等級轉換的特殊應用場景分析

田羨寧，洪蘭蘭

(1．北京全路通信信號研究設計院集團有限公司，北京 100070；2．北京和利時系統工程有限公司，北京 100176)

1 問題提出

隨著鐵路網不斷發展，不同的客運專線根據設計速度和實際應用的需求，使用了不同的CTCS等級。為滿足互聯互通的需求，必須在不同線路之間進行CTCS等級切換。國家鐵路局和中國鐵路總公司（原鐵道部）已經頒布了《CTCS-3級列控系統應答器應用原則（V2.0）》（科技運[2010]21號）、《CTCS-2級列控系統應答器應用原則（V2.0）》（科技運[2010]136號）、《CTCS-2/CTCS-3級列控系統等級轉換應用原則（V1.0）》（運基信號[2011]170號）和《列控系統應答器應用原則》（TB/T 3484-2017）的規范，規定通常情況下列控系統等級轉換功能的設計原則，對于保證動車組在不同線路間的安全、高速、平穩運行具有重要意義。筆者在實際工作中發現：在一些特殊場景中，分相區的位置、不同的列車進路以及司機的操作需求等因素都會影響等級轉換設計的方案，而相關規范并未提及或者詳細說明。

以下先對現有原則規范中與等級轉換的相關的內容進行概述。

2 等級轉換的原則概述

1）CTCS-0/CTCS-2等級轉換

《CTCS-2級列控系統應答器應用原則（V2.0）》（科技運[2010]136號）對于C0/C2等級轉換設計的相關內容如下：

“3.5.1.1 等級轉換應答器應包括預告應答器組[YG0/2]和執行應答器組[ZX0/2]，…在C0/C2等級轉換點兩側設置C0-C2、C2-C0的等級轉換預告應答器組，距轉換點的距離應大于列車按等級轉換點處線路最高允許速度運行5 s的走行距離。

3.5.1.2 等級轉換應設置在區間列車較少實施制動的區段，并且該區段內宜避免存在分相區和UU/UUS發碼?！?/p>

由此可見，規范中僅僅說明了C0/C2等級轉換應該避開分相區和降速區域，但是實際工程由于站場結構限制，存在必須設置在有分相區的地方或者降速區域，規范中沒有具體規定。

2）CTCS-3/CTCS-2等級轉換

在《CTCS-2/CTCS-3級列控系統等級轉換應用原則（V1.0）》（運基信號[2011]170號）中對于C3/C2等級轉換設計的相關內容如下：

“4.1.5.1：等級轉換區域線路數據范圍：C3→C2等級轉換點后常用制動距離內C2區與相關車站應納入RBC數據范圍。

5.2.1.2：C2控制單元被“激活”后，應根據C2行車許可及等級轉換點位置信息，實時計算并向C3控制單元報告C2在轉換點的目標速度（若C2的行車許可未越過等級轉換點，則向C2控制單元報告的等級轉換點目標速度值為0），C3控制單元根據C2報告的轉換點目標速度重新計算控車曲線并監控列車向轉換點運行?！?/p>

《列控系統應答器應用原則》（TB/T 3484-2017）中對于C3/C2等級轉換設計的相關內容如下：

“5.3.10.7 CTCS-3至CTCS-2等 級 轉 換 預 告應答器組和執行應答器組間的距離應大于列車由CTCS-3允許速度制動至執行點CTCS-2允許速度的制動距離，再加上該區段線路允許速度運行5 s的距離?！?/p>

由此可見，既有原則規范關于C3→C2等級轉換的內容較為簡略，僅對一般場景具有直接的指導作用，無法滿足一些特殊場景下的功能需求。

以下將對3個特殊場景進行具體分析。

3 特殊場景的分析

3.1 短區間內設置分相區

如果C2→C0或C3→C2的等級轉換失敗，車載設備保持原有等級運行，由于在等級轉換點前車載設備接收的線路數據一般只能滿足動車組從等級轉換點開始以常用制動到停車的制動距離，因此動車組在逐漸減速的過程中可能會因為在分相區內失去動力而停在分相區內，所以等級轉換點通常要盡量遠離分相區。

但是如果在一個必須進行的等級轉換區域存在分相區，則需要根據分相區的位置重新考慮等級轉換點的設置。例如“兩站一區間”的情況，區間沒有信號機或標志牌，兩側的車站設置為不同的列控等級，均為越行車站，不具備手動切換的條件, 區間存在分相區。

