土耳其安伊高鐵信號系統ETCS-L1+L2應用研究

常進財

中國土木工程集團有限公司，北京 100038

土耳其安伊高鐵二期項目是中國企業在海外承建的首個高鐵項目，是“一帶一路”倡議的重要支撐項目。該項目由中國鐵建、中機公司和兩家土耳其當地公司組成聯合體承建，項目于2014年7月開通運營，至今已經安全可靠運行6年時間[1]。該項目采用歐洲列車控制系統ETCS，ETCS是一種可靠的技術規范，目前已成為歐洲鐵路的強制性標準，ETCS技術規范的應用使歐洲鐵路實現互聯互通，提高了列車運行安全性[2]。

1 項目概況

安伊高鐵二期工程全長158km，共設5座客運車站，設計運營時速為250km。全線橋隧多占比高，實施難度極大[3]。線路采用雙線有砟軌道，信號系統采用ETCS-L1+L2級，其中ETCS-L1作為后備模式，設主備2套列車調度控制中心，主控制中心位于首都安卡拉（Ankara），備用控制中心位于項目的起點站埃斯基（Eskisehir）。車輛采用西班牙CAF公司提供的6節編組的動車組列車。

2 安伊高鐵信號系統設計方案

2.1 系統架構

安伊高鐵二期工程分兩個階段進行建設，第一階段按照后備模式ETCS-L1進行開通運營。

（1）第一階段，信號系統按照集中式ETCS-L1+TSR（臨時限速）配置，系統構成如圖1所示。

圖1 集中式ETCS-L1+TSR系統構成

（2）第二階段，按照集中式ETCS-L1+L2、TSR系統，在一階段的系統架構基礎上增加了RBC（無線閉塞中心）的配置，ETCS-L1作為后備系統，系統構成如圖2所示。

圖2 集中式ETCS-L1+L2、TSR系統構成

2.2 系統特點

（1）傳統的ETCS-L1列控系統，可變信標設置在信號機前方，LEU（地面電子單元）與前方信號機連接，信標傳輸的速度信息與信號機顯示狀態直接關聯。列車運行過程中，當前方信號機顯示發生變化時，只有在列車通過后才能識別，按照聯鎖系統閉塞分區，列車將按雙區間防護行車，不能實現臨時限速功能[4]。

（2）該項目采用CLC控制器（集中LEU控制），主要的特點是可變信標的速度信息包括TSR通過聯鎖發送給CLC，然后再通過可變信標發送至車載設備[5]。當信號機的顯示發生變化時，聯鎖把列車運行前方的信號機狀態變化通過CLC傳給可變信標（包括預告信標），CLC將選擇最遠MA（移動授權）給到車載列控系統，列車可以按最高的運行速度到達下一個速度變化點，提高運行速度，縮短運營間隔，運行更加平穩，運行效率更高。

（3）該項目中采用DIMETRONIC信號公司FS3000數字音頻軌道電路，只負責軌道占用檢查，不負責速度信息傳送，并具備斷軌檢查功能[6]。

2.3 系統方案設計

（1）采用ETCS-L1+L2，在L1和L2條件都具備臨時限速功能。列車最高運行時速為250km，運營間隔按照4min進行設計。

（2）閉塞區間閉塞分區信號機顯示紅、黃、綠閃、綠四種色燈信號。

（3）閉塞分區按照4.5～6km，接近區段按照1.5～3km設計。

（4）軌道電路采用無絕緣數字音頻軌道電路，頻率分配原則如表1所示。

表1 軌道電路頻率分配

（5）信標組布置原則：每架信號機前布置信標組，包括2臺可變信標（其中1臺用于發送MA，另1臺發送TSR）和1臺固定信標用于傳送坡度和靜態速度曲線等信息。在道岔前安裝預告信標，可以提前告知道岔的位置（直向還是側向）。另外，每10km左右布置包含地理信息的固定信標。

3 該項目信號系統和國內信號系統的區別

（1）ETCS-1與CTCS-2（中國列車控制系統）相比，兩個體系最大的區別在于兩個系統中軌道電路和應答器的功能定義不一樣。E1（ETCS-1）是基于歐標應答器的純點式系統，C2（CTCS-2）是基于歐標點式應答器和連續軌道電路的點連式系統。E1系統中軌道占有檢查裝置僅實現軌道占用、空閑檢查，不承擔向車載設備傳遞行車控制信息功能，因此在E1系統中軌道占有檢查裝置可采用軌道電路，也可采用計軸實現，而無源應答器提供線路基礎數據，有源應答器直接向車載發送列車移動授權。C2系統中軌道電路需要向車載傳遞列車運行前方空閑狀況、進彎出彎、側線速度等信號授權信息，有源和無源應答器向列車發送線路靜態基礎數據和車站動態基礎數據，車載設備根據地面軌道電路和應答器提供的數據自己計算列車移動授權，因此在C2系統必須采用ZPW2000（UM系列）軌道電路[7]。

