基于CTCS2 ATO的城际和市域铁路到发线有效长优化研究.pdf
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1、工 程 建 设2023/07CHINA RAILWAY基于CTCS2+ATO的城际和市域铁路到发线有效长优化研究赵博(中铁上海设计院集团有限公司 通信信号设计院,上海 200070)摘要:对于都市圈城际和市域铁路车站,其到发线有效长度计算根据线路性质,按照警冲标、出站信号机、道岔等控制条件来确定。为进一步优化缩短到发线有效长,并保证行车安全和运输效率,分析CTCS2+ATO列控系统对到发线有效长的控制因素及列控车载设备性能,结合采用的动车组列车长度,借鉴城轨交通CBTC信号系统的防护策略,提出采取列车进站停车防护区段外移的优化方式,可将车站到发线有效长从370 m缩短至270 m,进而缩短车站
2、土建规模,节省投资;列车停准停稳后,通过采用牵引切除、触发最大常用制动、EOA点回撤等技术手段,也能提高行车效率和确保行车安全;对有关延续进路解锁关键技术以及CTCS2+ATO列控系统设备改造的技术方案进行深入研究,明确了列控系统改造设备和软件修改内容。该研究成果可为都市圈城际和市域铁路工程设计、系统研发中站场和信号专业提供理论基础。关键词:城际铁路;市域铁路;列控系统;CTCS2+ATO;到发线有效长中图分类号:U284.48 文献标识码:A 文章编号:1001-683X(2023)07-0032-07DOI:10.19549/j.issn.1001-683x.2023.04.10.0031
3、 研究背景 都市圈城际铁路、市域铁路实现四网融合与国铁实现跨线运行,需采用适用于国铁制式的中国列车控制系统(CTCS),在中心城区运行时需具备满足行车密度大、站间距离短等公交化特点的列车自动运行(ATO)系统。为了保证行车安全并提高运营效率,到发线的有效长度应该能够容纳停留的机车车辆,同时不会对邻线的使用造成干扰。通常情况下,到发线长度是指从股道两端出站信号机内方警冲标之间的距离。一般情况下普速铁路有效长850 m,高速铁路采用CTCS2/3列控系统时有效长650 m,目前长三角地区上海市域铁路机场联络线、两港快线、江苏都市圈如通苏湖城际和水乡旅游线采用CTCS2+ATO系统,车站到发线有效长
4、基金项目:中铁上海设计院集团有限公司科研计划项目(集22-Z07)作者简介:赵博(1982),男,高级工程师。E-mail:-32基于CTCS2+ATO的城际和市域铁路到发线有效长优化研究 赵博工 程 建 设2023/07CHINA RAILWAY设计为400 m1。目前已有在建线路优化缩短了车站布置适合运行8节编组列车的市域铁路到发线,其有效长度根据城际、市域铁路设计规范和国家铁路局关于发布铁道行业标准的公告(工程建设标准2021年第3批)(国铁科法202124号)相关要求,结合防护区段至站台端部a值,以及警冲标至绝缘节距离,各项取值如下:警冲标距信号机取5 m,站台长度220 m,安全距离
5、(应答器至信号机)取60 m。按现有国铁成熟应用经验,出站应答器组距站台端距离取 5 m,L有效长=220+(5+60+5+5)2=370 m(见图1),计算得出到发线有效长度可调整为370 m2。优化后的到发线有效长370 m仍远大于列车长度(CRH1型为214 m),与此对应的到发线长度直接影响整个车站总长和土建规模。特别是对于具有越行功能的地下车站,进一步优化缩短到发线有效长,同时又要保证行车安全和运输效率,是城际和市域铁路信号技术发展的目标之一,有利于项目节省投资、降低建设难度、缩短建设工期。2 影响到发线有效长的控制因素与优化 采用CTCS2+ATO系统的都市圈城际铁路、市域铁路车站
