京津城际天津枢纽列控系统升级改造设计方案探讨

谢兰英

（北京全路通信信号研究设计院集团有限公司，北京 100070)

1 概况

1.1 天津枢纽线路概况

京津城际正线通过城际场与京津城际延伸线相接，京沪高铁通过天津津秦场与津秦客专相接，京津东延线通过天津普速场与天津城际场、天津津秦场相接。天津城际场、天津津秦场、天津普速场共同组成天津枢纽，天津枢纽线路示意如图1所示。

1.2 既有列控系统概况

天津城际场改造前为CTCS-3D车站，兼容CTCS-2；天津津秦场为津秦客专CTCS-3车站；天津普速场（1号楼）为既有线CTCS-2车站；京津城际延伸线军粮城北为CTCS-3车站。

CTCS-3D列控系统包括ETCS 1级和CTCS-2级列控系统，两系统共用联锁设备、应答器、轨道电路、通用现场单元控制器（MSTT）等设备。

ETCS 1级列控系统与CTCS-2级列控系统的主要差异为地面系统为车载设备提供运行许可（目标距离、目标速度）信息途径不同：ETCS 1级列控系统是通过在每个闭塞分区入口处设置的有源应答器向列车传送ETCS-12包报文，以点式传送的形式实现；CTCS-2级列控系统是通过轨道电路连续向列车传送列车运行前方空闲闭塞分区数量，同时通过应答器以CTCS-1包报文的形式提供各闭塞分区长度，再由车载设备实时计算出与ETCS 1级列控系统ETCS-12包报文等效的运行许可信息。

图1 天津枢纽线路示意图Fig.1 Schematic diagram of Tianjin terminal line

2 改造方案

京津城际延伸线按CTCS-3级列控系统设计，在天津城际场与既有京津城际CTCS-3D级列控系统相接。因此京津城际正线列控系统需进行升级改造，考虑到不同线路间的互联互通及信号系统标准的一致性，京津城际正线、经南仓线路所和城际联线路所至天津西城际场间升级改造为CTCS-3级列控系统；京津城际至天津津秦场间维持既有CTCS-2级列控系统。基于以上原则制定出天津枢纽列控系统升级改造的总体设计原则、级间转换设置、应答器报文控制方案。

2.1 总体设计原则

2.1.1 无线闭塞中心（RBC）

鉴于京津城际列车运行密度、京津延伸线预留机场线引入条件需求、RBC设备与联锁设备接口数量限制等客观因素，经计算需增设一套RBC设备控制北京南城际场至天津城际场，与京津延伸线RBC实现互联互通，实现京津城际正线CTCS-3级列控系统功能。

2.1.2 临时限速服务器（TSRS）

京津延伸线已在天津站RBC中心机房内设置一套临时限速服务器，基于临时限速服务器管辖范围与调度台管界一致的原则，京津城际改造不单独设置TSRS，京津延伸线TSRS设备临时限速延伸管辖范围，管辖北京南城际场至天津城际场至于家堡段线路临时限速命令的存储及下达等功能。

2.1.3 列控中心（TCC）京津城际既有在北京南城际场、亦庄站、永乐站、武清站、天津城际场和6个中继站均设置列控中心，负责轨道电路的编码和方向控制，并与西门子有限公司的列控设备接口。但与国内现行列控中心技术标准存在差异。结合京津城际列控系统升级改造和现场实施倒接等要求，在北京南城际场、亦庄站、永乐站、武清站、南仓线路所、天津城际场和其余5个中继站各新增一套TCC设备，执行国内现行列控中心技术标准。

2.1.4 应答器及地面电子单元（LEU）

改造前京津城际正线按照CTCS-3D应答器的应用和技术要求布置西门子应答器，与现行CTCS-3级应答器布置和应用要求存在差异，京津城际改造工程按《CTCS-3级列控系统应答器应用原则（V2.0）》（科技运[2010]21号）文件要求的原则重新布置应答器和敷设有源应答器电缆，拆除既有应答器。

2.1.5 信号安全数据网

京津城际正线既有列控中心与DS6-K5B联锁系统采用125 M LAN数据环网、与SIMIS W联锁采用CAN总线实现联锁和列控系统间的安全数据通信。与现行CTCS-3级列控系统的信号系统安全数据传输要求存在差异，因此京津城际正线改造按照《高速铁路信号系统安全数据网技术规范V3.0》（铁总运[2014]353号）文件要求设置信号安全数据网，在北京南城际场、亦庄站、永乐站、武清站、南仓线路所、天津城际场和其余5个中继站各新设1套安全数据网设备，信号安全数据网接入设备包括 ： TCC、CBI、TSRS、RBC。

