樞紐車站列控系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計淺析
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摘要：樞紐車站往往有多條高鐵引入，列控系統(tǒng)改造方案復(fù)雜，列控系統(tǒng)制式的選擇與優(yōu)化尤其重要。以京雄城際引入北京西站為例，通過北京西客場列控制式現(xiàn)狀分析，認(rèn)為北京西站采用CTCS-2級列控系統(tǒng)是可行的；通過調(diào)整RBC數(shù)據(jù)邊界、合理設(shè)置等級轉(zhuǎn)換點等實現(xiàn)對樞紐列控系統(tǒng)的優(yōu)化。
關(guān)鍵詞：樞紐車站；列控系統(tǒng)；無線閉塞中心；等級轉(zhuǎn)換；優(yōu)化
隨著我國高速鐵路路網(wǎng)日趨完善，多條高鐵多方向匯聚于各樞紐車站，由于建設(shè)時間不同，新建線路引入既有高鐵樞紐車站，往往會引起樞紐車站的相關(guān)改造工程。樞紐車站列控系統(tǒng)的改造，涉及樞紐車站、相鄰車站的列控中心以及既有臨時限速服務(wù)器TSRS改造，同時會引起CTCS-3級（簡稱“C3”）高鐵線路無線閉塞中心RBC的軟件修改。由于樞紐車站進(jìn)路多，因此，改造引起的車站及相鄰既有線路聯(lián)調(diào)聯(lián)試的工作量較大，試驗影響范圍廣，測試序列多，調(diào)試周期長，耗費大量的人力物力，增加樞紐車站的運(yùn)營調(diào)試風(fēng)險，同時也制約鐵路工程項目建設(shè)工期。在此背景下，關(guān)于樞紐車站列控制式的選擇也引起了一定的討論。本文以京雄城際引入北京西站對北京西列控制式調(diào)整為例，研究對樞紐車站列控系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計。
1京雄城際引入北京西站列控改造
1.1北京西客場列控系統(tǒng)既有情況
北京西站為直屬特等站，是全國最大的鐵路綜合客運(yùn)站之一，主要承擔(dān)西南方向客流集散。北京西客場有股道20條，既有ⅡG~11G未布置應(yīng)答器，主要辦理京廣線、京九線等部分普速客車始發(fā)、終到作業(yè)；ⅠG、ⅫG~20G按C3列控系統(tǒng)布置應(yīng)答器，承擔(dān)京廣高速動車組始發(fā)、終到作業(yè)。北京西至京廣高速的京廣高速京西聯(lián)絡(luò)線為C3列控系統(tǒng)；北京西客場至北京動車段方面的京西動走線為既有線CTCS-2（簡稱“C2”）標(biāo)準(zhǔn)；北京西站經(jīng)地下直徑線至北京站，以及北京西經(jīng)西長線至后呂村均為CTCS-0標(biāo)準(zhǔn)，北京西客場樞紐信號平面示意見圖1。北京西客場設(shè)置1套列控中心和1套計算機(jī)聯(lián)鎖設(shè)備。京廣高速北京局范圍內(nèi)設(shè)置1套TSRS，在北京西樞紐范圍內(nèi)共2套RBC，RBC覆蓋范圍如圖2所示，其中RBC1管轄范圍為京石中繼1、北京西客場石家莊方向ⅠG及ⅫG~20G的接發(fā)車進(jìn)路。裝備C3級列控系統(tǒng)車載設(shè)備的動車組以C3級列控模式由石家莊方向進(jìn)入北京西客場停車，以C2級列控模式向石家莊方向發(fā)車，并在北京西站至京石中繼1區(qū)間自動轉(zhuǎn)換為C3級列控模式。北京西客場與北京動車段的接發(fā)車均為C2級列控模式。
1.2京雄城際引入北京西站方案
