劉 琦

(中鐵第一勘察設計院集團有限公司通信信號設計處,西安 710043)

我國高速鐵路路網正在逐步形成。為適應國內實際運輸需要,高速線路需混跑普速客車,這是在新形勢條件下的新的技術體系。在蘭新第二雙線、大西客運專線等線路上已開始進行高速線路上混合運行160 km/h普速列車的方案研究設計，如何在既有標準體系及既有標準規(guī)范條件下,提出適應2種列車混合運行的技術標準以及解決方案是本論文主要研究的內容。

1 普速列車上線高速鐵路信號系統(tǒng)存在的主要問題

1.1 無成熟的普速列車ATP車載設備

在我國高速鐵路設計中,動車組的車載列控設備與地面列控系統(tǒng)等級是相適應的,有效保證了動車組安全高效地運行。但普速列車機車并未裝備ATP設備,其監(jiān)控列車運行的安全防護等級是低于列控系統(tǒng)等級的。目前用于適應普速列車上線高速鐵路的普速列車機車車載設備尚在研究試驗階段,未有成熟定型的產品。ATP車載參數(shù)應根據(jù)不同機車類型、制動機及性能開發(fā)不同的型號,開發(fā)難度較大。同時ATP控制模式曲線與車輛編組長度及質量有關,車載ATP系統(tǒng)安全過走防護距離現(xiàn)階段難以確定。

再者,對于在長距離區(qū)段運營的長大機車交路內的普速列車,牽引機車上均應裝設車載ATP系統(tǒng)。如普速車上線數(shù)量較多時,將會相應增加較大投資。

1.2 外移出發(fā)信號機仍需采取短軌道電路綜合防護措施

普速列車若采用車載設置ATP方式,則既有高速車站股道有效長不能夠滿足長度要求,普速列車也同樣需考慮安全防護距離和過走防護距離的要求。另外,普速車的編組長度較長,在維持車站650 m股道有效長不變的前提下,為使長編組的普速車可以?？?需外移出發(fā)信號機,延長2架信號機間的距離。因為普速列車機車的車載ATP系統(tǒng)安全過走防護距離在現(xiàn)階段未有確定數(shù)據(jù),按照現(xiàn)有ATP設備安全過走防護距離的確定原則,可以肯定該距離應在55 m的基礎上有所延長。

1.3 當普速列車依據(jù)地面信號顯示運行時,與高速列車共線運行出現(xiàn)的信號不一致

高、普列車共線運行,地面信號機顯示與車載信號顯示不一致,臨時限速命令下發(fā)不統(tǒng)一,即無法使用單一的行車管理體系,需針對不同列車的運行而重新定義信號顯示意義。普速列車臨時限速下發(fā)采用人工手段,通過IC卡下發(fā)到列車,安全級別較之動車組低；動車組采用自動的、多重校核手段的下發(fā)方式,安全級別較高。在同一線路,不同的臨時限速下發(fā)方式混合使用,造成臨時限速下發(fā)不統(tǒng)一,對行車管理帶來一定影響。

1.4 長大坡道普速列車需要多機牽引及是否能穩(wěn)定停車問題

高速鐵路多是以橋代路,坡度較大,出現(xiàn)長大上、下坡道(大于普速鐵路的13‰)甚至連續(xù)幾十千米的情況。既有的普速列車雙機是不能滿足牽引要求的,必須采用多機牽引方式。但是牽引機車數(shù)量需針對具體線路情況及參數(shù)計算、試驗后確定。

2 動車組與普速列車適應性研究

2.1 普速列車編組

目前鐵路機車交路內的普速列車有14、16、18、20輛四種列車編組方式。由于客運專線線路內長大坡道較多,為滿足列車能夠在長大坡道的牽引需求,當坡度大于13‰時即采用雙機牽引設計,具體普速列車編組如表1所示。

表1 普速列車編組要求統(tǒng)計 m

經行車牽引計算得出,當線路坡度大于20‰時,普速列車按18輛編組；當線路坡度大于25‰時,普速列車按16輛編組。

2.2 普速列車裝設車載ATP的適應性研究

當動車組裝備具有 CTCS-2級功能的車載設備時,與之共線的客車根據(jù)需要裝備 CTCS-2級車載設備。因此,對于普速列車可裝設具有與C2統(tǒng)一標準的車載設備。

2.2.1 安全防護距離

動車組可通過地面應答器對測速、測距產生的誤差進行校正。雖然已在很大程度上減小了這一誤差,但這一誤差仍然存在；而車載ATP根據(jù)測速、測距得到的列車位置與列車實際停車位置也會存在偏差。為消除這些偏差產生的控車安全影響,車載設備在站內劃定了列控系統(tǒng)計算的最大常用制動曲線終點(目標點)距軌道電路邊界(LMA)60 m的安全防護距離。站內列控系統(tǒng)曲線如圖1所示。根據(jù)鐵技運[2007]45號文“既有線CTCS-2級列控系統(tǒng)車載設備技術規(guī)范(暫行)”[2]第5.2.3.2(3)條規(guī)定,CTCS-2級列控系統(tǒng)在完全監(jiān)控模式下,車站范圍內列控系統(tǒng)計算的最大常用制動終點(目標點)為距軌道電路(LMA)邊界60 m(安全保護距離),因此普速列車ATP也應滿足此要求。

