基于虛擬信號的場間大號碼道岔聯(lián)絡(luò)線RBC切換方案

武汝涵，劉長波

（1.中國國家鐵路集團(tuán)有限公司工程管理中心，北京 100038；2.北京全路通信信號研究設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，北京 100070）

1 概述

有的樞紐車站設(shè)有兩個高速場，均采用CTCS-3級列控系統(tǒng)，場間設(shè)有1/42大號碼道岔聯(lián)絡(luò)線，聯(lián)絡(luò)線設(shè)計(jì)速度160 km/h，經(jīng)大號碼道岔聯(lián)絡(luò)線跨場通過進(jìn)路屬于常用進(jìn)路。在研究這種特殊站場信號系統(tǒng)方案時，為確保通過效率，首先要滿足各型車載設(shè)備均以設(shè)計(jì)速度160 km/h正常通過大號碼道岔聯(lián)絡(luò)線；其次，要統(tǒng)籌建設(shè)時序、資產(chǎn)屬性、故障影響面及控車平穩(wěn)性等因素合理確定聯(lián)絡(luò)線列控方案。本文介紹基于虛擬信號的場間大號碼道岔聯(lián)絡(luò)線RBC切換方案，希望能為高速鐵路信號工程設(shè)計(jì)工作提供有益借鑒。

某樞紐車站有兩個高速場，設(shè)計(jì)速度350 km/h，均采用CTCS-3級(簡稱C3）列控系統(tǒng)，場間設(shè)有1/42大號碼道岔聯(lián)絡(luò)線，如圖1所示。

圖1 場間設(shè)有大號碼道岔聯(lián)絡(luò)線示意Fig.1 Schematic diagram of large-number turnout connection line between yards

2 場間聯(lián)鎖分界必須采用虛擬信號

能否以設(shè)計(jì)速度160 km/h正常通過大號碼道岔聯(lián)絡(luò)線，場間聯(lián)鎖分界方案至關(guān)重要。以下行聯(lián)絡(luò)線為例，分兩種方案進(jìn)行探討。

2.1 設(shè)置實(shí)體列車信號機(jī)

圖1中XII至SYF距離為1 844 m，可以在坐標(biāo)1315處設(shè)并置的實(shí)體列車信號機(jī)XC4和SC4，XII至XC4距離為994 m，SYF至SC4距離為850 m，如圖2所示。

圖2 聯(lián)鎖分界處設(shè)實(shí)體列車信號機(jī)示意Fig.2 Schematic diagram of physical train signal at interlocking boundary

設(shè)置實(shí)體列車信號機(jī)XC4后，辦理下行方向跨場通過進(jìn)路時，兩組大號碼道岔226#、102#設(shè)在了兩條列車進(jìn)路內(nèi)。這種方案從單純信號顯示方案角度似乎可行，但在確保大號碼道岔側(cè)向通過速度方面存在問題。此時226#大號碼道岔應(yīng)答器組DD無論是描述226#為大號碼道岔還是102#為大號碼道岔，都不能滿足全進(jìn)路160 km/h通過運(yùn)行的要求。

1）DD應(yīng)答器組描述226#為大號碼道岔時將觸發(fā)緊急制動

若DD應(yīng)答器描述到大號碼道岔的距離為XII信號機(jī)，即將226#視為大號碼道岔，則車載會在XII信號機(jī)前控制速度降到160 km/h。但是車載越過XII信號機(jī)后，車載大號碼信號變?yōu)闊o效，默認(rèn)前方102#為1/18道岔，車載會按照XC4信號機(jī)80 km/h的目標(biāo)速度控車，XII到XC4間距離不滿足160 km/h到80 km/h常用制動距離要求（平坡約1 700 m），將觸發(fā)緊急制動。

2）DD應(yīng)答器組描述102#為大號碼道岔

若DD應(yīng)答器描述到大號碼道岔的距離為XC4信號機(jī)，即將102#視為大號碼道岔，車載設(shè)備在XII信號機(jī)外方閉塞分區(qū)收到UUS碼，將默認(rèn)226#為1/18道岔，按照XII信號機(jī)80 km/h的目標(biāo)速度控車。越過XII信號機(jī)后，再按照XC4信號機(jī)160 km/h的目標(biāo)速度控車，無法發(fā)揮226#大號碼道岔作用，降低通過效率。

