等级转换的特殊应用场景分析

田羡宁，洪兰兰

(1．北京全路通信信号研究设计院集团有限公司，北京 100070；2．北京和利时系统工程有限公司，北京 100176)

1 问题提出

随着铁路网不断发展，不同的客运专线根据设计速度和实际应用的需求，使用了不同的CTCS等级。为满足互联互通的需求，必须在不同线路之间进行CTCS等级切换。国家铁路局和中国铁路总公司（原铁道部）已经颁布了《CTCS-3级列控系统应答器应用原则（V2.0）》（科技运[2010]21号）、《CTCS-2级列控系统应答器应用原则（V2.0）》（科技运[2010]136号）、《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）和《列控系统应答器应用原则》（TB/T 3484-2017）的规范，规定通常情况下列控系统等级转换功能的设计原则，对于保证动车组在不同线路间的安全、高速、平稳运行具有重要意义。笔者在实际工作中发现：在一些特殊场景中，分相区的位置、不同的列车进路以及司机的操作需求等因素都会影响等级转换设计的方案，而相关规范并未提及或者详细说明。

以下先对现有原则规范中与等级转换的相关的内容进行概述。

2 等级转换的原则概述

1）CTCS-0/CTCS-2等级转换

《CTCS-2级列控系统应答器应用原则（V2.0）》（科技运[2010]136号）对于C0/C2等级转换设计的相关内容如下：

“3.5.1.1 等级转换应答器应包括预告应答器组[YG0/2]和执行应答器组[ZX0/2]，…在C0/C2等级转换点两侧设置C0-C2、C2-C0的等级转换预告应答器组，距转换点的距离应大于列车按等级转换点处线路最高允许速度运行5 s的走行距离。

3.5.1.2 等级转换应设置在区间列车较少实施制动的区段，并且该区段内宜避免存在分相区和UU/UUS发码。”

由此可见，规范中仅仅说明了C0/C2等级转换应该避开分相区和降速区域，但是实际工程由于站场结构限制，存在必须设置在有分相区的地方或者降速区域，规范中没有具体规定。

2）CTCS-3/CTCS-2等级转换

在《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）中对于C3/C2等级转换设计的相关内容如下：

“4.1.5.1：等级转换区域线路数据范围：C3→C2等级转换点后常用制动距离内C2区与相关车站应纳入RBC数据范围。

5.2.1.2：C2控制单元被“激活”后，应根据C2行车许可及等级转换点位置信息，实时计算并向C3控制单元报告C2在转换点的目标速度（若C2的行车许可未越过等级转换点，则向C2控制单元报告的等级转换点目标速度值为0），C3控制单元根据C2报告的转换点目标速度重新计算控车曲线并监控列车向转换点运行。”

《列控系统应答器应用原则》（TB/T 3484-2017）中对于C3/C2等级转换设计的相关内容如下：

“5.3.10.7 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。”

由此可见，既有原则规范关于C3→C2等级转换的内容较为简略，仅对一般场景具有直接的指导作用，无法满足一些特殊场景下的功能需求。

以下将对3个特殊场景进行具体分析。

3 特殊场景的分析

3.1 短区间内设置分相区

如果C2→C0或C3→C2的等级转换失败，车载设备保持原有等级运行，由于在等级转换点前车载设备接收的线路数据一般只能满足动车组从等级转换点开始以常用制动到停车的制动距离，因此动车组在逐渐减速的过程中可能会因为在分相区内失去动力而停在分相区内，所以等级转换点通常要尽量远离分相区。

但是如果在一个必须进行的等级转换区域存在分相区，则需要根据分相区的位置重新考虑等级转换点的设置。例如“两站一区间”的情况，区间没有信号机或标志牌，两侧的车站设置为不同的列控等级，均为越行车站，不具备手动切换的条件, 区间存在分相区。

本文以穗深城际新塘联络线的C0和C2之间等级转换为例，举例场景如图1所示。左边新塘北站为C0端头站，右边新塘站为C2车站，站间距超过1 300 m；线路允许速度是80 km/h。通常设计是按照标准方式布置等级转换应答器，即设置一组等级转换执行应答器用于C0→C2和C2→C0双向的等级转换，两侧再设置正反向预告应答器各一组，如图1所示；但是该场景中存在分相区，分相区的长度超过300 m且在该场景中分相区位置靠近线路中段，则无论双向等级转换点在分相区的任何一侧，都无法满足等级转换点前方的制动距离要求，或者等级转换点位于动车组的速度曲线的降速区域，且应答器不能设置在分相区内，因此需要考虑新的设置方式。