新建京雄城際鐵路工程在北京樞紐自李營線路所利用既有西黃線引入北京西客場。北京西客場（不含）至李營線路所作為京雄城際正線，新設(shè)標(biāo)準(zhǔn)C2級列控系統(tǒng)，北京西客場（不含）至李營線路所調(diào)整為新設(shè)京雄城際調(diào)度臺管轄。為解決京雄城際引入北京西客場既有接發(fā)動車組能力緊張問題，增加北京西站運(yùn)輸組織靈活性，北京西客場新增ⅡG~11G列控覆蓋，從而實現(xiàn)全股道列控覆蓋。
2北京西客場列控制式現(xiàn)狀分析
京雄城際引入北京西客場，將會引起既有北京西客場TCC軟件修改，以及既有京廣高速北京局范圍內(nèi)TSRS數(shù)據(jù)修改。經(jīng)測算，北京西客場如維持既有C3級列控系統(tǒng)車站，結(jié)合全股道列控覆蓋的改造方案，除北京西客場列控中心軟件修改引起的C2測試序列外，還將引起京廣高速RBC1的修改［1］。北京西客場20條股道完成3種車型的C3級動車驗證至少需要16000min（約800條測試序列），若2組動車組同時測試也需要8000min。北京西客場高普結(jié)合，變更進(jìn)路多，且僅有1套聯(lián)鎖和1套列控中心軟件，天窗時間短，C3序列的測試周期約需175個天窗，如再加上C2測試序列，按每天有天窗點計算，僅北京西客場完成全部試驗就需約8個月，完全無法滿足工期需求，而且每次天窗軟件換裝回退也會帶來較大風(fēng)險。若北京西客場改為C2車站，可減少測試序列，節(jié)約天窗數(shù)量，保證工程實施進(jìn)度，降低北京西站的運(yùn)營安全風(fēng)險。京廣高速京西聯(lián)絡(luò)線杜家坎線路所至北京西客場間線路最高允許速度為160km/h，京雄城際在李營至北京西線路最高允許速度為120km/h，北京西樞紐地區(qū)列車運(yùn)行速度較低，且北京西客場無圖定通過進(jìn)路，采用C2級列控系統(tǒng)配置完全滿足速度目標(biāo)值的要求，不會對運(yùn)輸效率產(chǎn)生影響。為縮小復(fù)雜樞紐地區(qū)改造工程對動車驗證及聯(lián)調(diào)聯(lián)試的影響范圍，同時降低在建豐臺京廣高速場接入京廣高速正線，以及地下直徑線升級為C2列控系統(tǒng)等近期改造工程對北京西客場列控及京廣高速RBC造成的影響，有必要對北京西站列控制式進(jìn)行優(yōu)化。
3列控系統(tǒng)優(yōu)化需求分析
1）以京廣高速杜家坎線路所為結(jié)點，將道岔側(cè)向引入的北京西客場以及道岔直向引入的在建豐臺京廣高速場均作為C2列控系統(tǒng)車站（豐臺京廣高速場至杜家坎線路所的京廣客專聯(lián)絡(luò)線為在建鐵路，設(shè)計最高速度為160km/h，批復(fù)為CTCS-2級列控系統(tǒng)）。若將等級轉(zhuǎn)換點設(shè)在杜家坎線路所至涿州東區(qū)間，動車組在杜家坎線路所外方自動完成C3/C2的等級轉(zhuǎn)換，可同時滿足北京西客場及豐臺京廣高速場作為C2列控系統(tǒng)車站，且在豐臺京廣高速場至杜家坎線路間無需設(shè)置等級轉(zhuǎn)換相關(guān)應(yīng)答器。2）調(diào)整后的C3/C2等級轉(zhuǎn)換點設(shè)置不應(yīng)影響既有京廣高速的正線速度及運(yùn)營效率，同時也不能影響豐臺京廣客專聯(lián)絡(luò)線的正線設(shè)計速度。需選擇合適位置設(shè)置等級轉(zhuǎn)換，在京廣高速正線速度降至C2允許速度后設(shè)置等級轉(zhuǎn)換點［2］。3）RBC數(shù)據(jù)范圍不覆蓋京廣高速京西聯(lián)絡(luò)線及京廣客專聯(lián)絡(luò)線，可避免后期北京西客場聯(lián)鎖修改對京廣高速RBC的影響，同時避免豐臺站改工程新建京廣客專聯(lián)絡(luò)線引入杜家坎線路所引起的京廣高速RBC修改，因此有必要對RBC的數(shù)據(jù)覆蓋范圍進(jìn)行同步優(yōu)化。