圖1 站內列控系統(tǒng)曲線

根據(jù)鐵技運[2007]45號文[2]“第5.2.3.2”中“制動模式曲線是依據(jù)列車制動性能參數(shù)、線路坡道數(shù)據(jù)、LMA的位置和限速信息”,因此對于在目前處于研制過程中的普速列車ATP來說,由于列車制動性能參數(shù)不明確,尚未有正式發(fā)文確定安全防護距離的大小。但是根據(jù)對普速機車的特性分析可以確認該安全防護距離是大于60 m的。

2.2.2 過走防護距離

對于裝有ATP的列車,過走防護是列車未在規(guī)定的停車點停車(EOA)而防止列車冒進信號的一種措施,通常是在列車進路末端設置一段延長區(qū)。在防護點與危險點之間的距離為過走防護距離。根據(jù)鐵集成[2007]124號文[3]“第4.8.3條”過走防護距離為50 m。然而,裝設車載ATP的普速列車的牽引質量及制動性能等因素導致過走防護距離大于以上距離,當列車冒進信號后,過走防護距離的50 m可能不滿足其保護要求。對于普速列車來說,需要采取特殊的防護措施以保證其過走防護距離要求。

對于列控系統(tǒng)來說,其列控方式(是否有開口速度、開口值)、列控系統(tǒng)設備的反應時間、列車的制動機性能、坡道值等對過走防護距離是有直接影響的。列車在完全監(jiān)控模式下為閉口模式,但是在部分監(jiān)控模式、隔離模式等其他運行模式條件下為開口模式,因此過走防護距離將起到保護作用。

股道出站信號機外移后,信號機距警沖標距離為5 m,此方式對于出站信號機內方區(qū)段未設置單獨的過走防護區(qū)段的車站股道,可以延長股道有效長,節(jié)約工程投資。但是過走防護距離實際上已經延伸到整個咽喉區(qū),影響行車效率。

2.2.3 地面設備布置要求

圖2 僅開行動車組的客運專線線路信號設備布置

圖3 客貨共線信號設備布置[3]

對于裝設車載ATP的160 km/h普速列車來說,可以將出站信號機與其絕緣節(jié)移設至距警沖標5 m處,不同編組列車的?？恳妶D4。

圖4 不同編組長度的普速列車?？恳?/p>

2.2.4 對股道有效長制約因素

暫考慮車載設備的保護距離按“鐵技運[2007]45號”文[2]的要求處理,部頒規(guī)范暫未對普速列車上ATP明確技術要求。根據(jù)目前實行的“客貨共線車站出站信號機距警沖標5 m”[3]要求,股道有效長為650 m的車站,ATP車載設備要求股道上設安全保護距離60 m,那么普速車必須停靠在距出站信號機60 m的位置以外。因此對于不同的編組長度的列車來說,出站信號機的位置應根據(jù)普速列車上線情況進行外移調整,以延長信號機間的距離,滿足?？恳蟆?/p>

2.2.5 長機車交路內普速列車車載設備的適應性

未來鐵路運輸趨勢或發(fā)展為長距離、跨局界跨線運營,長大機車交路內列車車載設備應相互兼容。未裝設ATP的普速列車是以地面信號作為行車憑證的,當運行至區(qū)間未設置信號機的線路時,列車控制沒有行車憑證,無法保證安全。因此要求長大機車交路的普速列車均裝設車載ATP系統(tǒng)。

另外,目前機車在全路范圍內統(tǒng)一調配使用,如果能按線別固定使用,則可適應本線運行模式,或者,也可采用先期固定使用機車再逐漸擴大機車ATP裝備數(shù)量的方案。

2.3 普速列車(裝設車載設備)上線的工程措施

根據(jù)以上對裝設車載ATP的普速列車適應性分析,過走防護與安全防護距離是制約股道有效長以及列車能否安全?？康年P鍵因素。

建立獨立小軌道防護的方案如下。

選取昆明醫(yī)科大學2018年3—7月下學期2015級醫(yī)學影像專業(yè)本科生共101人作為研究對象，將其隨機分為A組和B組進行見習教學，A組為教改組，B組為對照組。A組49人，男生18人，女生31人，年齡為20～22歲，平均年齡為（21.0±1.5）歲；B組52人，男生20人，女生32人，年齡為19～22歲，平均年齡為（21.0±1.2）歲。兩組學生的一般資料對比，差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05），具有可比性。