本文以穗深城際新塘聯絡線的C0和C2之間等級轉換為例，舉例場景如圖1所示。左邊新塘北站為C0端頭站，右邊新塘站為C2車站，站間距超過1 300 m；線路允許速度是80 km/h。通常設計是按照標準方式布置等級轉換應答器，即設置一組等級轉換執行應答器用于C0→C2和C2→C0雙向的等級轉換，兩側再設置正反向預告應答器各一組，如圖1所示；但是該場景中存在分相區，分相區的長度超過300 m且在該場景中分相區位置靠近線路中段，則無論雙向等級轉換點在分相區的任何一側，都無法滿足等級轉換點前方的制動距離要求，或者等級轉換點位于動車組的速度曲線的降速區域，且應答器不能設置在分相區內，因此需要考慮新的設置方式。

為了解決這個問題，可將C0→C2和C2→C0的等級轉換點分開設置，并將預告應答器與進站應答器或者C0區段的CZ-C0應答器合用，這樣在C2→C0和C0→C2轉換時就有足夠的數據冗余，避免在等級轉換時列車處于制動減速狀態從而導致轉換失敗。

當C0→C2執行應答器前方為分相區時，參照《CTCS-2級列控系統應答器應用原則（V2.0）》的規定，建議執行應答器至斷電標的距離滿足以線路允許速度運行至少10 s，滿足相關規范對于最近的預告分相區應答器的設置要求，在等級轉換完成后動車組有足夠的時間完成規定的自動操作。如圖2中分相區左側的應答器布置所示。

圖2 等級轉換應答器布置示意圖Fig.2 Installation of balises of level transition

根據《車載控制自動過分相系統技術條件》（TB/T 3197-2008）中地面磁感應器安裝位置的規定，兩個地面磁感應器距離中性區的起始位置分別是a=35 m和b=170 m（中高速鐵路），如圖3所示。

圖3 自動過分相裝置示意圖Fig.3 Devices for automatic passing through neutral zone

根據《關于設置高速鐵路電分相標識暫行規定的通知》（鐵運[2011]49號），斷電標設置在距離中性區段起始位置不小于80 m處。

因此當C2→C0執行應答器前方為分相區時，執行應答器的安裝位置建議為距離斷電標大于125m（170+35-80=125）處的軌枕上，同時要考慮避免與磁感應設備互相干擾，保證在等級轉換后有足夠的自動或手動過分相時間。如圖2中分相區左側的應答器布置。

3.2 列車進路上的等級轉換

根據《CTCS-2 / CTCS -3級列控系統等級轉換應用原則（V1.0）》(運基信號[2011]170號)的規定，C3等級的動車組在收到等級轉換預告信息后，會“激活”C2等級控制單元，并根據C2行車許可及等級轉換點位置信息，實時計算并向C3控制單元報告C2在等級轉換點的目標速度，C3控制單元根據C2報告的轉換點目標速度重新計算控車曲線。由此可見，從預告應答器開始，在等級轉換前，C3控制單元會控制車速開始減速至不高于C2控制單元的目標速度，因此預告應答器與執行應答器的距離應大于由（YG-3/2）處CTCS-3的實際速度常用制動至（ZX-3/2）處CTCS-2允許速度的距離，需要指出的是，（YG-3/2）處CTCS-3的實際速度必然是低于允許速度，所以應該按照規范采用允許速度進行制動距離的計算。

舉例場景如圖4所示，該場景來自于中衛南站與中衛南存車場之間聯絡線。其中104#道岔為18號道岔，側向通過允許速度為80 km/h；辦理各個股道發車至SDL的進路時，股道區段的軌道電路發送UUS/UU的低頻信息。

圖4 在進路上進行等級轉換的場景示意圖Fig.4 Scenario of level transition on train routes

雖然聯絡線區間較短，但是根據運營需求必須設置等級轉換點。因為存車場根據規范要求通常是C2等級的站場，所以RBC覆蓋范圍僅能到存車場XDL進路信號機。如果等級轉換預告點和執行點都設置在聯絡線上，則執行點至RBC覆蓋終點的距離無法滿足從執行點處允許速度常用制動到0的制動距離，因此需要在出站有源應答器中根據進路發送等級轉換預告信息。下一步需要判斷是否可以將SDL外方的應答器BSDL作為等級轉換執行應答器。

如果在聯絡線XDL信號機外方設置一處45 km/h的限速區，按照《列控中心技術條件》（TB/T 3439-2016號）文件的規定，各個股道的軌道電路應發UU碼，且出站有源應答器會發送限速45 km/h報文，則發車進路上后臺C2控制單元的頂棚速度都是45 km/h，將一直保持至車尾離開咽喉區，因此BSDL處的頂棚速度為45 km/h。

