调车防护系统的研究与设计

周 超 李东亮

我国高速铁路不断发展，全国动车组列车逐年增涨，动车段 （所）作为动车组调车作业的集中场所越发重要。目前，国内已建成的动车段 （所）数量将近50个，动车组在段 （所）内是靠司机瞭望信号机显示完成调车作业，完全以人控方式保证行车安全。针对动车段 （所）调车进路复杂、平行进路多的特点，且随着动车组数量的增加，动车组在动车段 （所）内的调车作业越来越频繁，若司机误判信号显示，将导致列车冒进信号，发生撞车、挤岔等安全事故，从而造成严重的人员伤亡和财产损失。在这样的背景下，突显出动车组调车作业防护的必要性。

调车防护系统是为动车段 （所）动车组调车作业提供有限防护的辅助系统，能很大程度减少动车组调车作业安全事故的发生，降低事故损失。

1 技术方案

从2008年开始，由相关铁路局、工程设计单位和北京交大思诺科技有限公司共同开展了调车防护系统方案的相关研究。调车防护系统技术主要考虑以下5个方面。

1.易用性：尽可能少地改变既有调车作业操作流程。

2.安全性：利用既有成熟技术实现，且应符合 “故障－安全”原则。

3.兼容性：适应不同型号动车组的防护需要。

4.全面性：满足站场内不同类型信号机的防护需求。

5.维护性：具有系统集中监测功能，便于维护和管理。

目前，国内的动车组有CRH1、CRH2、CRH3、CRH5、CRH6、380A/AL、380B/BL 等多种不同型号，均装有列车控制系统，均符合CTCS－2级和CTCS－3级列车控制系统相关标准，具有点式应答器接收和处理功能，且应答器的应用原则是统一的。通过综合分析，利用点式应答器结合列车控制系统来实现动车组调车作业的防护，是有效、可行的技术方案，满足易用性、安全性和兼容性方面的要求。

动车段 （所）内动车组调车作业均是以地面信号机显示为行车凭证。针对不同类型的信号机显示相对独立的特点，调车防护系统以信号机为防护对象，利用报文控制设备 （例如：地面电子单元LEU）通过采集信号机继电式联锁相关接点状态，或采集相关信号机点灯电源状态，就能映像对应得到相关信号机的显示状态，控制设备根据不同的显示状态给相应的应答器发送报文数据，从而实现动车组调车作业的防护功能，且不同类型信号机的方案也得到了统一，满足了全面性的要求。

调车防护系统可通过设立监测系统与控制设备实时通信的方式，采集、解析和显示系统相关设备的工作状态等信息，达到信息化管理，满足可维护性的要求。

综上所述，从动车组调车作业的相关特点分析，结合现场工程应用特点，分别研究得出了室内集中式和室外分散式2种调车防护系统方案。

2 系统方案

调车防护系统方案是基于应答器报文控制，报文输出控制与信号机状态相关联，以信号机为防护对象，在信号机外方设置应答器组是直接而有效的方法，通过应答器组向动车组列控车载设备（ATP）提供防护功能的报文信息，实现动车组调车作业的防护功能。

调车防护系统的应答器组由一个可变报文应答器和一个固定报文应答器组成。其中可变应答器的报文是由控制设备根据相关调车信号机条件 （开放或关闭）选择发送的。当动车组经过应答器组时，应答器组向车载ATP发送调车许可或禁止信息，车载列控系统是根据经过应答器组的先后顺序，判别防护方向。如果先收到固定报文应答器，再收到可变报文应答器，则为正向；反之则为反向。由车载ATP根据应答器报文来防护动车组调车作业。调车防护系统方案示意图如图1所示。调车防护系统对动车组调车作业的防护功能见表1。

图1 调车防护系统方案示意图

表1 调车防护系统对动车组调车作业的防护功能

2.1 室内集中式方案

室内集中式调车防护系统由地面电子单元 （以下简称LEU）、有源应答器、无源应答器和监测系统主机构成。LEU与监测系统集中设置在室内，采用串口通信方式，实时交互数据。监测系统对数据进行解析、保存和显示；有源应答器和无源应答器组成应答器组，设置在室外需要防护的信号机外方轨道中心位置。

室内集中式调车防护系统是通过LEU采集相关信号机的继电器接点条件，给有源应答器发送相应的报文数据，实现调车防护功能；同时在室内设有监测设备，可查看各LEU的工作状态、报警和报文输出状态等信息，便于现场的维护。室内集中式系统连接示意图如图2所示。

图2 室内集中式系统连接示意图

室内集中式调车防护系统方案有以下特点：

1.本方案的相关设备中，LEU、有源应答器和无源应答器均为既有成熟产品，保证了系统可靠性和安全性，同时也保证了与车载列控系统的兼容性。

2.LEU和监测系统集中设置在室内，便于设备的维护和管理。

3.从室内LEU至室外有源应答器的数据传输电缆成本较高，工程实施有一定难度。

2.2 室外分散式方案

室外分散式调车防护系统由调车防护装置 （控制设备＋有源应答器）、无源应答器和监测系统主机构成。调车防护装置的控制设备采用独立箱盒安装于相应信号机附近的轨旁位置，有源应答器和无源应答器组成应答器组，安装于需要相关信号机外方的轨道中心位置；监测系统设置在室内，采用电力载波技术与室外调车防护装置进行通信，并对数据进行解析、保存和显示。

室外分散式调车防护系统是通过轨旁控制设备采集相关信号机的点灯电源，实现给控制设备供电，同时根据信号机点灯电源的状态，选择相应的报文数据输出给有源应答器，从而实现调车防护功能。在室内设有监测设备，利用既有的信号机点灯电源回路，通过电力载波技术，实现与室外控制设备的实时通信功能，室内监测系统可查看室外调车防护装置的工作状态、报警信息和报文输出状态等信息，便于现场的维护。室外分散式系统连接示意图如图3所示。

