客運(yùn)專線鄰近車站的分歧道岔信號(hào)控制方案研究

郭大帥

(中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，武漢 430063)

1 問題提出

客運(yùn)專線鄰近車站的分歧道岔與鄰近車站的位置關(guān)系千變?nèi)f化，如圖1所示。分歧道岔（L1/L2/L3）距離鄰近車站短約2 km，長約6 km。

圖1 分歧道岔與鄰近車站的位置關(guān)系Fig.1 Positions of branch turnouts and the adjacent station

分歧道岔是作為車站咽喉區(qū)的一部分，還是被區(qū)間線路所進(jìn)行控制，現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范尚無明確規(guī)定，也無“慣例”指導(dǎo)工程設(shè)計(jì)。

分歧道岔聯(lián)鎖控制方案有獨(dú)立計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖、區(qū)域聯(lián)鎖、遠(yuǎn)程控顯、集中操控4種集中控制方式[1]。

查閱現(xiàn)有研究成果、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范后，發(fā)現(xiàn)影響方案選擇的幾個(gè)重要因素，有的在現(xiàn)有研究中尚未提及、有的需要更進(jìn)一步研究。具體有以下5方面因素：1）分歧道岔直接納入車站聯(lián)鎖方案電纜最大長度；2）方案費(fèi)用（建設(shè)、維護(hù)）；3）不同方案信號(hào)系統(tǒng)可靠度及失效后影響行車的范圍；4）不同方案與調(diào)度區(qū)劃適應(yīng)性；5）不同方案與臨時(shí)限速服務(wù)器（TSRS）、無線閉塞中心（RBC）設(shè)置適應(yīng)性。

2 分歧道岔控制方案及對(duì)比分析

2.1 直接納入車站聯(lián)鎖方案

根據(jù)調(diào)研交流轉(zhuǎn)轍機(jī)廠家情況，轉(zhuǎn)轍機(jī)內(nèi)配置的控制線纜孔徑匹配最大銅線截面積為2.5 mm2。信號(hào)電纜采用銅導(dǎo)線，線芯直徑為1 mm，其截面積近似0.785 mm2。在不考慮改變現(xiàn)有交流轉(zhuǎn)轍機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)前提下，X1～X5每線最多采用3芯信號(hào)電纜（2.5/0.785=3.18）。若通過調(diào)整產(chǎn)品設(shè)計(jì)，擴(kuò)大交流轉(zhuǎn)轍機(jī)控制線纜引入孔、采用大截面積信號(hào)控制電纜（如加粗電纜線徑，單芯4 mm2），相應(yīng)控制電纜的最大長度將顯著增加。由于涉及產(chǎn)品的研發(fā)、認(rèn)證問題，一般工程設(shè)計(jì)不考慮該方案。

交流轉(zhuǎn)轍機(jī)采用每線3芯信號(hào)電纜，控制電纜最大長度計(jì)算如下[2]。

考慮連接線、端子和接點(diǎn)總電阻4.8 Ω（3×1.6 Ω）。

交流轉(zhuǎn)轍機(jī)控制電纜達(dá)到2.3 km后，道岔表示電路問題已有對(duì)策措施[3]。

經(jīng)調(diào)研，道岔信號(hào)控制電纜長達(dá)5 471 m，工程項(xiàng)目已有開通運(yùn)營實(shí)例。考慮掌握的運(yùn)營實(shí)例較理論計(jì)算最大長度（6 280 m）對(duì)工程實(shí)施更具有指導(dǎo)意義，本次研究交流轉(zhuǎn)轍機(jī)控制電纜最大長度暫按5 471 m計(jì)，考慮電纜彎曲系數(shù)、做頭等因素，對(duì)應(yīng)道岔距離信號(hào)樓測(cè)算為5 240 m。

