不同信号系统下到发线安全防护距离的计算方法研究

程 梁 王 力

（中铁咨询通信信号设计研究院，北京 100055）

1 到发线安全防护距离概述

1.1 安全防护距离的定义

到发线安全防护距离是指列车在车站股道停车时，为防止列车意外超越前方安全限制点而设置的安全防护距离。该距离一般包括因列控系统测速、测距误差而引起的制动距离偏差和列车实施常用制动过程中因意外情况超速运行需考虑的防护距离等。

1.2 安全防护距离的组成

到发线安全防护距离由停车余量、测速误差、测距误差和过走防护距离组成[1]。

停车余量：列车在股道停车时，给驾驶员预留的停车精度。

测速误差：由于列车测速装置的测量误差所产生的距离。

测距误差：由于列车测距方法的测量误差所产生的距离。

过走防护距离：由于列车超速运行所导致的防护距离。

2 不同信号系统下参数的选定

到发线安全防护距离的计算与车辆制动性能、信号系统功能和列控系统停车模式等有着密切关系。

目前，轨道交通信号系统的主要形式包括应用于国铁的CTCS-2系统、ETCS 1系统及CTCS-3系统等，应用于地铁的点式ATC系统、准移动ATC系统、CBTC系统等。国铁模式及地铁模式不同的系统下，停车余量、测速误差、测距误差等的取值存在差异。本文以具有代表性的国铁应用的CTCS-2系统与地铁应用的点式ATC系统下参数取值进行比较说明。

2.1 车辆性能差异对参数的影响

CTCS-2系统一般采用CRH系列动车组，而点式ATC系统一般采用动力分散型电动车组，其制动性能更好，主要参数与CRH系列动车组存在差异。

CTCS-2系统的CRH系列动车组，装备有车载测速电机，测速误差一般为2％，站内的测距误差一般为30 m；而点式ATC系统，车载上装备有测速电机和测速雷达，测速误差一般为1％，站内的测距误差一般为1 m。[2]

2.2 信号系统功能差异对参数的影响

CTCS-2系统应用于国铁客专系统，其重点发展方向为列车超速防护，因为运营模式的差别，对于停车精度没有较高要求，停车余量一般按15 m考虑；点式ATC系统、CBTC系统为执行欧洲标准的地铁列控系统，其自动化程度高于CTCS-2系统，其安全性、可靠性、可用性等均有较高的指标要求，通过站内无源应答器的优化布置或站内无线覆盖，停车精度较高，一般为0.3 m（带ATO系统）或0.5 m（带ATP系统）。[2]

2.3 信号系统停车模式对参数的影响

列控系统停车控制模式一般分为设开口速度监控和不设开口速度监控两种方式。

若采用设开口速度监控的列控方式，在列车制动到行车许可终端的过程中，在即将接近行车许可终端的区域，允许列车以一定的速度接近行车许可。

若采用不设开口速度监控的列控方式，列车制动停车过程中需要一定的防护距离；列车在停车过程中，当速度达到一定值，列控方式将转换为人控模式，极端情况下如果人力丧失了对列车的控制力，列控方式将从人控模式自动转换为机控模式，并采用紧急措施将列车制动停车。

CTCS-2系统为采用不设开口速度监控的列控方式，点式ATC系统一般为采用设开口速度监控的列控方式。两种情况下，均存在一段过走防护距离，但计算方法不尽相同。

3 过走防护距离的计算分析

3.1 列车制动曲线的分析

列控车载曲线主要包括紧急制动曲线、常用制动曲线和列车实际运行曲线。在上述曲线中，紧急制动曲线可以通过计算近似得出。在车辆的相关参数确定后，车辆所能提供的最大制动能力也就相应确定，从而紧急制动曲线可以以匀减速的速度-距离公式近似计算出理论的制动距离（尽管列车在不同的运行速度下，车辆的紧急制动减速度不同，模拟计算中可以以一个平均值取值）。

对于车载系统而言，紧急制动曲线是列车运行最不利情况下，绝对不可越过的一条曲线。由于列车在超速过程中，ATP响应、切断、制动系统启动均需要一定时间，从而常用制动曲线上的每一个点，是以紧急制动曲线为基础逆向推导得出。

在车载软件设计过程中，通过紧急制动曲线反算常用制动曲线，并将后者存入车载ATP中，为列车的实际运行提供监控。可以认为，常用制动曲线为技术上安全的车辆最大运行速度曲线；在该速度曲线下，不论车辆运行于何位置，它总是处于安全制动距离范围内，一旦常用制动曲线被超越，牵引系统将被安全地关闭，而制动系统将被启动。通过监控常用制动曲线，可以确保车辆在最不利的情况下，通过安全制动在安全目标点停车。

列车实际运行曲线为列车实际运行过程中的实时运行曲线，列车实际运行曲线可以无限接近存储在车载ATP中的常用制动曲线。

3.2 不同信号系统下过走防护距离的分析

3.2.1 CTCS-2系统过走防护距离的计算

在CTCS-2系统下，由于采用不设开口速度监控的方式，过走防护距离为列车触发常用制动曲线至最不利情况下，沿着紧急制动曲线制动停车所产生的一段距离，如图1所示。

异常运行时，假设在最大速度曲线某一点Vmax被当前的列车速度超越，并且在传动切断过程中Tsi整个一段时间内，出现了最大可能的牵引加速度Amax；此后，列车制动建立过程耗时Tw，正好达到紧急制动曲线的某一点Vb，那么：

假定列车在制动过程中，采用80％的最大制动力，根据列车性能，则列车的平均紧急制动减速度为：

列车的制动距离：

列车的过走防护距离，即为常用制动曲线根部Xc和紧急制动曲线Xb之间的距离，此时Vmax取值为0，代入公式（1），Vb=Amax×Tsi

综上所述，过走防护距离的长度为：

3.2.2 点式ATC系统过走防护距离的计算

在点式ATC系统下，采用带开口速度监控的方式，此时过走防护距离为列车以最大速度（开口速度）驶过行车许可终点而制动到危险点的这段距离，如图2所示。

若设开口速度为V，同上，平均紧急制动减速度为Aact=Aaver×0.8，则过走防护距离为：

4 结语

不同的信号系统下，由于车辆、列控方式、车载设备配置及精度、轨旁设备布置等，到发线的安全防护距离不尽相同。论文分析了车辆制动性能、信号系统功能和列控系统停车模式等对于到发线安全防护距离的影响，详细讨论了不同信号系统下不同的停车模式对于到发线安全防护距离的影响，并给出了原理、计算方法和推导过程，为到发线有效长的优化设计提供参考。

[1] TB10621-2009高速铁路设计规范（试行）条文说明 [S].

[2]中铁工程设计咨询集团有限公司珠三角城际轨道交通项目现场指挥部.车站到发线有效长度专题研究，2010.