3）聯(lián)絡(luò)線不宜停車

場間設(shè)置大號碼道岔聯(lián)絡(luò)線的主要目的是辦理側(cè)線通過進(jìn)路，場間聯(lián)鎖分界處若設(shè)置實(shí)體列車信號機(jī)，信號機(jī)關(guān)閉時列車可能在聯(lián)絡(luò)線停車，則大號碼道岔失去作用；若將XC4與XII設(shè)計(jì)為紅燈重復(fù)，則實(shí)體列車信號機(jī)失去意義，可以取消。聯(lián)絡(luò)線不宜停車，即便XII至XC4間滿足160 km/h到80 km/h常用制動距離要求，場間聯(lián)鎖分界處也不宜設(shè)實(shí)體列車信號機(jī)。

2.2 設(shè)置虛擬信號

虛擬信號技術(shù)基于計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖控制邏輯，在實(shí)際未設(shè)信號點(diǎn)時，在特定位置設(shè)置計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖邏輯判斷點(diǎn)，用以完成特定場景應(yīng)用，該技術(shù)在場間分界場景已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。

由于距離較近，為簡化信號機(jī)及大號碼道岔應(yīng)答器組設(shè)置，滿足以160 km/h跨場通過運(yùn)行的要求，將兩組大號碼道岔設(shè)置在同一條列車進(jìn)路內(nèi)，場間聯(lián)鎖分界采用虛擬信號方案，如圖3所示。

圖3 聯(lián)鎖分界處設(shè)虛擬信號示意Fig.3 Schematic diagram of virtual signal at interlocking boundary

綜合上述分析，一站多場、跨場通過進(jìn)路設(shè)有連續(xù)大號碼道岔時，場間聯(lián)鎖分界處設(shè)置實(shí)體列車信號機(jī)不滿足跨場通過進(jìn)路以設(shè)計(jì)速度160 km/h運(yùn)行的要求。由于聯(lián)絡(luò)線較短，為簡化信號機(jī)及大號碼道岔應(yīng)答器組設(shè)置，確保通過速度，應(yīng)將兩組大號碼道岔設(shè)置在同一條列車進(jìn)路內(nèi)，兩組大號碼道岔間不得設(shè)置實(shí)體列車信號機(jī)，場間聯(lián)鎖分界應(yīng)采用虛擬信號方案。

3 兩個高速場合用一套RBC

當(dāng)兩個車場工期同步時，為確保跨場通過進(jìn)路C3貫通，減少不必要的RBC切換和C3→C2級間切換，采用兩個高速場合用一套RBC設(shè)備的方案。

優(yōu)點(diǎn)：辦理跨場通過進(jìn)路時不需進(jìn)行RBC切換，有利于保持控車平穩(wěn)性。

缺點(diǎn)：兩個場共用一套RBC設(shè)備，故障影響面較大。當(dāng)RBC設(shè)備故障時，兩條線均受影響。該站RBC需與兩條線共4個相鄰RBC接口，達(dá)到上限。當(dāng)圖3中預(yù)留線路接入時，不具備C3接入條件，只能采用C2接入方案。當(dāng)兩條線資產(chǎn)屬性不同時，合用RBC設(shè)備方案不利于清晰劃分資產(chǎn)界面。

是否采用該方案，應(yīng)慎重研究，充分征求運(yùn)營維護(hù)單位意見。

4 兩個高速場分設(shè)RBC時C3→C2級間切換方案

如果兩個車場工期不同步，一個車場先開通運(yùn)營，另一個場工期滯后約兩年。若仍然合用RBC，新建車場接入既有RBC引起的相關(guān)動態(tài)驗(yàn)證工作多在天窗點(diǎn)進(jìn)行，實(shí)施難度非常大，影響范圍廣，安全風(fēng)險(xiǎn)高。因此，當(dāng)工期不同步時，兩個高速場宜單獨(dú)設(shè)置RBC。

根據(jù)《高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范》（TB 10621-2014）14.4.11規(guī)定，RBC切換點(diǎn)應(yīng)設(shè)置在閉塞分區(qū)分界點(diǎn)處。由于場間聯(lián)鎖分界采用虛擬信號方案，所以兩個RBC不具備進(jìn)行正常切換的條件。針對這種情況，提出聯(lián)絡(luò)線采用C3→C2級間切換方案進(jìn)行研究。

4.1 臨時限速對級間切換影響分析

C3、C2臨時限速處理邏輯存在差異，以線路所為例，離去區(qū)段有臨時限速時，在岔前接近區(qū)段和岔后車尾保持范圍內(nèi)，C3速度往往高于C2速度。級間切換方案應(yīng)充分考慮這一特點(diǎn)，否則列車很可能在預(yù)告點(diǎn)觸發(fā)制動。

