北京地铁新机场线长大区间信号设备控制距离解决方案的研究

支 柱

（1.北京全路通信信号研究设计院集团有限公司，北京 100070；2.北京市高速铁路运行控制系统工程技术研究中心，北京 100070）

北京地铁新机场线长大区间信号设备控制距离解决方案的研究

支 柱1，2

（1.北京全路通信信号研究设计院集团有限公司，北京 100070；2.北京市高速铁路运行控制系统工程技术研究中心，北京 100070）

北京地铁新机场线站间距离长，使得室外信号设备的控制距离很长，这与常规的地铁线路中正线的信号控制距离差别较大。从信号系统设计初期的角度研究在长大区间中如何保证信号设备在用电、信号传输以及信号设备的管理维护等方面的要求。对涉及到的各种轨旁信号设备应采取的解决方案进行分析与研究，通过实际调查与计算，确定方案的可行性。并对后期信号设备的管理维护提出解决方案。

长大区间；信号轨旁设备；维护管理

1 提出问题

北京轨道交通新机场线是连接中心城与新机场的轨道交通线路。线路全长41.36 km，一期共设3座车站，平均站间距19 km，其中具体的站间距如表1所示。

表1 车站间距

北航站楼站至磁各庄站之间距离长达25 km多，磁各庄站至草桥站之间距离长达13 km多。根据联锁区的划分，北航站楼站与磁各庄站区间中最远的室外信号设备至位于站内的信号设备室距离长达13 km多；磁各庄站与草桥站区间中最远的室外信号设备至位于站内的信号设备室距离长达6 km多。这与常规的地铁线路正线上1～2 km（一般不超过3 km）的信号控制距离差别较大。

通常情况下，城市轨道交通区间轨旁设备包括信号机、转辙机、道岔缺口监测设备、计轴、应答器等，这些设备常规线径的控制距离如表2所示。

通常设备集中站对区间轨旁设备的控制可采用通过常规线径的电缆来实现直接控制。而新机场线中最长达13 km的控制距离需要从信号系统设计初期就考虑到在长大区间中保证信号设备在用电、信号传输等方面的特殊要求，以及工程建成开通运营后对长大区间信号设备的管理维护。

2 解决方案

1）在长大区间的信号轨旁设备

a.线路在新机场北停车场与正线衔接处设置16组道岔，这些道岔距离新机场北航站楼站约4 km。

表2 信号设备常规线径的控制距离

b.在上述转辙机的岔前岔后，根据作业需要设置相应信号机、计轴、应答器等轨旁设备。

c.在地下区间风井处、路基段与地下段分界处设置区间分界点信号机、计轴、应答器等轨旁设备。

2）这些轨旁信号设备在长大区间距离设备集中站较远，每一种信号区间轨旁设备可采用不同的控制方式来实现超长距离控制，如加粗线径、加芯、增加中继设备等方式来实现设备集中站对区间轨旁设备的长距离控制。具体解决方案如下：

a.信号机：通过采用1.4 mm线径的电缆，同时在室内增加隔离变压器提高室内送电电源电压的方式来实现对本工程信号机的长距离控制。

AC110 V的信号机点灯变压器一次侧输入电压为85～110 V，一次侧电流为128～135 mA。如果按照1.4 mm加芯方式，线路上的电压损耗为△U=（12 Ω/2）×15×2×0.135 A=24.3 V。

因此采用1.4 mm线径的电缆，对于AC110 V的信号机，最远可以控制7.7 km。对于13 km的控制距离，可以采用1.4 mm加芯的方式满足要求。

b.转辙机：理论上可以通过采用1.4 mm线径的电缆，同时在室内增加隔离变压器提高室内送电电源电压的方式来实现对本工程转辙机的长距离控制。

根据运电信号函［2015］443号文的要求，工程设计时，三相交流五线道岔控制距离大于2.3 km，应将X1与X2～X5分电缆设置。

可以采用1.4 mm线径的铝护套信号电缆，当控制距离超过4.5 km时，可以采用加芯或在室内增加隔离变压器提高电源电压的方式。

c.道岔缺口监测设备：可以通过在区间增设中继设备、或加芯、或在轨旁增加通信转换器的方式，实现对道岔缺口监测设备的长距离控制。

控制距离超过3.5 km，在设备室内和道岔转辙机旁均设置线路放大器，采用PLC窄带通信技术。道岔缺口监测电缆与转辙机控制电缆共缆，与转辙机控制电缆同样加芯处理。采取此解决方案的厂家如上海邦成。