6、到发线有效长主要由有效停车长度(站台长度)、防护区段长度(安全距离、应答器安装位置)和警冲标至绝缘节距离等控制因素组成。在上述控制因素中,有效停车长度和警冲标至绝缘节距离为固定值,有效停车长度即站台长度由所采用车型的列车长度确定,警冲标至绝缘节距离按信号设计规范要求5 m进行取值3。因此防护区段长度是决定能否缩短股道有效长的关键因素,在此将其作为主要研究对象,对防护区段设置和影响区段长度的应答器天线安装位置等控制因素进行分析。2.1现行防护区段设置现行工程设计时,防护区段设置于出站信号机外方,其长度根据ZPW-2000轨道电路最小长度、车载信号设备响应时间列车走行距离、应答器组安装距离等计算确
7、定。股道防护区段控制因素及长度取值见表1。出站信号机外方设有防护区段,按设置2处绝缘节和3段轨道电路对股道进行分割,其首尾2段作为防护区段,既对冒进防护有利可提高列车运行安全,又可解决出站信号机处绝缘破损所带来的安全威胁,消除机车信号邻线干扰带来的安全隐患。此时防护区段位于股道内,综合考虑控制因素后其长度取值为65 m。2.2防护区段设置优化防护区段设置于出站信号机外方时,综合控制因警冲标X3警冲标5距信号机60组间5a值5距信号机60警冲标5S3警冲标单位:m站台列车长到发线有效长370a值5组间5站台长220图1到发线有效长370 m组成示意图表1股道防护区段控制因素及长度取值控制因素车载
8、信号设备响应时间站内轨道电路最小长度出站信号机应答器取值长度/m605220160取值依据TB/T 35292018 CTCS-2级列控车载设备技术条件 第6.6.3条41/12道岔侧向速度和站台限速45 km/h时,LminVmax2.5 s205QCR 7692020 列控系统应答器应用技术条件 第4.3.2.1条6-33基于CTCS2+ATO的城际和市域铁路到发线有效长优化研究 赵博工 程 建 设2023/07CHINA RAILWAY素按满足规范的最小取值应为60 m,仅单端减少5 m,股道有效长仅减少10 m,对车站规模影响不大。将列车进站接车进路过走防护距离所需的防护区外移,延伸至
9、出站信号机内方咽喉区,如防护区由出站信号机外方防护改为内方防护7。此时防护区段不占用股道长度,影响股道有效长变量只考虑出站应答器安装距离的唯一控制因素,按满足规范要求信号机距离应答器 20 m 取值,单端可减少 45 m,单股道到发线有效长减少 90 m,减少的规模相当可观,并且 20 m 的取值还能根据车载天线安装位置进一步优化减少。股道防护区段外移时到发线组成示意见图2。防护区段外移时到发线有效长度(警冲标至警冲标)组成如下:信号机距离警冲标5 m,应答机距离信号机为变量,应答组间为5 m。与列车编组和车长有关的站台长度,市域铁路采用最长200.5 m的8节市域动车组,站台长度为210 m
10、,但若考虑国铁下线列车停靠车站站台长度可取220 m。其中,应答器距离信号机的情况与列车应答器天线安装位置有关。根据 CTCS2+ATO 有关轨道电路接收天线(TCR)和应答器接收天线(BTM)在列车上的安装位置,TCR安装在列车最前端,BTM安装在第1轮对的后端位置,第1轮对与BTM最远安装距离约12.5 m。为避免列车前行时,前方轨道区段在列车首轮对转向器跨越信号机(绝缘节)后被占用,发出的出站信号变为禁行信号,并由有源应答器发出1个绝对停车报文8。当列车速度非常低时,BTM天线有可能会收到绝对停车报文,导致车载设备错误输出紧急制动的命令,为防止这种错误命令的发生,要求应答器组距出站信号机