直接納入車站聯(lián)鎖方案擴(kuò)大了“直接納入車站聯(lián)鎖”的適用范圍。

2.2 方案費(fèi)用（建設(shè)、運(yùn)營維護(hù)）分析

2.2.1 建設(shè)費(fèi)用對(duì)比

以某項(xiàng)目線路所進(jìn)行分析，如表1所示。

表1 不同方案建設(shè)費(fèi)用Tab.1 Costs of construction of diあ erent schemes

在工程投入方面，線路所分歧道岔采用直接納入車站聯(lián)鎖方案，投資最節(jié)省，集中操控方案投資最大。

2.2.2 運(yùn)營維護(hù)費(fèi)用對(duì)比

運(yùn)營維護(hù)費(fèi)用主要包括行車、電務(wù)等人力資源費(fèi)用。

以調(diào)研的某車務(wù)段行車人員費(fèi)用成本為樣本，運(yùn)維人員年薪按11萬元/人計(jì)。

不同方案下人力資源配置分析，如表2所示。

表2 不同方案運(yùn)維費(fèi)用Tab.2 Costs of operation and maintenance of diあ erent schemes

2.2.3 建設(shè)、運(yùn)營維護(hù)費(fèi)用對(duì)比

通過以上費(fèi)用分析，按信號(hào)設(shè)備大修期，建設(shè)、運(yùn)營維護(hù)費(fèi)用綜合對(duì)比，如表3所示。

表3 不同方案綜合維護(hù)費(fèi)用Tab.3 Comprehensive costs of diあ erent schemes

2.3 不同方案信號(hào)系統(tǒng)可靠度及失效后影響行車范圍分析

運(yùn)用可靠性理論[4]開展研究。測(cè)算分歧道岔5種不同方案信號(hào)系統(tǒng)可靠度，分析信號(hào)系統(tǒng)失效后影響行車范圍、計(jì)算出不同行車方向的可靠度。

2.3.1 不同方案信號(hào)系統(tǒng)可靠度

對(duì)于不同方案分歧道岔信號(hào)控制系統(tǒng)可靠度計(jì)算如表4所示。

表4 不同方案可靠度Tab.4 Reliability of diあ erent schemes

直接納入車站聯(lián)鎖、區(qū)域聯(lián)鎖方案的可靠度雖然高，但若實(shí)現(xiàn)道岔轉(zhuǎn)換、進(jìn)路辦理等還需考慮其納入車站（車場(chǎng)、線路所）計(jì)算機(jī)設(shè)備部分的可靠度，這樣與獨(dú)立聯(lián)鎖方案可靠度相當(dāng)。

2.3.2 不同方案信號(hào)系統(tǒng)失效后影響行車范圍分析

對(duì)于控制分歧道岔的信號(hào)系統(tǒng)，直接納入車站聯(lián)鎖方案、區(qū)域聯(lián)鎖方案無降級(jí)條件，納入車站（車場(chǎng)、線路所）的聯(lián)鎖設(shè)備可靠度直接決定其能否正常工作。

按滿足行車最低層次功能需求，分析分歧道岔信號(hào)系統(tǒng)底層失效（聯(lián)鎖和室外、室內(nèi)繼電器電路）后影響行車的范圍。

對(duì)照《客運(yùn)專線聯(lián)絡(luò)線道岔聯(lián)鎖集中控制方案研究》的幾種聯(lián)絡(luò)線布局形式，分歧道岔連接正線、聯(lián)絡(luò)線有：1）2線進(jìn)3線出；2）2線進(jìn)4線出；3）構(gòu)成三角形關(guān)系的2線進(jìn)4線出。

分歧道岔所在正線、聯(lián)絡(luò)線一般連接3個(gè)方面（正線前后各一個(gè)、聯(lián)絡(luò)線一個(gè)），如圖2所示，B、C之間連接線路(L選)存在有、無兩種情況。

圖2 分歧道岔正線、聯(lián)絡(luò)線布局形式示意Fig.2 Layout of the branch turnouts, the main line and the liaison line

