浅析武广列控系统自动过分相的升级方案

宋晓风

*北京全路通信信号研究设计院有限公司 高级工程师 ，100073 北京

1 问题提出

武广高速铁路首次实现了列控系统自动过分相功能，在联调联试期间出现车载设备在距离地面断电标约400 m处提前输出断电指令;列车越过地面合电标后，出现车载仍未撤销断电指令的现象，影响司机控制列车和行车效率。

2 问题分析

2.1 分相区的类型及武广分相区设置现状

分相区根据结构的形式分为绝缘关节 (如图1所示)和锚断关节 (如图2所示)2种类型;按照长短可分为长分相和短分相。

武广高铁分相区间隔约25 km，采用锚断关节的结构形式。咸宁至韶关段按长分相设置;花都至韶关，武汉至咸宁按短分相设置。

为了确保列车在过分相区时，能够及时切断动车组的牵引主断开关，防止列车因相位不同而导致列车电机或受电弓等设备受损，地面在分相区处分别设置“预断”、“断”、“合”标志牌，司机在驾驶列车越过分相区断电标时，需要确认列车主断开关是否断开。武广客运专线的断合标设置如图3所示，在距离分相区中性区不小于30 m外方设置“断”标志牌，在距离“断”标志牌外方不小于75 m设置“预断”标志牌，在分相区后方距离中性区400 m位置设置“合”标志牌。当分相区长度小于200 m时，需要设置“禁止双弓”标志牌，标志牌安装在接触网立柱上。

2.2 列控系统过分相逻辑

图3 分相区标志牌设置示意图

CTCS-3级列控系统地面设置无线闭塞中心RBC，它根据列车位置报告，给列车发送移动授权消息。当发送给列车的移动授权范围内包含分相区时，在移动授权消息中包含“分相区”信息，其中包括分相区距离最近相关应答器的距离和分相区的长度信息。

CTCS-2级列控系统地面设置应答器，应答器给列车发送轨道区段、线路速度、线路坡度及分相区等线路参数。当应答器描述的线路范围内包含分相区时，报文中包含“分相区”信息包。按照该规则，在正向距离分相区20 km处开始，至分相区范围的区间应答器，均发送分相区数据，如图4所示。

图4 发送分相区数据应答器范围示意图

CTCS-3级或CTCS-2级车载设备，根据RBC或应答器发送的分相区信息，结合列车当前运行速度，计算列车距离分相区的位置。当列车距离分相区10 s时，发出“前方过分相”语音提示;对于CRH3型列车，车载设备会同时给列车输出过分相断开主断指令，列车根据指令控制断开主断;对于CRH2型列车，当列车距离分相区边界3 s时，给列车输出过分相断开主断指令，列车根据指令控制断开主断。当列车头部出清分相区130 m后，车载给列车发送取消断开主断指令，列车根据网压、列车编组情况 (如重联情况)以及前后弓升弓情况，控制列车闭合主断。

2.3 原因分析

在武广工程实施期间，鉴于规范中只规定了列控系统要给列车发送分相区信息，但未明确分相区数据的边界是“无电区”边界还是“中性区”，或者是“断电标”位置。列控系统以“无电区”为界，并且分相区长度按照设计的长分相区编制列控数据。而电力专业在工程实施中，全线均是按照短分相设置，预留了通过开关转换至长分相的功能，现场标志牌均是按照短分相设置安装，因而列控数据描述与现场实际安装位置数据不一致。因此，在现场试验和开通运营后，大范围出现列控设备断电位置或合电位置与地面断电标、合电标位置差距较大，需要司机在行车中注意确认机车是否能及时切断主断，否则需要人工切断，这样会严重影响司机控车，大大增加司机的劳动强度。

3 解决措施

铁道部科技运【2010】136号文《CTCS-2级列控系统应答器应用原则 (V2.0)》中3.6.1.1条明确定义:列控系统发送的分相区信息边界为分相区断电标志牌起点位置及长度信息，如图5所示。

图5 分相区数据描述示意图

经统计，武广高铁上行线和下行线分别有38个分相区，27个为长分相，11个为短分相。武广分相区修改主要是将现场的长分相区修改为短分相区，对分相区长度按照断电标位置进行描述。鉴于武广客专已开通运营，站间距长，最长为80多公里，并且“天窗”时间有限。因而使现场应答器数据修改工作难度较大。另外，武广客专为CTCS-3级列控系统，其运营模式为C3控车，C2做为后备模式。因此，武广分相区数据修改可分2个阶段，第1阶段仅修改RBC数据;第2阶段修改部分应答器。下面就从上述二个阶段阐述修改方案。

3.1 C3 RBC数据修改方案

1．将RBC的分相区数据按照实际数据修改。

2．列控中心与应答器数据仍然维持长分相区现状不变。

优点:RBC分相区数据修改后，C3系统将按照短分相区数据控制列车过分相，车载输出指令和车载动作都将和地面标志一致。这样，一则避免司机人工切换，减少对司机控车的影响;二则大大减轻司机劳动强度，改善司机的身心健康。

风险分析评估:C3系统RBC数据修改后，在应答器数据不做修改的情况下，存在C3系统分相区数据为短分相，与C2系统的长分相不一致的现象，如图6所示。这样，可能会存在如果C2系统在后台一旦输出了过分相指令后，不再持续输出该指令，而C3系统在输出过分相指令前，列车因故由C3降级转换至C2时，车载将不会再输出过分相指令，从而导致列车自动过分相功能失效。经过与各车载厂家确认，车载在后台输出过分相信息应是持续的，不存在过分相功能失效的隐患。因此，该实施方案可行。

图6 C3与C2系统过分相时序对比示意图

3.2 C2数据修改方案

根据科技运【2010】136号文《CTCS-2级列控系统应答器应用原则 (V2.0)》3.6.1.2条规定:正向运行时，至少有3组应答器组发送分相区信息，第1组为分相区外方第7个闭塞分区入口处的应答器组，第2组为第3组外方最近的应答器组，第3组宜为距分相区外方最近的区间应答器组，如图7所示。

图7 C2应答器发送分相区数据规则示意图

武广高铁C2系统可仅修改距离分相区最近的3组区间应答器组发送新的分相区数据，修改后的结果如图8所示。除所指应答器发送新的分相区数据 (短分相)作为车载控制最终使用的数据之外，其他应答器仍发送原有分相区数据 (长分相)作为分相区预告信息。

图8 武广C2应答器发送分相区数据示意图

车载当前的逻辑是接收到新的应答器组信息后，覆盖已接收应答器的同类信息。因此，车载ATP可以利用接收到新的分相区数据控制列车过分相。

优点:需要修改的应答器相对集中，修改工作方便、工作量最小，并且可以最大限度地保证修改的有效性。

风险分析评估:该方案理论上存在分相区公里标跳变问题。但是，实际上，当列车以C2等级运行时，如图8所示列车在接收到第一组所指示应答器组时，会更新分相区数据，该应答器距离分相区至少2.4 km;而DMI计划区距离系在2 km处比例仍然很大。因此，人眼基本看不出分相区图标在距离系内的跳动，对司机的驾驶不会产生影响。

4 结束语

通过武广高铁分相区升级方案的研究和分析，列控系统过分相数据编制时，应与电力牵引的设计和施工做好接口，并做好现场调查工作，这些是十分必要的。它既避免了列控数据编制与工程实际相脱节的问题，也大大减少联调联试和开通运营后再修改存在的诸多问题。