4列控系統(tǒng)優(yōu)化方案
為了滿足上述功能需求，并且滿足等級轉(zhuǎn)換盡量避免設(shè)于分歧道岔處［3］，將RBC數(shù)據(jù)邊界和等級轉(zhuǎn)換點設(shè)置的研究范圍放在杜家坎線路所至涿州東區(qū)間。杜家坎線路所S/SN外方的線路速度、坡度示意見圖3。
4.1RBC數(shù)據(jù)邊界
考慮RBC數(shù)據(jù)范圍不能包含北京西客場及豐臺京廣高速場2站及所轄區(qū)間（京石中繼1管轄范圍以內(nèi)的區(qū)間閉塞分區(qū)信息仍由北京西客場聯(lián)鎖傳給RBC，豐臺京廣高速場與杜家坎線路所的區(qū)間均納入豐臺京廣高速場管轄），根據(jù)《CTCS-2/CTCS-3級列控系統(tǒng)等級轉(zhuǎn)換應(yīng)用原則（V1.0）》（運(yùn)基信號［2011］170號），“C3→C2等級轉(zhuǎn)換點后常用制動距離內(nèi)C2區(qū)域的相關(guān)車站應(yīng)納入RBC數(shù)據(jù)范圍［4］”，因此將RBC2的數(shù)據(jù)邊界縮至杜家坎線路所S/SN信號機(jī)處，既可滿足RBC數(shù)據(jù)與2站及管轄區(qū)間的切割，又可在不降低京廣高速運(yùn)營速度前提下，適當(dāng)擴(kuò)大C3→C2執(zhí)行點的設(shè)置范圍。
4.2C2→C3等級轉(zhuǎn)換點設(shè)置
利用杜家坎線路所S/SN外方原設(shè)置的用于列控降級C2后列車重新恢復(fù)C3級運(yùn)行的，連接RBC和C2/C3轉(zhuǎn)換預(yù)告、執(zhí)行等應(yīng)答器組，可滿足北京西方面去往京廣高速正線的C2→C3的等級轉(zhuǎn)換需求［5］。對于杜家坎S/SN外方至涿州東區(qū)間，從北京西方面和從豐臺方面至此區(qū)段的線路允許速度相同，這些既有應(yīng)答器的設(shè)置同樣可以滿足豐臺方面至京廣高速的動車組，按允許速度從連接RBC至等級轉(zhuǎn)換執(zhí)行應(yīng)答器組走行的距離要求，因此可以利用既有的連接RBC及C2/C3轉(zhuǎn)換預(yù)告、執(zhí)行應(yīng)答器組實現(xiàn)豐臺至京廣高速正線的C2→C3等級轉(zhuǎn)換，不必新增應(yīng)答器。
4.3C3→C2等級轉(zhuǎn)換點設(shè)置
C3→C2的設(shè)置方案為本次研究的重點，以RBC邊界位于杜家坎S/SN信號機(jī)處為前提條件，如圖4所示，L為杜家坎線路所RBC數(shù)據(jù)邊界至C3動車組速度降為C2等級允許速度的距離，且執(zhí)行應(yīng)答器組不宜設(shè)在列車制動區(qū)（降速區(qū)）的軌道區(qū)段［6］，因此，執(zhí)行點最好選擇在速度較為平穩(wěn)的區(qū)間［7］。由執(zhí)行點制動至0的常用制動曲線制動距離為L1，L2為執(zhí)行應(yīng)答器組的設(shè)置范圍，即如果執(zhí)行點選擇在L2內(nèi)，就可滿足動車組在不降速條件下完成C3/C2轉(zhuǎn)換。