為便于分析，假設(shè)B、C間可行車，L選存在；故障設(shè)定為分歧道岔連接的車站（A/B/C任一個(gè)）底層聯(lián)鎖故障。

區(qū)域聯(lián)鎖方案： 1）分歧道岔納入A站控制，若A站信號(hào)系統(tǒng)故障，A-B、A-C間行車轉(zhuǎn)人工，B-C行車正常；若B站信號(hào)系統(tǒng)故障，A-B/ B-C間行車轉(zhuǎn)人工，A-C行車正常； C站信號(hào)系統(tǒng)故障與B站故障類似； 2）分歧道岔納入B站控制，若A站信號(hào)系統(tǒng)故障，A-B、A-C間行車轉(zhuǎn)人工，B-C行車正常；若B站信號(hào)系統(tǒng)故障，A-B、A-C、B-C間行車轉(zhuǎn)人工；若C站信號(hào)系統(tǒng)故障，A-C、B-C間行車轉(zhuǎn)人工，A-B行車正常；3）分歧道岔納入C站，控制故障影響范圍類似納入B站。

獨(dú)立聯(lián)鎖方案：若A站信號(hào)系統(tǒng)故障，A-分歧道岔間行車轉(zhuǎn)人工，分歧道岔-B、分歧道岔-C、B-C行車正常；若B站信號(hào)系統(tǒng)故障，B-C、分歧道岔-B間行車轉(zhuǎn)人工，A-C行車正常；C站信號(hào)系統(tǒng)故障與B站故障類似。

遠(yuǎn)程控顯、集中操控與獨(dú)立聯(lián)鎖方案類似。

分歧道岔采用納入無聯(lián)絡(luò)線側(cè)車站（A）區(qū)域聯(lián)鎖方案與采用獨(dú)立聯(lián)鎖方案，當(dāng)A站信號(hào)系統(tǒng)故障時(shí)，由于A-分歧道岔間行的公用部分行車轉(zhuǎn)人工，A-B/A-C行車可靠度均降為0，因此，考慮分歧道岔的功能在于組織A-B/A-C行車，兩方案故障影響視為相同。

分歧道岔采用獨(dú)立聯(lián)鎖方案和采用納入無聯(lián)絡(luò)線側(cè)車站（A）區(qū)域聯(lián)鎖方案，受銜接車站信號(hào)設(shè)備故障影響，行車范圍最小；采用區(qū)域聯(lián)鎖分歧道岔納入聯(lián)絡(luò)線側(cè)車站（B站或C站）控制，納入車站信號(hào)系統(tǒng)故障時(shí)，影響行車范圍最大。

2.4 不同方案與調(diào)度區(qū)劃適應(yīng)性分析

分歧道岔采用獨(dú)立聯(lián)鎖方案、遠(yuǎn)程控顯方案，對(duì)所屬調(diào)度臺(tái)設(shè)置、調(diào)度區(qū)劃分不構(gòu)成限制條件。

分歧道岔采用集中操控方案：分歧道岔所在線路所與放置集控服務(wù)器、操控終端的鄰近車站分別屬于不同的調(diào)度臺(tái)時(shí)，在集控狀態(tài)下需兩個(gè)調(diào)度臺(tái)間交互信息。經(jīng)調(diào)研，目前CTC中心設(shè)備不支持信息交互，因此，此種情況下分歧道岔所在線路所改為獨(dú)立線路所即可，不能采用集中操控方案。

分歧道岔采用區(qū)域聯(lián)鎖方案：分歧道岔納入鄰近車站，當(dāng)所納入車站與分歧道岔正線屬于不同調(diào)度臺(tái)管轄時(shí)，存在 “飛地”情況。經(jīng)調(diào)研，目前CTC設(shè)備支持此種運(yùn)用，但運(yùn)輸調(diào)度部門不接受，認(rèn)為該方案會(huì)產(chǎn)生線上運(yùn)行列車短時(shí)間、頻繁進(jìn)出分歧道岔所在調(diào)度臺(tái)，產(chǎn)生大量調(diào)度員間交接車工作，不合理。

分歧道岔納入正線上相鄰車站區(qū)域聯(lián)鎖，一般情況下，線路所與正線應(yīng)屬于一個(gè)調(diào)度區(qū)劃，能避免聯(lián)鎖方案與調(diào)度區(qū)劃不匹配、“飛地”不合理問題產(chǎn)生大量調(diào)度員間交接車工作。

