CTCS-3級列控系統在海外高鐵項目的應用探討

全宏宇

(中鐵第四勘察設計院集團有限公司，武漢 430063)

中國高速鐵路列控系統經過近十幾年來的快速發展，逐步構建了成熟完備的列控系統技術體系。

CTCS-3 級列控系統滿足最高運行速度350 km/h、追蹤間隔3 min 的運行需求，保證了列車運行安全，提高了列車運行效率。CTCS-3 級列控系統基于GSM-R 無線通信實現車地信息雙向傳輸，無線閉塞中心（RBC）生成行車許可，軌道電路實現列車占用檢查，應答器實現列車定位，同時以CTCS-2 級列車運行控制系統為后備系統[1]。CTCS-3 級列控系統及接口示意如圖1 所示。

圖1 CTCS-3級列控系統及接口Fig.1 CTCS-3 train control system and interfaces

隨著中國鐵路“走出去”和“一帶一路”倡議的不斷推進，中國企業積極參與海外高速鐵路建設項目，為CTCS-3 級列控系統“走出去”提供了機遇。由于海外高速鐵路項目與國內項目存在一定的差異，因此有必要對CTCS-3 級列控系統在海外高鐵項目的應用進行探討。首先分析CTCS-3 級列控系統在海外項目的應用場景，然后對CTCS-3 級列控系統海外項目應用的相關技術標準的符合性進行分析，最后提出CTCS-3 級列控系統海外應用的技術方案優化建議。

1 CTCS-3級列控系統在海外項目的應用場景

1.1 海外鐵路項目類型及特點

按鐵路建設項目性質分類，海外高鐵項目可以分為獨立新建線、新建線與既有線接軌、既有線改造3 種情形。其中獨立新建線路項目較少，以新建線路與既有線路接軌和既有線改造項目為主。當CTCS-3 級列控系統運用于海外高鐵項目時，則存在以下應用場景。

1）對于獨立新建線，當新建線路采用CTCS-3級列控系統，可以不考慮與既有線路當地列控系統的互聯互通問題。

2）對于新建線與既有線接軌，當新建線采用CTCS-3 級列控系統，需考慮新建線CTCS-3 級列控系統與既有線的列控系統的互聯互通問題。

3）對于既有線改造，當采用CTCS-3 級列控系統，需考慮既有列控系統替換為CTCS-3 級列控系統的過渡方案。在既有線改造過程中，存在兩種列控系統同時存在的情形，需要減少兩種列控系統設備之間的空間沖突、互相干擾等。

與國內高鐵項目相比，海外高鐵項目一般具有速度等級相對較低、行車密度較小、運營維護人員配置較少的特點。

1.2 CTCS-3列控系統應用速度等級選取

根據《鐵路信號設計規范》，國內項目運營速度250 km/h 以上采用CTCS-3 級列控系統，運營速度250 km/h 一般采用CTCS-2 級列控系統，也可以采用CTCS-3 級列控系統[2]。

由于基于無線傳輸行車許可的列控系統比基于軌道電路和應答器傳輸行車許可的列控系統軌旁設備少，因此當CTCS-3 級列控系統在海外項目應用時，可以根據海外項目的特點適當擴大其應用范圍：運營速度200 km/h 及以上一般推薦采用CTCS-3級列控系統；對于部分運營速度160 km/h 鐵路，也可以采用CTCS-3 級列控系統。

2 CTCS-3級列控系統技術標準符合性分析

CTCS-3 級列控系統在海外項目應用，首先要解決的是技術標準的符合性問題，下面從設備標準和應用標準兩個部分分別進行分析[3]。

2.1 設備通用標準

列控系統設備通用標準可以分為環境條件、電磁兼容、RAMS、防雷接地等。海外項目的設備標準一般為EN 和IEC 標準，如表1 所示。

表1 海外項目列控系統設備通用標準Tab.1 General standards of the equipment of train control system for overseas projects

CTCS-3 級列控系統設備的電磁兼容、RAMS、防雷接地標準與IEC、EN 國際標準對應，環境條件、防雷接地標準結合了國內經驗，參考和引用了EN、IEC 國際標準，CTCS-3 級列控系統設備在設備通用標準方面與海外項目是接軌的。

由于海外項目涵蓋的范圍廣，不同地區的環境差異較大。因此，CTCS-3 級列控系統設備通用標準需根據通用國際標準條款以及具體的海外項目要求進行差異比較和針對性調整，以提升CTCS-3 級列控系統設備在海外項目的適應性[4]。

2.2 應用標準

CTCS-3 級列控系統在海外項目應用時，列控系統設備應用標準需考慮與其他信號應用標準的匹配。

海外信號系統的應用標準一般與國內不同，在聯鎖控制原理、信號顯示方面存在差異，其中英國、德國、美國的3 種聯鎖控制原理和信號顯示是最具有代表性的標準制式。CTCS-3 級列控系統在海外項目應用時，應與當地信號系統的制式兼容，滿足當地應用標準要求。