此外，C3→C2預(yù)告點與執(zhí)行點距離應(yīng)不小于C3等級速度降至C2允許速度的距離，外加5s的最高允許速度走行距離，如將預(yù)告點也放入L2范圍內(nèi)，即動車組在降至C2允許速度內(nèi)進(jìn)行預(yù)告，可縮短預(yù)告應(yīng)答器和執(zhí)行應(yīng)答器的距離，將L2進(jìn)一步拆分為L3和L4，L3為C3/C2執(zhí)行應(yīng)答器的設(shè)置范圍，L4為C3/C2預(yù)告應(yīng)答器的設(shè)置范圍。從實際情況看，在杜家坎S進(jìn)站（以上行線舉例分析，下行線反向一致）約4.575km外方，京石正線允許速度為310km/h，在4.575km以內(nèi)，線路允許速度已降為190km/h，在C2允許速度范圍內(nèi)，即L為4575m。另考慮執(zhí)行點至RBC數(shù)據(jù)邊界距離應(yīng)大于動車組以190km/h速度運(yùn)行的常用制動距離，按最不利車型常用制動距離并取一定余量，即L1=3000m，以190km/h走行5s約為264m，即L4不小于264m。L3=4575-3000-264=1311m，即執(zhí)行點選擇的里程范圍L3為K15+625~K16+936［8］。綜合考慮閉塞分區(qū)設(shè)置和等級轉(zhuǎn)換執(zhí)行應(yīng)答器組宜與區(qū)間或定位應(yīng)答器組合并等要求配置［9］，并充分利用既有應(yīng)答器，經(jīng)測算在上行正線利用既有B0164（里程為K16+479）的大號碼應(yīng)答器組，下行線將B0169（里程為K16+818）定位應(yīng)答器組補(bǔ)雙，作為C3/C2執(zhí)行應(yīng)答器，在應(yīng)答器報文中增加［ETCS-41］信息包，上行線新設(shè)B0170應(yīng)答器組發(fā)送C3/C2預(yù)告報文，下行線新設(shè)B0171發(fā)送C3/C2反預(yù)告報文信息［10］。應(yīng)答器調(diào)整示意見圖5。豐臺站至杜家坎區(qū)間不設(shè)置級間轉(zhuǎn)換應(yīng)答器，且RBC邊界位于杜家坎線路所進(jìn)站外方，豐臺站后期改造無RBC修改工作量。調(diào)整后C3動車組在杜家坎線路所至涿州東間切換為C2列控系統(tǒng)進(jìn)入北京西客場或豐臺京廣高速場，C3動車組由北京西客場或豐臺京廣高速場按C2列控系統(tǒng)發(fā)車，在杜家坎線路所至涿州東間切換為C3列控系統(tǒng)。京雄城際及動車段走行線均以C2列控系統(tǒng)控車進(jìn)出北京西客場。在工程實施中，大大壓縮了北京西站動車驗證周期，最終工程順利開通。
5結(jié)論
樞紐車站引入線路多，站場規(guī)模大，樞紐內(nèi)動車組運(yùn)行速度不高，新線或利用既有線引入樞紐車站對既有車站及相關(guān)列控系統(tǒng)的改造往往工程設(shè)計方案復(fù)雜，實施難度大，影響范圍廣，驗證周期長，尤其對于采用C3列控系統(tǒng)的樞紐車站，完成一系列工程內(nèi)容將投入成倍的時間及人力、物力成本，風(fēng)險也相應(yīng)提高。因此樞紐車站列控制式的選擇要充分結(jié)合實際情況具體問題具體分析，找到設(shè)計方案與工程可實施性的最佳平衡點。本文以京雄城際引入北京西站為例，對樞紐列控制式的選擇及優(yōu)化措施進(jìn)行論述，具有一定的借鑒意義。
作者:關(guān)曉磊 單位:中國鐵路設(shè)計集團(tuán)有限公司電化電信工程研究院