控制距离超过500 m，在道岔附件加装信号中继设备，采用载波方式将缺口视频图像传回设备室。采取此解决方案的厂家如杭州慧景。

d.计轴：通过在计轴磁头轨旁箱盒内加装转换板和增音箱、或宽带隔离变压器、或增加计轴电缆线径、或加芯等方式来实现对计轴的长距离控制。

经统计，北航站楼集中区与磁各庄集中区分界处的计轴控制电缆长度最长，达到13 km。而目前国内的几个计轴厂家通过一些措施达到15 km左右的计轴控制距离，厂家具体解决方案如表3所示。

表3 计轴厂家的长距离控制解决方案

e.应答器：一般不采用增加电缆线径或加芯的方式来实现对有源应答器的超长距离控制，在国铁上一般采用在区间增设轨旁LEU机柜来实现。本工程借鉴采用这种在长距离有源应答器旁增设轨旁LEU机柜的方式。

当有源应答器距离设备室超过3 km时，有源应答器的编码不能直接通过电缆从信号设备室传输。此时有源应答器需要通过轨旁LEU机柜连接信号设备室，通过轨旁LEU机柜来获取该应答器的编码信息及电源。建议在这种情况下，LEU机柜采用冗余设LEU单元来提高安全性与稳定性。

按照每个轨旁LEU机柜（含LEU、交换机、机柜）的用电量500 VA计，新机场线中的长大区间采用从设备室为轨旁LEU机柜供电时，LEU机柜所使用的电源电缆线径统计如表4所示。

f.道岔融雪

室外电气控制柜由动照专业从区间变电所就地就近供电。室内控制终端至室外电气控制柜的控制电缆采用铁路数字信号电缆（8B芯），控制距离过长时，可以采用增加放大器等方式实现。

表4 北京新机场线正线LEU机柜电源电缆线径统计

g.长大区间轨旁设备的管理维护：

线路在新机场北停车场与正线衔接处设置16组道岔，这些道岔距离新机场北航站楼站约4 km。

为了便于故障情况下手摇转辙机和应急抢修，可在道岔旁设置区间管理用房、维护用房以及相应工作站。

其中区间用房主要包括值班员值班室和通号维护部值班室，房内设置的工作站主要有：

在值班员值班室设置ATS显示工作站，区间值班员可以查看ATS相关的信息。

在通号维护部值班室内设置维护工作站及打印机，及时了解道岔区的设备状态，包括区间道岔转辙机的动作情况和状态。

区间用房内的设备供电由设备集中站单拉电源线供电、或在区间用房内设置电源设备两种方式：

方式一，按照最大功率1.1 kVA考虑，若采用由设备集中站直供方式，计算过程如下：

区间用电设备（主要包含工作站、LEU轨旁机柜、交换机等）均为220 V用电设备，考虑供电电缆压降为20 V，在区间用电设备端的电源电压为200 V（在±10%以内）。

电缆截面积的计算公式依据：由R=ρ（L/S）及R=U降/I推导出：

其中，ρ取0.017 5（20 ℃时铜电阻率），L为供电回路长度（即单程距离×2），I取值用电设备的额定电流，即I=P/U=P/（U×cosθ）（cosθ为功率因数0.8）。

针对北磁区间用房内工作站的直供电源电缆线径计算如下：

由计算结果看出，可以选用50 mm2的电力供电电缆，型号为WDZB-YJY23-3×50+1×16。

方式二，若采用在区间用房内设置电源设备方式：

该道岔区距离北航站楼站设备室超过3 km，由于此范围内有源应答器的来源采用轨旁LEU机柜（暂定设6个轨旁LEU机柜，每处用电需求为500 VA，共3 kVA），若考虑在该区间用房取电，则此处区间用房内电源设备容量按照5 kVA设计。

3 结论

本文以北京轨道交通新机场线长大区间信号解决方案的研究为背景。借鉴了铁路的成功经验，因为长大区间的一些解决方案在铁路上已经得到应用，并且其实现方式已经相当成熟、稳定、可靠。通过对北京城市轨道交通新机场线长大区间信号设备解决方案的研究，为将来的城际以及其他类型的快速轨道交通处理类似问题时带来经验。

［1］林瑜筠.区间信号自动控制［M］.北京：中国铁道出版社，2014.

Because of Beijing new airport metro line with a long section between stations， the control distance of trackside signals of the line is longer than that of conventional subway lines. This paper studies the requirements for the power supply， signal transmission， management and maintenance of the trackside signals in original design of the signal system， analyzes the solution of various kinds of signals involved in the system. It is proved that the solution is feasible by actual investigation and calculation， including the solution for management and maintenance of the signals on long sections.

long section； trackside signal； management and maintenance

10.3969/j.issn.1673-4440.2016.05.020

（2016-07-18）