11、的安装距离不小于15 m,可确保车载设备在任何情况下均不发生错误输出紧急制动的问题,提高系统的可靠性和可用性。车载天线安装示意见图3。由于市域铁路站台长度采用 220 m,而列车最长为 214 m,列车停靠时可确保列车全部停在站台内,而应答机天线也至少距离车头23 m,因此可与站台端部齐平安装离站台较近的无源应答器组,以保证列车在正常进站停车时不会在出站信号机处误收应答器信息。综上,出站应答器组的无源应答器齐平站台端部安装,与出站有源应答器的安装间距为5 m,出站信号机距离其有源应答器的距离按最小15 m控制,出站信号机距离警冲标5 m,可使到发线有效长度达到270 m的最小长度(见图4)。3
12、 优化到发线有效长关键技术 3.1防护区段技术方案比选到发线有效长270 m、防护区段设置在出站信号机内方咽喉区道岔区段,改变了原有进站接发车进路,为保证行车安全,需要新增相应的防护措施,防护措施包括:外移防护区段占用检查、防护区段内转辙机锁闭位置、接发车进路防护等。为实现270 m到发线有警冲标X3警冲标距信号机组间站台长组间距信号机警冲标到发线有效长S3警冲标站台列车长图2股道防护区段外移时到发线组成示意图驾驶室与第1轮中心线的最大允许距离为12.5BTM天线B的偏移量天线B天线A单位:m最小允许距离2BTM天线A的偏移量图3车载天线安装示意图-34基于CTCS2+ATO的城际和市域铁路到
13、发线有效长优化研究 赵博工 程 建 设2023/07CHINA RAILWAY效长,防护措施可采用国铁延续进路或地铁防护区段技术,以及列车停稳信息采集、传输技术,上述技术均已在国铁、地铁信号系统中成熟应用。2种技术方案对比见表2。当采用地铁CBTC列控系统移动闭塞制式时,可仅锁闭进路前方防护范围内30 m的距离或1个道岔区段。由于都市圈城际铁路、市域铁路采用CTCS2+ATO列控系统,为固定闭塞制式,其列控系统与国铁列控制式功能基本一致,且市域铁路地下车站的咽喉区道岔区段较少,故参照国铁CTCS制式,采用车站延续进路原理实现安全防护距离的技术方案。3.2防护区段解锁技术车站防护区段锁闭防护技术
14、方案是在列车进站停车过程中,必须锁闭车站对方咽喉区的1条进路,以免列车停车时冒进产生侧冲风险。与之相对应的解锁技术,例如,若防护区段解锁时间采用国铁延续进路3 min延迟解锁的方式,就完全不能满足公交化运营的要求;再如,列车进站尚未安全停靠完成即解锁延续进路,则存在冒进产生侧冲的安全隐患。在此,针对接车进路的防护区段外移时列车延续进路解锁关键技术进行研究,既要保证列车运行安全,又要实现3 min运行效率是重点研究内容。假定列车头部正常情况下进入股道3 min后,参照国铁延续进路解锁方案自动解锁延续进路。但由于列车在停车过程中,存在诸多不确定性,例如,列车不能给出明确的列车停稳信号、实现信息闭环
15、,只能以牺牲行车效率的时间换空间方式增加车站股道,从而增大了车站规模,与研究目的相违背。由于都市圈城际铁路和市域铁路采用CTCS2+ATO列控系统车载设备,既有收集列车停稳信息的列车防护功能,又有ATO自动控制功能,可将列车停稳、停准信息传递到地面。因此,联锁设备可在列车进入股道后检测到车载列车自动防护(ATP)发出的列车停稳、停准信息后,立即对保护区段实施外移解锁技术。对于列车进站停车解锁,通过对列车进站停车的通常操作分析,列车停车后主要涉及列车是否输出最大常用制动、列车行车许可终点(EOA)是否回撤、列车牵引是否切除等操作与防护进路解锁时机之间的关系。列车进站停车解锁对比见表3。CTCS2
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