如果將BSDL作為等級轉換執行應答器，I-3G和I-4G由于是側線股道，C3等級動車組在經過出站應答器以及咽喉區時，線路的頂棚速度均不超過80 km/h，BI-3G、BI-4G至BSDL的距離滿足《列控系統應答器應用原則》（TB/T 3484-2017）中的5.3.10.7節規定的距離要求，可實現等級轉換且不會觸發制動。

但是BXI-I出站應答器組并不符合上述情況。該應答器組位于正線，線路允許速度為160 km/h，而C3控制速度與地面的低頻信息無關，而且以進路順向道岔的岔尖作為變速點，所以動車組以C3等級經過BXI-I出站應答器時的實際速度可以高于道岔側向允許速度80 km/h，而地面專業很難推算具體的實際速度是多少，因此BXI-I至BSDL的距離可能無法滿足從實際的速度制動到45 km/h的制動距離，導致在轉換點處實際速度高于后臺C2的控車頂棚速度，轉換后將觸發制動。

同理，BXI-II至BSDL的距離也可能無法滿足從實際的速度制動到45 km/h的制動距離。

如果按照正線最高速度即從160 km/h制動到45 km/h計算制動距離，雖然可以保證能夠順利完成等級轉換，但是會因為該制動距離過長而聯絡線較短導致等級轉換點過于靠近RBC覆蓋的邊界及XDL信號機，從而使轉換點處車速過低，影響運營效率。

為了簡單計算制動距離同時避免降速，建議按照該進路第一個道岔側向的允許速度計算制動距離；結合本場景，該道岔即為104#道岔。動車組在104#道岔側向通過時，C3控車的實際速度都不會的操作負擔，但是在某些場景下也會干擾司機的操作，此時應根據行車專業的需求修改設計。舉例場景如圖5所示，該場景來自于昆明南站滬昆場的實際站場設計。

圖5 等級轉換影響司機操作的場景示意圖Fig.5 Scenario of driver’s operation affected by level transition

由于C3等級動車組從X/XF口接車進入特定股道后需要轉線去C2等級的站場，因此可以在X/XF口外方的有源應答器根據進路辦理的情況發送C3→C2的預告報文，并將反向出站信號機外方的應答器設置為執行應答器。由于咽喉區較長，道岔側向變速點距離進站信號機較近，所以滿足由（YG-3/2）處CTCS-3允許速度至（ZX-3/2）處CTCS-2允許速度的制動距離。

但是在實際應用中發現，由于動車組的ATP要求司機在等級轉換后5 s內必須按確認鍵確認等級轉換，否則將輸出最大常用制動。而在此場景中，高于80 km/h，因此應以104#岔尖位置為起點計算從80 km/h到45 km/h的制動距離后,重新確定等級轉換執行點的位置。新的轉換執行點位于聯絡線上，可以將原定位應答器補雙后移動至相應位置，作為從I-IG的發車進路的等級轉換執行點；同時應注意執行點與RBC覆蓋終點的距離應滿足線路最高速度制動到0的制動距離。

同理，新的執行點位置也必然滿足從I-IIG的發車進路的等級轉換功能需求，其計算制動距離的起點是106#道岔的岔尖。

3.3 司機操控對標停車

雖然自動等級轉換在大多數情況下減輕了司機該站為始發站，則司機接進股道后必停車；當司機正在進行停車作業時，該確認動作就干擾了司機的操作，容易造成停車對標不準或者觸發制動，影響正常運營，因此在該場景中應取消自動等級轉換功能，改由司機停車后手動轉入C2等級或者在進站前即轉入C2等級。

3.4 總結

針對上述3個場景的分析，本文給出3個設計建議。

1）在短區間進行C0/C2等級轉換時，C2→C0和C0→C2的執行點可分開設置。當等級轉換的位置受到分相區的影響時，C2→C0的執行點距離分相區大于125 m，可以保證手動或自動過分相有足夠的反應時間；C0→C2的執行點距離分相區應滿足以線路允許速度運行至少10 s的長度。

2）在列車進路上進行C3→C2的等級轉換時，如果無法準確判定預告點的實際速度，則執行點的位置可以根據進路第一個側向通過道岔的允許速度計算制動距離，保證在執行點C3控車的實際速度不高于后臺C2的頂棚速度。

3）由于等級轉換需要進行確認操作，因此不適合在司機需要進行對標、停車操作等關鍵操作的區域進行自動等級轉換，可與運營單位協商后改為手動轉換。

4 結束語

本文所介紹的部分僅是等級轉換設計時，在一些較為特殊場景下的處理建議。在工程項目的樞紐、聯絡線等復雜線路，保證運營效率和安全的前提下，仍然需要結合具體的工程項目，進一步積累等級轉換設計的技巧并加深對規范的理解。?