先排進(jìn)路、后下限速為最不利情況，此時C3、C2速差最大。以102#道岔為例，排列跨場通過進(jìn)路后，SYF離去區(qū)段再下達(dá)低于大號碼道岔側(cè)向160 km/h的臨時限速時，在XII附近，C3速度最高為160 km/h，C2速度為45 km/h。由于這種情況會導(dǎo)致信號顯示降級和速度突降，在實(shí)際運(yùn)營中一般規(guī)定不采用這種臨時限速下達(dá)方式。正常運(yùn)營中通常為先下限速、后排進(jìn)路，臨時限速最低值為45 km/h，仍然可能出現(xiàn)C3速度為160 km/h、C2速度為45 km/h的最不利速差情況。

若要確保各型車載設(shè)備順利完成級間切換，預(yù)告點(diǎn)到執(zhí)行點(diǎn)距離應(yīng)滿足160 km/h到45 km/h常用制動距離要求，平坡時約1 900 m。

為最大限度減少RBC數(shù)據(jù)跨場延伸范圍，正、反向均在虛擬信號點(diǎn)處完成級間切換。

由于場間聯(lián)絡(luò)線距離較短，預(yù)告點(diǎn)、執(zhí)行點(diǎn)設(shè)置非常困難，預(yù)告點(diǎn)到執(zhí)行點(diǎn)間距離很難滿足最不利情況下160 km/h到45 km/h常用制動距離要求。

場間聯(lián)絡(luò)線C3→C2級間切換方案示意如圖4所示。

圖4 場間聯(lián)絡(luò)線C3→C2級間切換方案示意Fig.4 Schematic diagram of C3→C2 level transition scheme of connection line between yards

4.2 預(yù)告點(diǎn)到執(zhí)行點(diǎn)距離分析

下行聯(lián)絡(luò)線正向：XC4位置盡量靠近B場方向，坐標(biāo)1773。XII至XC4距離為1 502 m，利用XII出站應(yīng)答器組兼做預(yù)告點(diǎn)，在XC4外方100 m設(shè)置級間切換執(zhí)行點(diǎn)應(yīng)答器組，預(yù)告點(diǎn)到執(zhí)行點(diǎn)距離為1 438 m，滿足160 km/h到100 km/h常用制動距離要求。

下行聯(lián)絡(luò)線反向：SYF至SC4間距離僅為392 m。上行聯(lián)絡(luò)線正向：SY至SC6距離為728 m。上行聯(lián)絡(luò)線反向：XXI至XC6距離為647 m。

4.3 級間切換方案可行性分析

因聯(lián)絡(luò)線距離較短，預(yù)告點(diǎn)到執(zhí)行點(diǎn)距離均不滿足160 km/h到45 km/h常用制動距離要求。如果將SY、SYF向站外方向移設(shè)，對區(qū)間布點(diǎn)及站內(nèi)信號顯示方案影響較大。信號機(jī)外移，利用進(jìn)站應(yīng)答器組兼做級間切換預(yù)告點(diǎn)，則預(yù)告點(diǎn)速度會提高，例如SY外移500 m，則預(yù)告點(diǎn)處C3速度可能為200 km/h，制動距離會大大增加。因此，信號機(jī)外移依然不滿足最不利臨時限速時預(yù)告點(diǎn)C3速度到45 km/h常用制動距離要求。

另外，跨場通過時，列車由C3切換為C2，進(jìn)入?yún)^(qū)間后再切換為C3，短時間內(nèi)進(jìn)行兩次級間切換，不利于列車平穩(wěn)運(yùn)行。

綜合上述分析，大號碼道岔聯(lián)絡(luò)線級間切換方案不可行。

如果場間聯(lián)絡(luò)線為1/18道岔，聯(lián)絡(luò)線允許速度80 km/h；考慮C3、C2臨時限速差異時，80 km/h到45 km/h制動距離較短，約400 m；或者將聯(lián)絡(luò)線設(shè)為臨時限速側(cè)線區(qū)，則C3、C2不存在速差。因此，1/18道岔場間聯(lián)絡(luò)線可以采用C3→C2級間切換方案。

5 基于虛擬信號的場間RBC切換方案

兩個場單獨(dú)設(shè)置RBC，場間設(shè)有1/42大號碼道岔聯(lián)絡(luò)線時，信號系統(tǒng)限制條件較多，為確保大號碼道岔側(cè)向通過速度，場間聯(lián)鎖分界處必須設(shè)虛擬信號；若采用C3→C2級間切換方案，受臨時限速影響較大；短時間進(jìn)行兩次級間切換，不利于保持控車平穩(wěn)性。綜合上述因素，提出基于虛擬信號的場間RBC切換方案。