京津城际相关车站（场）、线路所、中继站接入京津延伸线环网中，TCC、联锁、RBC和TSRS服务器接入到以太网中，设备间的通信采用以太网通信。全线所有车站的以太网交换机作为网络数据通信接入点，为信号安全设备提供网络接入。与京沪高铁安全数据网通过三层交换机进行数据交互。

京津城际正线改造不单独设置网管系统，由京津延伸线工程设置的线路EMS网管统一管理。

2.2 级间转换设置

天津城际场和津秦场间既有运行CTCS-2等级动车组，天津城际场和普速场（1号楼）间运行CTCS-2动车组。京津城际通过联络线至秦皇岛方向的列车，在天津津秦场出站口实现C2→C3等级转换。津秦客专通过联络线至京津城际的列车，在出站有源应答器组BS13收到C3→C2等级转换报文，在咽喉区实现C3→C2等级转换。

天津城际场和军粮城北之间运行CTCS-2等级动车组和采用CTCS-2等级的CTCS-3级动车组。CTCS-2等级动车组从天津城际场向军粮城北方向运行，在区间实现C2→C3等级转换。CTCS-3等级动车组从军粮城北向天津城际场方向运行，在区间实现C3→C2等级转换。

2.2.1 天津城际场与军粮城北贯通

两站之间为正线区间，满足CTCS-3级贯通运行的设置条件。北京南城际场至天津城际场设置一套RBC，与京津延伸线RBC直接通信，实现京津城际与京津延伸线之间CTCS-3级贯通运行的需求。取消天津城际场与军粮城北之间既有设置的C2→C3和C3→C2等级转换点，在两站集中区分界处设置RBC切换应答器组，实现RBC之间的自动切换。

2.2.2 天津城际场与津秦场贯通

津秦客专秦皇岛方向的CTCS-3等级动车组由津秦场13G经221#道岔（普速场）侧向发至总出站信号机SZ3（城际场），再由SZ3信号机接至京津城际正线。京津城际正线经109#道岔（城际场）侧向接车至进路信号机XL（普速场），再由XL信号机接至津秦场/普速场。

天津城际场至津秦场联络线长度约400 m，S13信号机（津秦场）至SZ3信号机（城际场）线路最高允许速度为45 km/h，且轨道区段全部进行电码化。221#道岔由普速场联锁控制，津秦场与普速场集中区分界位于XJ/SJ虚拟信号机处，普速场与城际场集中区分界位于SZ3/XL处。

方案一：设置C3→C2等级转换点

1） 天津城际场→天津津秦场

京津城际通过联络线至秦皇岛方向的动车组，在联络线新设C3/C2级间转换应答器组实现C3→C2级间转换，在天津津秦场出站口实现C2→C3级间转换。

《CTCS-2/CTCS-3级列控系统等级转换应用原则（V1.0）》（运基信号[2011]170号）规定“C3→C2等级转换点后常用制动距离内C2区域的相关车站应纳入RBC数据范围”。因221#道岔归属普速场联锁控制，且XL内方非唯一进路，设置C3→C2等级转换执行点时，考虑将RBC管辖范围终点控制到XL处，以避免修改普速场联锁软件。经计算，将C3/C2级间转换应答器组ZX3/2设置在距离D105信号机大里程方向20 m处，ZX3/2应答器组距XL长度为494 m，满足坡度为0‰情况下，动车组从45 km/h常用制动到0的距离要求。

《列控系统应答器应用原则》（TB/T3484-2017）第5.3.10.7条规定“CTCS-3至CTCS-2等级转换预告应答器组和执行应答器组间的距离应大于列车由CTCS-3允许速度制动至执行点CTCS-2允许速度的制动距离，再加上该区段线路允许速度运行5 s的距离”。经计算，可将天津城际场进站信号机X/XN处的有源应答器组兼作YG-3/2，办理X/XN至XL的接车进路，信号开放后，发送等级转换预告报文。

2） 天津津秦场与天津城际场之间的等级转换

从秦皇岛方向来的CTCS-3级动车组往天津城际场间C3→C2级间转换维持既有，在越过津秦场出站应答器组BS13后在咽喉区完成C3→C2级间转换，在天津城际场出站口实现C2→C3级间转换。

