自動站間閉塞區間C0/C2等級轉換方法研究及應用

謝寶軍，姜錫義

(1.中鐵二院工程集團有限責任公司，成都 610031；2.中國國家鐵路集團有限公司，北京 100844)

1 概述

既有鐵路樞紐環線區間閉塞多為半自動閉塞和自動站間閉塞，僅能滿足速度較低、行車密度小的普速客貨列車的運輸需求。隨著城市綜合交通樞紐的建設，為加強與城市功能有機融合，提高出行效率和換乘體驗，高鐵、城際及市域鐵路需引入既有鐵路樞紐，一般采用CTCS-2級（簡稱C2）列控系統進入既有樞紐站。因此，需對既有樞紐信號系統地面基礎設施升級改造為C2線路，以滿足裝載C2級列控車載設備（簡稱車載設備）的動車組列車運行。改造工程主要內容包括區間閉塞修改為四顯示自動閉塞，地面設置列控中心（TCC）、臨時限速服務器（TSRS）、ZPW-2000系列軌道電路、車站應答器及C0/C2等級轉換應答器等，如圖1所示。

圖1 C0/C2等級轉換點設置示意圖Fig.1 Schematic diagram of C0/C2 level transition

但是部分樞紐站受既有工程條件的限制，如C0 站TDCS升級為CTC，對既有調度所中心影響范圍很大；C0站為6505電氣集中聯鎖，信號站改工程難度大；C0站機械室無空間，無法設置TCC及安全數據網設備等眾多因素，暫無條件升級改造。C0站與C2站區間閉塞仍維持既有自動站間閉塞、區間無軌道電路，C0站不設TCC、接近區段采用25 Hz軌道電路疊加ZPW-2000系列電碼化。為了實現兩種不同列控等級線路間互聯互通，保障車載設備與C0級列車運行監控裝置（簡稱LKJ）之間不停車切換，C0/C2等級轉換應答器只能設于C2站進站信號機接近區段。根據《列控系統應答器應用原則》（TB/T3484-2017）中C0/C2等級轉換應答器設置規定，接近區段依次設置[CZ-C0][FCZ-C0]、等級預告應答器組、等級執行應答器組。其中下行反向和上行正向預告應答器與進站應答器組合并，正線設置出站應答器組（原因詳見后文4.1節內容）。以下行為例，[CZ-C01]盡量設于接近區段邊界處，[CZ-C01]與[CZ-C02]之間距離不小于200 m，[CZ-C02]距離ZX0-2/FZX2-0之間距離大于450 m，YG0-2至ZX0-2/FZX2-0之間距離大于動車組列車運行5 s的距離，既有自動站間閉塞區段線路最高允許速度不超過120 km/h，二者距離按170 m考慮，等級轉換點設置如圖2所示。

該方案與現行列控技術條件標準存在差異，若按常規做法不進行特殊設計，則會出現C2站TCC無法識別接發車方向、接發車時動車組列車觸發制動、等級轉換點處發生制動導致轉換失敗、臨時限速命令下達等一系列問題。以區間自動站間閉塞為例，結合工程實踐，分別從C2站TCC區間方向切換、C0級與C2級轉換車載邏輯及臨時限速等方面進行分析研究，介紹該特殊情況下等級轉換設計方法。該方法已應用于工程建設，可保障車載設備與LKJ之間成功切換，避免觸發制動，一定程度上提高了動車組列車運行效率。

2 C2站區間方向切換

C0站 不 設 置TCC，C2站TCC無 法 通 過 安全數據網與C0站通信完成區間方向初始化；區間無軌道電路，C2站TCC也采集不到區間方向繼電器狀態。因此，C2站TCC不能判定本站接發車方向，繼而造成接近區段軌道電路發碼方向不能隨接發車方向相應改變，而且作為發車方向時，不能控制進站信號機處（含反向）的有源應答器發送臨時限速和線路數據報文，不能滿足列控技術條件的功能要求。

圖2 自動站間閉塞區間C0/C2等級轉換點設置示意圖Fig.2 Schematic diagram of C0/C2 level transition in automatic inter-station block sections

要實現C2站TCC控制接近區段軌道電路發碼方向和進站口有源應答器報文發送功能，首先要解決TCC識別接發車方向的問題，最后解決接近區段發碼通道切換的問題。

2.1 TCC方向判別

C0站和C2站區間閉塞制式為自動站間閉塞，采用64D半自動閉塞電路。通過分析該電路中有關繼電器的時間工作時序，可利用開通繼電器（KTJ）和同意接車繼電器（TJJ）作為車站接發車方向的判定依據。當C2站為接車方向時，TJJ勵磁吸起，KTJ失磁落下；當C2站為發車方向時，KTJ勵磁吸起，TJJ失磁落下。根據列控中心采集規則，進站信號機X口接車為正方向，發車為反方向；進站信號機XN口發車為正方向，接車為反方向。按照鐵路故障—安全的規則，涉及行車安全的關鍵狀態應采用繼電器前接點表示，故進站信號機X口的區間正方向（ZFJ）用TJJ吸起條件，反方向（FFJ）用KTJ吸起條件；進站信號機XN口的ZFJ用KTJ吸起條件，FFJ用TJJ吸起條件，電路如圖3所示。