RBC與計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖均是基于軟件處理進(jìn)行邏輯判斷，RBC將虛擬信號點(diǎn)視為實(shí)體列車信號機(jī)，僅用于RBC切換。計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖、列控中心控制邏輯不變，聯(lián)絡(luò)線同時只能運(yùn)行一列車，不會出現(xiàn)虛擬信號點(diǎn)兩側(cè)均有不同列車占用的情況。因此，基于虛擬信號的場間RBC切換方案在技術(shù)上是可行的，也不降低整體系統(tǒng)安全。總體要求如下。

1）正、反向均在虛擬信號點(diǎn)處完成RBC切換，RBC數(shù)據(jù)終點(diǎn)至虛擬信號點(diǎn)處。

2）為使接收RBC收到基于預(yù)告應(yīng)答器組的位置報(bào)告后能確切判定將駛?cè)肓熊囄恢茫揖邆浒l(fā)送MA的條件，考慮到預(yù)告應(yīng)答器組的冗余性，在RBC移交邊界外方至少要配置2組預(yù)告應(yīng)答器組。考慮到無線傳輸時位置報(bào)告可能丟失1次及第二組預(yù)告應(yīng)答器組可能丟失，RBC移交邊界外方最遠(yuǎn)預(yù)告應(yīng)答器組距移交邊界應(yīng)大于6 s走行距離，附加ATP信息傳輸和各設(shè)備處理時間，該距離宜按10 s計(jì)算。受聯(lián)絡(luò)線長度限制，反向運(yùn)行時該距離可適當(dāng)縮短。聯(lián)絡(luò)線允許速度160 km/h，10 s走行距離為445 m。

3）虛擬信號點(diǎn)外方1 m設(shè)置RBC切換執(zhí)行應(yīng)答器組；兩組預(yù)告應(yīng)答器組間距不小于200 m。

基于虛擬信號的場間RBC切換方案示意如圖5所示。

圖5 基于虛擬信號場間RBC切換方案示意Fig.5 Schematic diagram of RBC handover scheme based on virtual signal between yards

5.1 下行聯(lián)絡(luò)線正向

XC4外方兩段無岔區(qū)段長度分別為258m、267 m。XC4外方1 m設(shè)置執(zhí)行應(yīng)答器組。YG1-R到ZX-R距離為517 m，YG1-R到Y(jié)G2-R距離為250 m。

5.2 下行聯(lián)絡(luò)線反向

SC4外方無岔區(qū)段長度為455 m。反向只設(shè)1組預(yù)告應(yīng)答器組，F(xiàn)YG-R到FZX-R距離為450 m，大于10 s走行距離。

5.3 上行聯(lián)絡(luò)線正向

上行聯(lián)絡(luò)線較短，條件困難，優(yōu)先滿足正向應(yīng)答器組布置要求。 SC6外方無岔區(qū)段長度為440 m。在XC6外方1 m設(shè)置執(zhí)行應(yīng)答器組，YG1-R到ZX-R距離為435 m，大于9 s走行距離，YG2-R到ZX-R距離為235 m。

5.4 上行聯(lián)絡(luò)線反向

XC6外方無岔區(qū)段長度為277 m。FYG-R到FZX-R距離為270 m，大于6 s走行距離。

綜合上述分析，通過合理設(shè)置虛擬信號點(diǎn)位置和預(yù)告、執(zhí)行應(yīng)答器組，基于虛擬信號的場間大號碼道岔聯(lián)絡(luò)線RBC切換方案是可行的，既滿足大號碼道岔側(cè)向通過速度要求，也滿足在聯(lián)絡(luò)線進(jìn)行RBC切換的要求。

6 結(jié)束語

跨場通過進(jìn)路設(shè)有連續(xù)1/42大號碼道岔時，為簡化信號機(jī)及大號碼道岔應(yīng)答器組設(shè)置，確保通過速度，應(yīng)將兩組大號碼道岔設(shè)置在同一條列車進(jìn)路內(nèi)，場間聯(lián)鎖分界采用虛擬信號方案。

兩個場合用一套RBC時，虛擬信號點(diǎn)的位置無特殊要求。當(dāng)兩個車場單獨(dú)設(shè)置RBC時，虛擬信號點(diǎn)的位置與RBC切換方案密切相關(guān)，需根據(jù)預(yù)告應(yīng)答器組要求適當(dāng)調(diào)整。

基于虛擬信號的場間RBC切換方案較合用RBC方案和C3→C2級間切換方案都具有明顯優(yōu)勢，為大號碼道岔場間聯(lián)絡(luò)線C3列控方案提供了一個全新的選擇。隨著“八縱八橫”高速鐵路通道的建設(shè)，深化研究基于虛擬信號的場間RBC切換方案很有必要，有利于增加中國高鐵的技術(shù)儲備，進(jìn)一步提高樞紐RBC控制方案的靈活性。