为了解决这个问题，可将C0→C2和C2→C0的等级转换点分开设置，并将预告应答器与进站应答器或者C0区段的CZ-C0应答器合用，这样在C2→C0和C0→C2转换时就有足够的数据冗余，避免在等级转换时列车处于制动减速状态从而导致转换失败。

当C0→C2执行应答器前方为分相区时，参照《CTCS-2级列控系统应答器应用原则（V2.0）》的规定，建议执行应答器至断电标的距离满足以线路允许速度运行至少10 s，满足相关规范对于最近的预告分相区应答器的设置要求，在等级转换完成后动车组有足够的时间完成规定的自动操作。如图2中分相区左侧的应答器布置所示。

图2 等级转换应答器布置示意图Fig.2 Installation of balises of level transition

根据《车载控制自动过分相系统技术条件》（TB/T 3197-2008）中地面磁感应器安装位置的规定，两个地面磁感应器距离中性区的起始位置分别是a=35 m和b=170 m（中高速铁路），如图3所示。

图3 自动过分相装置示意图Fig.3 Devices for automatic passing through neutral zone

根据《关于设置高速铁路电分相标识暂行规定的通知》（铁运[2011]49号），断电标设置在距离中性区段起始位置不小于80 m处。

因此当C2→C0执行应答器前方为分相区时，执行应答器的安装位置建议为距离断电标大于125m（170+35-80=125）处的轨枕上，同时要考虑避免与磁感应设备互相干扰，保证在等级转换后有足够的自动或手动过分相时间。如图2中分相区左侧的应答器布置。

3.2 列车进路上的等级转换

根据《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)的规定，C3等级的动车组在收到等级转换预告信息后，会“激活”C2等级控制单元，并根据C2行车许可及等级转换点位置信息，实时计算并向C3控制单元报告C2在等级转换点的目标速度，C3控制单元根据C2报告的转换点目标速度重新计算控车曲线。由此可见，从预告应答器开始，在等级转换前，C3控制单元会控制车速开始减速至不高于C2控制单元的目标速度，因此预告应答器与执行应答器的距离应大于由（YG-3/2）处CTCS-3的实际速度常用制动至（ZX-3/2）处CTCS-2允许速度的距离，需要指出的是，（YG-3/2）处CTCS-3的实际速度必然是低于允许速度，所以应该按照规范采用允许速度进行制动距离的计算。

举例场景如图4所示，该场景来自于中卫南站与中卫南存车场之间联络线。其中104#道岔为18号道岔，侧向通过允许速度为80 km/h；办理各个股道发车至SDL的进路时，股道区段的轨道电路发送UUS/UU的低频信息。

图4 在进路上进行等级转换的场景示意图Fig.4 Scenario of level transition on train routes

虽然联络线区间较短，但是根据运营需求必须设置等级转换点。因为存车场根据规范要求通常是C2等级的站场，所以RBC覆盖范围仅能到存车场XDL进路信号机。如果等级转换预告点和执行点都设置在联络线上，则执行点至RBC覆盖终点的距离无法满足从执行点处允许速度常用制动到0的制动距离，因此需要在出站有源应答器中根据进路发送等级转换预告信息。下一步需要判断是否可以将SDL外方的应答器BSDL作为等级转换执行应答器。

如果在联络线XDL信号机外方设置一处45 km/h的限速区，按照《列控中心技术条件》（TB/T 3439-2016号）文件的规定，各个股道的轨道电路应发UU码，且出站有源应答器会发送限速45 km/h报文，则发车进路上后台C2控制单元的顶棚速度都是45 km/h，将一直保持至车尾离开咽喉区，因此BSDL处的顶棚速度为45 km/h。

如果将BSDL作为等级转换执行应答器，I-3G和I-4G由于是侧线股道，C3等级动车组在经过出站应答器以及咽喉区时，线路的顶棚速度均不超过80 km/h，BI-3G、BI-4G至BSDL的距离满足《列控系统应答器应用原则》（TB/T 3484-2017）中的5.3.10.7节规定的距离要求，可实现等级转换且不会触发制动。