圖3 ZFJ和FFJ勵磁電路Fig.3 ZFJ and FFJ energizing circuits

但上述無極繼電器勵磁時間短，不能保證TCC采集接發車方向狀態要求。參照《列控中心技術條件》區間軌道電路切換電路，可通過ZFJ和FFJ組合驅動有極方向繼電器（FJ），用它來記錄接發車方向，電路如圖4所示。

由FJ勵磁電路可知，C2站為接車方向時，X方向FJ一直保持反位落下，XN方向FJ一直保持定位吸起；C2站為發車方向時，X方向FJ一直保持定位吸起，XN方向FJ一直保持反位落下。最后TCC通過采集FJ來判定本站接發車方向，完全符合列控中心技術條件TCC方向接口電路原理。

2.2 接近區段發碼通道切換

圖4 FJ勵磁電路Fig.4 FJ energizing circuits

既有C2站接近區段和站內正線采用25 Hz軌道電路疊加ZPW-2000系列電碼化，TCC編碼，接車時接近區段和咽喉區有低頻碼，發車時無低頻碼。正線發車時股道上僅發送L碼。根據《CTCS-2級列控車載設備暫行技術規范》TJ/DW152-2014的規定，正線發車時L碼至無碼，會導致車載設備觸發最大常用制動。

因此，發車時車載設備需在接近區段和咽喉區接收到低頻碼，根據后文4.1節的內容，應發送JC碼，同時在正線接車發碼電路基礎上增加發車發碼通道。該電路設計有兩種方案：一是利用上述FJ切換發碼通道；二是TCC驅動倒碼繼電器（DMJ），用其切換發碼通道，控制發碼方向。

3 C0級轉換C2級方案

LKJ至車載設備切換的場景也就是C2站接車。當列車經道岔側向進入股道時，根據《列車運行監控裝置（LKJ）控制模式設定規范（2015版）》（TJ/DW173-2015）的規定，LKJ接收到UU/UUS碼和司機輸入股道信息后，LKJ的控制模式曲線是以前方進站道岔為停車目標點。當動車組越過等級執行點且接收到轉換命令后，動車組列車由車載設備控制。根據《CTCS-2級列控車載設備暫行技術規范》（TJ/DW152-2014）的規定，在動車組未進入道岔區段之前，車載設備是以進站信號機為停車目標點。

如圖 5所示，以等級轉換執行點為基準，ν2為LKJ允許速度，ν1為車載設備的允許速度。LKJ和車載設備因停車目標點不一致，ν2和ν1的有較大的速度差。ν3為動車組列車實際運行速度，當動車組列車越過等級轉換執行點后，ν3＞ν1，即列車實際運行速度遠大于車載設備允許速度，故車載設備邏輯判定為超速，則觸發緊急制動而停車。

圖5 未設置限速前LKJ和車載設備制動模式曲線示意圖Fig.5 Schematic diagram of braking mode curves of LKJ and onboard equipment without speed limit

解決上述問題的方案主要有：一是無論普速列車還是動車組，以C0/C2等級轉換執行點為限速點，并納入調度命令管理；二是修改LKJ數據，側線接車時停車目標點為進站信號機；三是在行車組織上固定進路方式，即只使用直進彎出或直進彎出進路；四是除普速列車之外，人工控制動車組列車運行至C0/C2等級轉換執行點前，人工控制運行速度至車載允許速度以下；五是要求司機在未越過等級轉換點之前不輸入股道信息。

通過故障條件下對運輸組織的影響以及人工干預存在的安全風險等方面綜合分析，推薦方案一?？紤]限速對其他列車運行時分的影響，限速值檔位設置應根據車載設備在等級轉換執行點處的允許速度而定，長度為50 m考慮，確保允許速度和實際運行速度關系為ν1＞ν2＞ν3。設置限速后，LKJ和車載設備制動模式曲線關系，如圖6所示。

圖6 設置限速后LKJ和車載設備制動模式曲線示意圖Fig.6 Schematic diagram of braking mode curves of LKJ and onboard equipment with speed limit