当办理天津津秦场出站信号机S13至城际场的发车进路后，出站有源应答器组BS13兼作YG-3/2，发送预告C3→C2级间转换信息包。在距BS13后方225 m处B0164设置等级转换应答器组ZX-3/2。出站信号机S13至城际场SZ3的线路速度为45 km/h，津秦RBC1数据范围管辖至SZ3处。

等级转换应答器组设置示意如图2所示。

图2 等级转换应答器组设置示意图Fig.2 Schematic diagram of level transition balise group setting

此方案存在如下优点。

a.不需修改普速场联锁软件，对既有设备影响小，容易实施。

b.京津RBC与津秦RBC不通信，两条线后续涉及RBC系统升级时，互相不影响。

c.联络线线路允许速度为45 km/h，采用级间转换方式对线路运输效率无影响。

方案二：按CTCS-3级贯通考虑

此方案关键在于找到合适的RBC切换点。《铁路信号设计规范》（TB10007-2017）8.2.5第3条对相邻RBC切换位置的规定为：

1） 设置于区间闭塞分区分界处；

2） 宜与车站联锁的集中区分界一致；

3） 宜避开GSM-R网络的MSC或BSC的切换区。

因两场之间联络线长度约400 m，无合适的位置设置RBC切换点。若将两场均纳入其中一个RBC管辖，可在正线设置RBC切换点，但对既有设备修改影响较大。考虑投资及现场调试难度，放弃两场之间进行CTCS-3贯通。

2.3 应答器报文控制方案

SZ3信号机外方的221#道岔分别去往津秦场和普速场，两场均有动车组运行需求，需在SZ3信号机外方设置两组有源应答器组，XL信号机的有源应答器组距XL信号机为60 m，为满足特殊情况下应答器组间距不小于100 m的要求，在距SZ3信号机40 m处新设BSZ3A、BSZ3应答器组。

2.3.1 BXL有源应答器报文控制方案

为了便于维护，BXL改为由天津城际场列控中心控制。XL为始端的进路由普速场联锁控制，城际场列控中心有两种方式获得XL为始端的进路条件。

方式一：列控中心直接采集XL点灯继电器条件。

既有已经通过站间电缆将XL点灯继电器条件由普速场传送至城际场，列控中心直接通过采集XL信号机 XL_LXJ、XL_YXJ、XL_DXJ、221_DBJ、221_FBJ继电条件判断报文发送时机，方便实施。BXL有源应答器报文发送控制逻辑如表1所示。

方式二：列控中心从联锁获得XL进路条件。

表1 BXL有源应答器报文发送控制逻辑Tab.1 BXL switchable balise telegram sending control logic

此方式也可以获得所需条件，但存在如下缺点。

1） 计算机联锁和列控中心需要特殊约定接口。

2） 列控中心获得条件的路径为：继电站联电缆将XL点灯继电器条件传送至城际场，城际场计算机联锁采集后通过安全数据网传送至列控中心。

相比方式一，此方式传输路径长，增加了延时风险，不予采纳。

2.3.2 BSZ3、BSZ3A有源应答器报文控制方案

BSZ3/BSZ3A由天津城际场列控中心控制，221#道岔归属普速场控制，城际场列控中心需考虑如何控制BSZ3A、BSZ3应答器报文发送。列控中心需获得221#道岔定反位情况及SZ3信号开放条件。

通常列控中心通过安全数据网从计算机联锁获得SZ3信号开放条件，但无法获得普速场221#道岔定反位情况。若由计算机联锁通过安全数据网传送，需特殊约定接口，计算机联锁和列控中心均需特殊处理。综合考虑，由列控中心采集221#道岔的DBJ和FBJ，结合SZ3信号开放条件，对BSZ3A和BSZ3的报文发送进行切换。

当SZ3开放允许信号或显示引导信号且221#道岔为定位时，BSZ3发送进路报文，BSZ3A发送停车报文；当SZ3开放允许信号或显示引导信号且221#道岔为反位时，BSZ3发送停车报文，BSZ3A发送进路报文；当SZ3信号未开放或221#道岔没有定反位表示时，BSZ3和BSZ3A均发送停车报文。

3 结束语

天津枢纽列控系统升级后，C3等级运行的动车组可在京津城际、京津延伸线及津秦客专线路贯通运行，实现了互联互通需求。随着高速铁路的快速发展，新建铁路会更多的交汇于枢纽车站，在接入改造的同时，会出现一系列新的技术问题，在实际工程应用中，需要结合高速铁路技术标准，针对具体场景，考虑减少对既有设备的影响，采取合理的改造方案。