（2）傳統的E1系統，不需要額外配置地面列控設備，LEU直接從信號機獲取信號授權信息，并依據信號機的顯示狀態來發送對應的報文給車載ATP設備，從經濟性和適用性上來看其更便于在既有國鐵線路上進行E1系統疊加改造。對于集中式E1系統和C2系統，由于LEU等列控設備集中設置于室內，因此需要額外敷設大量的軌旁應答器控制電纜。E1在區間每個閉塞分區入口和車站范圍設置有源應答器，C2僅在車站范圍設置有源應答器，集中式E1有源應答器電纜工程量比C2要多。

（3）由于系統功能定義的差異，E1車載設備不需配置軌道電路的接收天線和接收設備，只需配置應答器傳輸模塊BTM（含接收天線），而C2車載設備需要配置軌道電路和應答器天線和接收設備。C2系統列車可及時連續地獲取運行前方信號授權狀態，相對于E1系統列車只能在固定位置獲取移動授權，從系統安全性、可用性角度來看，C2系統是優于E1系統的。

（4）中國CTCS列控系統設計中充分考慮了與世界主流信號系統制式—ETCS列控系統兼容性的要求，C3級列控系統嚴格按照中國鐵路主管部門正式發布的《CTCS-3級列車運行控制系統系統需求規范》（TB/T 3530—2018）進行相應的開發與測試，該規范與《ETCS系統需求規范》總體需求具有高度兼容性，可實現C3與E2列車的互通運行。C3級列控系統與E2級系統總體設計是基本一致的，為適用中國高速度、高密度、短間隔、跨線運行等的運輸需求，C3級系統增加了C2功能設計，作為其無線通信及RBC故障后的備用系統使用，同時采用了更為先進的設備制動優先的制動減速和停車控制方式，有效降低了司機工作強度，進一步提高了列車的運行安全[8]。

（5）CTCS針對臨時限速功能單獨設計了臨時限速服務器，功能上對臨時限速的速度分檔，下達范圍相比于ETCS更為精細；運營上CTCS臨時限速具備自動校驗、提示下達等功能，可顯著降低車輛運營風險。

4 項目實施的體會和建議

（1）四電專業中缺少配電專業，通信信號系統設備的供電需要從接觸網和沿線村莊電網進行供電，電源可靠性達不到一級負荷要求，對信號系統RAMS（可靠性、可用性、可維護性和安全性）指標產生了不利影響。今后類似的項目，建議沿線配置專用的動力變電所，為通信信號系統提供可靠電力供應。

（2）在項目實施過程中，需要做好接觸網與信號系統軌旁設備安裝位置的協調工作，避免接觸網回流線與信號系統軌道電路之間產生不利影響。另外，軌旁信號機的安裝需要避開接觸網立柱3m以上。

（3）全線沒有貫通地線，軌旁設備接地連接需要在鋼軌上打孔，影響將來鋼軌的更換，建議在將來的項目中，考慮綜合貫通地線，所有通信信號軌旁設備可以連接到貫通地線上。

（4）在項目設計及施工過程中，需要加強與業主、咨詢單位的溝通，特別是適用標準的問題，需要中國企業特別關注，中國的產品多數只滿足中國標準，但國際項目要求滿足相關國際標準，建議中國產品和系統需要做好符合國際標準的認證工作，這樣可以更容易得到海外業主的認可。

當然，有些建議最終是否能夠落地還得根據當地國情及項目資金預算情況來定，例如，安伊高鐵沒有10kV貫通電力系統，通號沿線的設備房都是從接觸網取電，同時在設備房所在地，從市電去引入相關的備用電源，這樣可以節省很多成本；通信信號共用電源系統，后備電池沒有采用膠體電池，而是普通的鉛酸電池，這些做法都是為了降低通號系統建設成本。另外，中國標準對設計方案的審核多用標準核對，產品應用案例審核，這樣比較高效，而歐洲在滿足這些條件的同時還要進行數學計算驗證可用性和可靠性，例如，傳輸系統的故障率計算要細化到板卡模塊，電源系統方面不僅要做功耗計算，還要進行纜線線徑、壓降、電流、升降壓計算。這些對于國內設計人員來說看似煩瑣甚至多余的工作其實也都是為了讓有限的預算資金充分發揮其作用。

5 結束語

列控系統是高速鐵路的“大腦”，ETCS標準在國際市場接受度比較高，雖然中國的CTCS標準已經發展得比較完備，但由于起步較晚及理念的不同，在國際市場還存在一些不適應性。文章通過總結ETCS系統實踐經驗，為今后中國企業在海外實施類似歐標項目提供了經驗，通過與CTCS系統進行對比分析，為中國高鐵核心技術走向國際市場積累了寶貴的經驗，奠定了堅實的基礎。