另外，ETCS TSI 是歐盟針對鐵路運輸的互聯互通性技術規范，進入歐盟國家的鐵路產品須取得 TSI 認證。目前ETCS TSI 技術規范也得到了歐盟以外的一些地區認可，因此CTCS-3 級列控系統在海外項目的應用特別是歐盟地區的海外項目需要滿足ETCS TSI 互聯互通性技術規范，取得相應的認證[5]。

3 CTCS-3級列控系統針對海外項目應用的技術方案優化建議

CTCS-3 級列控系統在海外項目應用時，可以根據海外項目的特點對技術方案進行一定的適應性優化。

3.1 后備系統

根據CTCS-3 級列控系統總體技術規范要求，為滿足跨線運行的要求，CTCS-3 級列控系統采用CTCS-2 作為后備系統，無線連接丟失后，列車制動降速后自動采用CTCS-2 級列控系統運行。

同時，CTCS-3 級列控系統可以對行車許可的安全校核，CTCS-3 控制模塊將來自RBC 的行車許可長度與從CTCS-2 控制模塊當前接收到的軌道電路碼序對應的軌道區段行車許可長度進行比較，取較小值作為列車當前的行車許可。

在海外高鐵項目中，一般不存在裝備CTCS-2級列控系統車載設備的列車跨線運行的場景。如果CTCS-3 級列控系統應用到海外項目中，建議CTCS-3 級列控系統可以根據項目需求選擇是否配置CTCS-2 級后備系統。CTCS-3 級列控系統如果不配置后備系統，則可以在現有的CTCS-3 級列控系統基礎上減少車站、中繼站列控中心（TCC）設備，有源應答器及配套軌旁電子單元（LEU）設備等，如圖2 所示，以降低工程投資。

圖2 CTCS-3級列控系統組成（不以CTCS-2級列控系統作為后備系統情形）Fig.2 Composition of CTCS-3 train control system(without CTCS-2 train control system as the backup system)

3.2 列車占用檢查

根據CTCS-3 級列控系統總體技術規范，CTCS-3 級列控系統統一采用軌道電路實現列車占用檢查方式。目前，在海外高鐵項目中，軌道電路或計軸設備是兩種最常用的方式。

軌道電路與計軸設備各自具備優勢和缺點，下面從區段長度、可靠性、可維護性等方面對軌道電路和計軸兩種設備進行綜合比較，比較結果如表2所示。

表2 軌道電路和計軸設備比較Tab.2 Comparison between track circuit and axle counting equipment

可以看出，如果不通過軌道電路傳輸行車許可以及斷軌檢查，計軸設備具有以下優點：

1）區段長度不受限制；

2）受洪水、軌道條件影響較小；

3）軌旁設備少，能源消耗小，成本較軌道電路低。

4）同時，在既有改造中對既有設備的沖突和干擾較小。

因此，在海外高鐵項目中，當CTCS-3 級列控系統不以CTCS-2 級列控系統為后備時，建議CTCS-3 級列控系統將計軸設備作為列車占用檢查可選方式之一。

3.3 設備集中設置于室內與軌旁分散安裝方式

根據目前國內的CTCS-3 級列控系統設備特點，CTCS-3 級列控系統設備機柜一般集中設置于室內，室內設備與軌旁設備均通過電纜進行連接，室內設備與室外設備接口以繼電器居多[6]。設備集中放置于室內，使得設備具有較好的工作環境，同時方便集中維護管理。

在海外高鐵項目中，一般在軌旁控制對象的區域集中設置軌旁控制箱，軌旁控制箱與室內機房采用光纖網絡進行通信。列控系統設備支持設備分布于軌旁的安裝方式，且以全電子接口代替繼電接口，大大減少了設備房屋空間，減少電纜使用量。一方面為施工提供了便利，另一方面降低了工程投資成本。

因此建議CTCS-3 級列控系統及信號設備在現有室內集中為主的基礎上，增加設備分散于軌旁安裝方式，以適應海外項目的應用多樣性的要求，如圖3 所示。

圖3 列控系統設備集中安裝于室內和分散安裝于軌旁兩種方式Fig.3 Diagrams of two methods of installation of the equipment of the train control system:indoor centralized installation and trackside decentralized installation

4 結論

隨著中國企業參與的海外高鐵項目越來越多，為了實現CTCS-3 級列控系統應用到海外鐵路項目，根據海外項目的特點和需求，分析了CTCS-3 級列控系統技術標準的適應性，探討了技術方案優化建議，以將中國制造和中國標準輸出到海外鐵路項目。針對海外項目，CTCS-3 級列控系統應用可以考慮。

1）CTCS-3 級列控系統設備通用標準需根據通用國際標準條款以及具體的海外項目要求進行差異比較和針對調整，以提升CTCS-3 級列控系統設備在海外項目的適應性。

2）CTCS-3 級列控系統設備應用標準需考慮與當地的信號標準制式的兼容，以及部分項目需要進行ETCS TSI 認證。

3）CTCS-3 級列控系統可以根據項目需求選擇是否配置CTCS-2 級后備系統。

4）CTCS-3 級列控系統可以將計軸設備作為列車占用檢查可選方式之一。

5）CTCS-3 級列控系統及信號設備可以增加設備分散于軌旁安裝方式。