不同方案與調(diào)度區(qū)劃適應(yīng)性方面，分歧道岔直接納入鄰站聯(lián)鎖與區(qū)域聯(lián)鎖方案存在問題相同。

2.5 不同方案與TSRS、RBC、TCC[5]設(shè)置適應(yīng)性分析

分歧道岔采用獨(dú)立聯(lián)鎖方案、遠(yuǎn)程控顯方案、集中操控方案，對(duì)所屬TSRS、RBC、TCC[6-8]設(shè)置不構(gòu)成限制條件。分歧道岔采用區(qū)域聯(lián)鎖方案：分歧道岔納入正線連接的鄰近車站，對(duì)所屬TSRS、RBC、TCC設(shè)置不構(gòu)成限制條件。分歧道岔納入聯(lián)絡(luò)線連接的鄰近車站時(shí)，分歧道岔及一側(cè)足夠長正線需納入分歧道岔所在調(diào)度臺(tái)，該正線長度需滿足避免TSR跨TSRS傳遞，若為CTCS-3線路,還需滿足不小于動(dòng)車組按CTCS-3最高運(yùn)行速度至0的常用制動(dòng)距離+20 s走行距離的長度。

關(guān)于不同方案與TSRS、RBC設(shè)置適應(yīng)性方面，分歧道岔直接納入鄰站聯(lián)鎖與區(qū)域聯(lián)鎖方案存在相同問題。

2.6 方案優(yōu)先級(jí)分析及評(píng)定

下面從建設(shè)維護(hù)費(fèi)用、可靠度、失效后影響范圍、與調(diào)度區(qū)劃適應(yīng)性、與列控系統(tǒng)（TSRS、RBC、TCC）適應(yīng)性方面，對(duì)5個(gè)分歧道岔的信號(hào)控制方案進(jìn)行綜合分析。

以定性分析為主估分值，每個(gè)方面最高1分、最低5分，得分最少者綜合最優(yōu)，不同方案關(guān)鍵因素估分評(píng)定得分如表5所示。

表5 不同方案關(guān)鍵因素估分評(píng)定得分Tab.5 Scores of evaluation of key factors of diあ erent schemes

表5根據(jù)本文調(diào)研的樣本推算。工程項(xiàng)目千差萬別，在具體工程設(shè)計(jì)實(shí)踐中可參照上述計(jì)算原則及思路，根據(jù)工程情況做綜合優(yōu)先級(jí)評(píng)定分析計(jì)算，計(jì)算結(jié)果可作為分歧道岔信號(hào)控制方案選擇的依據(jù)之一。

3 研究結(jié)論

通過上述研究，形成鄰近車站區(qū)間分歧道岔信號(hào)控制方案研究結(jié)論如下。

1）當(dāng)分歧道岔距離鄰站不超過5.24 km時(shí)，可采用直接納入車站聯(lián)鎖方案。

2）當(dāng)分歧道岔距離鄰站超過5.24 km時(shí)，區(qū)域聯(lián)鎖方案在建設(shè)、維護(hù)費(fèi)用節(jié)省方面最優(yōu)。

3）從減少故障影響范圍、提高經(jīng)分歧道岔行車可靠度方面考慮，分歧道岔優(yōu)先采用納入無聯(lián)絡(luò)線側(cè)車站區(qū)域聯(lián)鎖方案。

4）分歧道岔采用集中操控方案時(shí)，線路所和集控站需納入同一個(gè)調(diào)度臺(tái)；分歧道岔采用區(qū)域聯(lián)鎖方案時(shí)，分歧道岔選擇正線上連接的鄰近車站納入。

5）分歧道岔納入聯(lián)絡(luò)線連接的鄰近車站區(qū)域聯(lián)鎖時(shí)，分歧道岔正線上 TSRS、RBC管轄正線范圍需足夠長，避免TSR跨TSRS傳遞。