假定機車安全過走防護距離為大于60 m[4]小于90 m(根據(jù)ATP研發(fā)情況而定,防護距離的上限太大則影響工程建設及投資)的條件下,將信號機移至距警沖標5 m處,在信號機內方設置60 m的短小軌道(簡稱短軌防護),60 m滿足《高速鐵路設計規(guī)范》[4]軌道電路的最短長度要求。如圖5所示。

圖5 短軌防護示意

將目標點設在停車點位置(距信號機大于60 m小于90 m處),60 m短軌作為過走防護距離,此條件一方面可以滿足鐵集成[2007]124號文[3]要求的“過走防護50 m“的要求,另一方面提高作業(yè)效率,不用占用咽喉,提高平行作業(yè)。

列車進入股道時,迎著列車方向先經過的是短軌防護區(qū)段,其發(fā)送器發(fā)送和股道同樣的編碼(HU),過走防護區(qū)段發(fā)送JC碼。當由于列車過走進入安全過走防護短軌區(qū)段內方時,列車收到的編碼轉為無碼(JC),列車實施緊急制動,保證列車安全。

對于不同編組普速列車分析如下。

目前上線的普速列車編組有14輛編組(含雙車頭438 m)、16輛編組(含車頭492 m)、18輛編組(含雙車頭546 m)和20輛編組(含雙車頭600 m)4種,分別采用短軌進行防護,如圖6所示。

圖6 對不同列車的小軌道防護

對于16輛編組的列車來說,采用小軌道防護,預留余量有148 m(含60 m小軌道),對于18輛編組列車來說,預留余量有92 m(含60 m小軌道);而對于20輛編組列車來說,超出股道有效長范圍。

3 蘭新第二雙線應用實例

由于在普速列車裝設車載ATP目前沒有成熟的技術方案,且過走防護、安全防護距離、應答器設置均沒有現(xiàn)成的經驗,蘭新第二雙線設計采用設置地面信號連同機車載配LKJ方案。

3.1 地面設備配置

全線采用CTCS-2級列控系統(tǒng)。正向追蹤運行,滿足本線追蹤間隔時間的要求,反向按自動站間閉塞運行。地面設備按照CTCS-2級標準,配置CTC、聯(lián)鎖、列控中心、應答器、LEU、ZPW-2000軌道電路(列控中心編碼控制)等設備,同時設置區(qū)間通過信號機(標志牌取消),進站信號機為高柱,出站信號機為四顯示自動閉塞機構,并根據(jù)需要布置調車信號機,所有信號機常態(tài)點燈。區(qū)間通過信號機點燈控制由列控中心完成,進、出站信號機點燈控制由聯(lián)鎖完成。區(qū)間采用L5-L4-L3-L2-L-LU-U-HU的追蹤碼序。

3.2 車載設備配置

動車組裝備CTCS-2級ATP車載設備,以連續(xù)速度控制模式曲線監(jiān)控列車安全運行。160 km/h普速客車裝備主體化機車信號和LKJ列車運行監(jiān)控裝置,以四顯示自動閉塞方式行車。車載設備不需要做任何改造,對普速客車的上下線運行不作約束。

3.3 適應蘭新第二雙線普速車上線的臨時限速

蘭新第二雙線主要運行250 km/h動車組(蘭州至西寧段)、200 km/h動車組和160 km/h普速客車3類車型。

對于裝載了ATP設備的動車組,臨時限速命令由臨時限速服務器統(tǒng)一管理,通過信號安全數(shù)據(jù)網下發(fā)至相應車站列控中心,由列控中心發(fā)送至有源應答器,最終傳送至車載安全信號機,生成制動曲線,保證列車安全運行。

而160 km/h普速客車臨時限速命令通過調度命令的方式,由調度、司機、機務、工務、電務等多個業(yè)務環(huán)節(jié)共同完成,通過建立各環(huán)節(jié)臨時限速的聯(lián)控機制,實現(xiàn)臨時限速命令的有效執(zhí)行和管理,并及時更新LKJ參數(shù)數(shù)據(jù)庫,按照臨時限速命令所規(guī)定的限速值,由LKJ監(jiān)控司機安全駕駛。待蘭新第二雙線建成后,本線存在兩種不同機制的臨時限速管理方式,需采用動車組與普速客車分時段運行的行車組織方式,對運營管理及維護提出了新的要求。

4 結語

我國鐵路建設處于科學發(fā)展的過程中,高速鐵路在整體運輸網絡中發(fā)揮著越來越大的作用。蘭新第二雙線將是西北地區(qū)開行的首條CTCS-2等級高速鐵路,高、普列車混跑適應了欠發(fā)達地區(qū)的實際運營需求和人民經濟承受能力,但還應逐步完善高、普列車混跑運行安全防護體系,實現(xiàn)運輸安全與效率的雙提高,充分發(fā)揮高速鐵路的潛力。

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