图3 室外分散式系统连接示意图

调车防护系统的室外分散式方案有以下特点：

1.把控制设备分散安装于信号机附近，不用铺设长距离数据传输电缆，工程实施简单，成本低。

2.采用电力载波技术实现远程监测功能，便于设备的维护和管理。

3.采用低功耗、防混线设计，保障了不影响既有信号机的正常工作。

3 系统功能

调车防护系统是在防护信号机外方适当地点设置应答器组，系统根据进路状态或信号机显示，通过应答器组发送相应的报文，结合车载列车控制系统，实现调车防护。当信号关闭时，系统发送禁止通过的报文，列车控制系统接收后，触发紧急制动控停动车组；当信号开放时，系统发送允许通过的报文，列车控制系统接收后，动车组可正常运行通过。调车防护系统对不同类型信号机的防护分为以下3种防护功能逻辑。

3.1 调车信号机防护功能

采用室内集中式方案时，LEU采集相关信号机DXJ接点状态，选择相应的报文输出给有源应答器；采用室外分散式方案时，调车防护装置采集相应信号机蓝灯、白灯和红灯的显示状态，选择相应的报文输出给有源应答器；调车信号机防护功能逻辑如表2、表3所示。

表2 二显示调车信号机防护功能逻辑表

表3 三显示调车信号机防护功能逻辑表

3.2 进路兼调车信号机防护功能

采用室内集中式方案时，LEU采集相关信号机DXJ和LXJ接点状态，选择相应的报文输出给有源应答器；采用室外分散式方案时，调车防护装置采集相应信号机绿灯、白灯和红灯的显示状态，选择相应的报文输出给有源应答器。进路兼调车信号机防护功能如表4所示。

表4 进路兼调车信号机防护功能逻辑表

3.3 出路信号机防护功能

采用室内集中式方案时，LEU采集相关信号机DXJ和LXJ接点状态，选择相应的报文输出给有源应答器；采用室外分散式方案时，调车防护装置采集相应信号机绿灯/黄灯、白灯和红灯的显示状态，选择相应的报文输出给有源应答器。出路信号机防护功能逻辑表如表5所示。

表5 出路信号机防护功能逻辑表

3.4 调车防护应答器组的设置原则

为了实现对动车组的有限防护，调车防护系统应答器组与相关信号机之间需要留有用于动车组制动的距离，理论上这个距离越长防护效果越好。但从现场实际情况来看，股道的有效长度是一定的，如果防护距离设置得过长，会导致动车组停车困难，甚至无法停入股道，所以这个防护距离需要考虑各股道有效长因素，因地制宜地来设置应答器组的位置。

由于受到地形、动车组制动性能和防护距离不足等因素的影响，调车防护系统只能对动车组调车作业提供有限防护功能。

1.相邻应答器组间距离不宜小于30m，组内应答器间距应满足3±0.5m。

2.一般情况下，在防护信号机外方 （20±0.5）m处设置应答器组。受站场限制时，可适当向信号机方向移设，但距信号机不得小于15m。应答器组设置如图4所示。

3.在尽头线土档、无接触网区域等特殊场所，一般情况下，可在距防护地点或信号机25m处设置由两个无源应答器组成的应答器组。困难情况下，应答器组距防护地点不小于15m。如图5所示。

图4 应答器组设置示意图

图5 特殊场所应答器组设置示意图

4.根据运输需要，一般情况下，调车防护系统应答器组设置在动车组调车进路上，应答器组间均为非链接关系，如需要在动车组列车进路上设置应答器组，应答器组间应建立链接关系。

4 现场应用

目前，在北京动车段、上海动车段、广州动车段、武汉动车段、福州南动车所、成都动车所等多个动车段 （所），均采用了室内集中式调车防护系统方案，并开通投入使用，填补了动车段 （所）动车组调车防护措施的空缺，得到了相关路局的一致认可。

室内集中式方案具有技术成熟度高，设备维护便利的特点，如在新建动车段 （所）时，就考虑系统的设计，可避免二次施工难度加大、成本增加的问题。

自2014年室外分散式方案评审通过后，于2015年4月北京交大思诺与北京铁路局合作，在北京西客技场开展了室外分散式调车防护系统的现场试用，目前系统工作良好，满足系统设计需求。室外分散式方案相较室内集中式来讲，具有施工难度低和投入成本小的特点，通过现场试用进一步验证了系统稳定性，建议推广使用。室外分散式方案现场应用如图6所示。

图6 室外分散式方案现场应用示意图

5 结束语

调车防护系统是列控相关设备的一种特殊应用，利用现有成熟技术，开拓新的应用场所，可提高动车组作业安全。作为安全防护辅助系统，调车防护系统实现了动车组调车作业的安全防护，大大降低事故发生概率，除了工程实施、设备采购成本外，对既有的动车组和站场相关设备均没有任何影响。动车组列车价格不菲，任何事故都将带来巨大的经济损失，系统的成功研制和应用，不仅可以减少经济损失，更能促进技术装备等领域的技术创新；增强国内厂商自主创新能力；对促进我国动车段 （所）现代化管理水平的提高具有重要意义。

［1］ 中国铁路总公司.铁总运 ［2014］260 号.动车段（所）调车防护系统暂行技术条件［S］.2014.

［2］ 中华人民共和国铁道部.科技运［2010］21号［S］.CTCS－3级列控系统应答器应用原则（V2.0）.2010.

［3］ 中华人民共和国铁道部.科技运［2010］136号［S］.CTCS－2级列控系统应答器应用原则（V2.0）.2010.