但是BXI-I出站应答器组并不符合上述情况。该应答器组位于正线，线路允许速度为160 km/h，而C3控制速度与地面的低频信息无关，而且以进路顺向道岔的岔尖作为变速点，所以动车组以C3等级经过BXI-I出站应答器时的实际速度可以高于道岔侧向允许速度80 km/h，而地面专业很难推算具体的实际速度是多少，因此BXI-I至BSDL的距离可能无法满足从实际的速度制动到45 km/h的制动距离，导致在转换点处实际速度高于后台C2的控车顶棚速度，转换后将触发制动。

同理，BXI-II至BSDL的距离也可能无法满足从实际的速度制动到45 km/h的制动距离。

如果按照正线最高速度即从160 km/h制动到45 km/h计算制动距离，虽然可以保证能够顺利完成等级转换，但是会因为该制动距离过长而联络线较短导致等级转换点过于靠近RBC覆盖的边界及XDL信号机，从而使转换点处车速过低，影响运营效率。

为了简单计算制动距离同时避免降速，建议按照该进路第一个道岔侧向的允许速度计算制动距离；结合本场景，该道岔即为104#道岔。动车组在104#道岔侧向通过时，C3控车的实际速度都不会的操作负担，但是在某些场景下也会干扰司机的操作，此时应根据行车专业的需求修改设计。举例场景如图5所示，该场景来自于昆明南站沪昆场的实际站场设计。

图5 等级转换影响司机操作的场景示意图Fig.5 Scenario of driver’s operation affected by level transition

由于C3等级动车组从X/XF口接车进入特定股道后需要转线去C2等级的站场，因此可以在X/XF口外方的有源应答器根据进路办理的情况发送C3→C2的预告报文，并将反向出站信号机外方的应答器设置为执行应答器。由于咽喉区较长，道岔侧向变速点距离进站信号机较近，所以满足由（YG-3/2）处CTCS-3允许速度至（ZX-3/2）处CTCS-2允许速度的制动距离。

但是在实际应用中发现，由于动车组的ATP要求司机在等级转换后5 s内必须按确认键确认等级转换，否则将输出最大常用制动。而在此场景中，高于80 km/h，因此应以104#岔尖位置为起点计算从80 km/h到45 km/h的制动距离后,重新确定等级转换执行点的位置。新的转换执行点位于联络线上，可以将原定位应答器补双后移动至相应位置，作为从I-IG的发车进路的等级转换执行点；同时应注意执行点与RBC覆盖终点的距离应满足线路最高速度制动到0的制动距离。

同理，新的执行点位置也必然满足从I-IIG的发车进路的等级转换功能需求，其计算制动距离的起点是106#道岔的岔尖。

3.3 司机操控对标停车

虽然自动等级转换在大多数情况下减轻了司机该站为始发站，则司机接进股道后必停车；当司机正在进行停车作业时，该确认动作就干扰了司机的操作，容易造成停车对标不准或者触发制动，影响正常运营，因此在该场景中应取消自动等级转换功能，改由司机停车后手动转入C2等级或者在进站前即转入C2等级。

3.4 总结

针对上述3个场景的分析，本文给出3个设计建议。

1）在短区间进行C0/C2等级转换时，C2→C0和C0→C2的执行点可分开设置。当等级转换的位置受到分相区的影响时，C2→C0的执行点距离分相区大于125 m，可以保证手动或自动过分相有足够的反应时间；C0→C2的执行点距离分相区应满足以线路允许速度运行至少10 s的长度。

2）在列车进路上进行C3→C2的等级转换时，如果无法准确判定预告点的实际速度，则执行点的位置可以根据进路第一个侧向通过道岔的允许速度计算制动距离，保证在执行点C3控车的实际速度不高于后台C2的顶棚速度。

3）由于等级转换需要进行确认操作，因此不适合在司机需要进行对标、停车操作等关键操作的区域进行自动等级转换，可与运营单位协商后改为手动转换。

4 结束语

本文所介绍的部分仅是等级转换设计时，在一些较为特殊场景下的处理建议。在工程项目的枢纽、联络线等复杂线路，保证运营效率和安全的前提下，仍然需要结合具体的工程项目，进一步积累等级转换设计的技巧并加深对规范的理解。?