿足工程建設的需要。隨著各種工程經驗的積累，列控標準可以進一步細化及明確。移頻軌道電路的應用情況比較復雜，在今后工程中也需要進一步規范、統一[17-21]。

目前，高速鐵路工程設計規范中沒有明確規定軌道電路相同基準載頻排列的具體要求。從車載ATP邏輯的角度，分析了地面列控系統中軌道電路相同基準載頻布置對車載列控系統的影響，并提出解決方案，避免將此類設計問題遺留到車-地聯調聯試階段，為同類工程設計提供借鑒和指導作用。