4 C2級轉換C0級方案

車載設備至LKJ切換場景包括正線直向發車和側線（含正線轉線）發車。

4.1 正線直向發車

因區間無軌道電路，故車載設備制動模式曲線停車目標點為C2站接近區段邊界，動車組在目標速度監視區（TSM）運行，如圖7所示，制動模式曲線1。該區域司機人工實施制動頻繁，動車組通過等級轉換點時，若車載設備正在輸出制動，則不能轉換為C0級，導致動車組停車，待車載設備緩解后方可轉換為C0級。

根據車載設備控制邏輯，正線運行時，若地面無碼（含25.7 Hz（ZP）和27.9 Hz（JC）），且無碼前為允許碼，本案例是L碼，則車載設備輸出最大常用制動；當動車組在反向運行信息包[CTCS-3]描述的反向區段以FS模式運行時，若地面低頻為JC碼，則停車目標點為前方閉塞分區終點。因此，接近區段和咽喉區地面軌道電路發送JC碼，同時在正線設置出站應答器組，TCC控制有源應答器發送[CTCS-3]包。

當動車組越過等級轉換應答器組后，LKJ控制有效，速度監控曲線所需行車參數由LKJ提供，故可按照ZPW-2000系列軌道電路載頻布置規則，將無軌道電路區段依次虛擬為數個有軌道電路信息區段，與站內區段長度之和為從C2站出站信號機至前方C0站進站信號機的距離，并作為[CTCS-3]信息包數據。接近區段和咽喉區發送JC碼及出站應答器發送[CTCS-3]后速度監控曲線如圖7所示曲線2，ν2＞ν1，動車組在頂棚速度監視區（CSM）運行，一定程度上提高了鐵路運輸能力。該方案不僅可保障車載設備和LKJ之間安全平穩轉換，而且可提高動車組運輸效率。

圖7 LKJ和車載設備速度監控曲線示意圖Fig.7 Schematic diagram of speed monitoring curves of LKJ and onboard equipment

4.2 側線發車

根據車載設備側線發車時控制邏輯的規定，車載設備在FS模式下接收到UU/UUS之后，若咽喉區無碼，停車目標點是前方閉塞分區終點。在咽喉區，車載設備將以道岔側向允許速度為固定限制速度監控動車組列車運行，直至運行至出站口接收到進站應答器組數據后，以接近區段邊界為停車目標點重新計算速度控制曲線。同正線直向發車邏輯，可在進站有源應答器發送[CTCS-3]包，區間無軌道電路區段虛擬，作為[CTCS-3]信息包數據，停車目標點為前方C0站進站信號機。

5 臨時限速

根據列控臨時限速技術條件，C0站未設TCC，C2站所屬調度臺無法通過TSRS給C0站所屬調度臺下達臨時限速命令，即C0站不能按照邊界轉換站處理。C2站所屬調度臺管轄范圍內的臨時限速命令按照CTC-TSRS-TCC順序下達。對于管內無法覆蓋的區段，C2站所屬調度臺可與C0站所屬調度臺之間通過電話、傳真等方式聯系確認，由C0站人工下達，但也可不設置限速，具體應根據運輸組織實際需求確定。

對于下行運行方向，C2站TCC單方向臨時限速管轄范圍為CZ-C01/CZ-C02（FCZ-C01/FCZ-C02）有源應答器至BSN-JZ（BS-JZ）有源應答器，再加1個制動距離；對于上行運行方向，C2站BSN-JZ（BS-JZ）有源應答器至ZX0-2/FZX2-0，再加一個線路最高允許速度減速到45 km/h的制動距離，如圖8所示。

圖8 TSR管轄范圍示意圖Fig.8 Schematic diagram of TSR control area

6 結論

隨著高速鐵路以C2級引入既有鐵路樞紐的情況越來越多，對于既有C0站暫無條件升級改造為C2站、動車組列車不能進入C0站的情況，本文介紹的C0/C2等級轉換方法可解決此類問題。主要研究結論如下。

1）C0/C2等級轉換應答器設于C2站接近區段，依次設置等級轉換應答器組，其中[CZ-C0][FCZ-C0]應答器組由C2站TCC管轄。

2）C2站區間方向切換可通過既有64D半自動閉塞電路中的KTJ和TJJ組合邏輯來判別，且正線發車時設計發碼通道，發送JC碼。

3）C0級轉換C2級場景，在等級轉換執行點前設置限速，限速值檔位設置應根據車載設備在等級轉換執行點處的允許速度而定。

4）C2級轉換C0級場景，TCC控制正線出站有源應答器和進站有源應答器組發送[CTCS-3]包；無軌道電路區段虛擬為有軌道電路區段，作為[CTCS-3]信息包數據。

5）C0站不作為邊界轉換站下達臨時限速命令，C2站所述調度臺管轄范圍內的臨時限速命令均通過TSRS下達給C2站TCC；對于管內無法覆蓋的區段，由C0站所述調度臺人工下達，或可不下達。