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高速铁路与铁路信号(二)

发布时间:2011-09-29 作者:傅世善 来源:中国通号网 字号:

寻找中国列车运行控制系统之路

自武广350km/H的高速铁路顺利开通,以无线通信为车地信息传输系统的中国列车运行控制系统CTCS-3得以成功运用。

其实寻找高速铁路及中国列车运行控制系统(简称列控系统)之路是漫长的,本人有幸走过高速铁路列控系统前期探索之路,但没能继续走完实施之路。本文是回忆列控系统前期探索之路的,个人的回忆难免有局限性。希望从中可以知道认识是如何提高的,观念是如何转变的,原则是如何确定的。

1 早期的探索

列控系统是铁路信号行业一直追求的系统,自开始提速以来,信号规范上就已写上120km/h以上的铁路应装备列车运行控制系统,只是在铁路提速阶段来不及装备。

中国的列控系统是沿着自动停车、列车速度监督、超速防护、列车运行控制系统的路发展的,是从点式、点连式、接近式到连续式,从固定闭塞到准移动闭塞,从分级速度控制到一次模式曲线连续控制,从点式、轨道电路到无线传输……经历了多次的研发、试验和引进,其实寻找CTCS-2和CTCS-3之路还是漫长的,是经济和技术发展的必然结果。

北京全路通信信号研究设计院(以下简称通号院)在1965年,为完成北京地铁一号线的通信信号工程,组建专门从事地铁通信信号研究与设计的650设计科,那时就有列控组,从事地铁的列控系统的研究与设计。

早期的列控系统是从列车速度监督开始的,1985年在双频点式机车信号的基础上研究了点式列车速度监督设备,在胶济、黔桂、兰新线试验过;1987年在三显示自动闭塞基础上研究了阶梯式列车速度监督设备,在山海关试验过;1988年在交流计数机车信号基础上研究了列车运行记录装置,在马角坝试验过。

1993年铁道部从瑞典ABB公司引进EBICAB-900型列车超速防护系统,1995年在川黔线试验成功,此时已将应答器与连续式机车信号结合,构成点连式列车超速防护系统。

早期的列控系统至所以不成功,其主要原因有以下2点。其一,早期的列控系统基于机车信号,由于安全性和可靠性不理想,当时的机车信号始终未能成为主体信号,基础不牢靠,列控系统也不可能稳定,全路进行ZPW-2000自动闭塞改造和统一机车信号低频信息码是列控系统成功的基础之一;其二,由于机车信号只有少量信息,早期的列控系统只能采用固定闭塞方式,机车信号不稳定时,就导致闪白灯或制动,司机不满意,所以CTCS-2和CTCS-3列控系统都采用准移动闭塞方式。

2 提速是高速的基础

1994年竣工的广深准高速铁路,采用了引进的UM71/TVM300系统,这是阶梯式的列车超速防护系统,当时称其为四显示自动闭塞,这是针对地面信号而言,实际上机车信号是按多信息自动闭塞设计的,除正常的绿、绿黄、黄、红四显示外,机车信号还有绿1、绿2、绿3之分,这就为以后从速度160km/h提高到200km/h铺垫了条件。

铁科院自行开发的列车运行控制系统ZLSK和LSK系统也在广深线投入运营。

1995年6月铁道部决定在既有干线“提速”,“九五”期间,铁路实现了3次较大范围的提速,“十五”期间进行了第4、5两次提速,2007年6月18日铁路实施了第6次大提速。

铁路提速需要技术支撑,涉及多工种多专业,铁路提速对铁路信号也提出了更高的要求。经过6次铁路提速,从铁路信号技术的角度最重要几次如下。

第1次提速,冲击了铁路信号的传统概念,快速客车最高速度冲破了120km/h的界线,推动铁路信号向速差式信号显示和四显示自动闭塞发展,加速了机车信号主体化的进程。

第2次提速,速度达到160km/h,形成了一个标准速度等级,是铁路信号的一个重要里程碑,列车最高速度超过160 km/h的铁路区段,必须采用列车运行控制系统,以车载信号显示为主,实现列车超速防护。

第6次提速,速度达到了200 km/h,中国铁路列车运行控制系统CTCS-2开始亮相。这对铁路信号来说是一个重要的里程碑,它标志着铁路信号重要装备水平开始进入了世界先进行列。

通过提速,铁路信号基础水平提高了:全路进行ZPW-2000四显示自动闭塞改造;全路统一机车信号低频信息码;全路建成铁路调度指挥系统(TDCS)。

列车速度的提高到160 km//h及以下,信号显示制度向速差式发展;列车速度的提高到160 km//h以上时,以车载信号显示为主,列车运行控制系统采用目标-距离方式,车载信号提供了连续的速度显示,固定闭塞向准移动闭塞发展。

以车载信号显示为主,采用目标-距离方式,这是列车运行控制系统成功的选择。

3 高速铁路信号的前期研究

1990年在“四部一委”组织的《京沪高速铁路前期研究》中明确提出:随着列车速度的提高,采用以地面信号机为主的自动闭塞已经不能满足高速列车运行安全,应以车载速度信号作为行车凭证。

1991年通号院开始参加京沪高速铁路的通信信号、综合调度及信息化的前期研究和设计。1992年完成《京沪高速铁路信号专题可行性报告》,1993年深化了可行性报告。1995年前有3家研究单位分别做了大量分析研究工作,各自提出了总体方案件报告,未能形成统一文件。

1995年“高速办”成立,年底主持了方案论证会,会议建议由通号院牵头三单位组成总体组并统一了对京沪高速铁路列控系统的意见:采用基于数字编码轨道电路传输、一次制动模式的列控系统,首次提出中国铁路列车运行控制系统CTCS的概念。1996年完成了《京沪高速铁路预可行性研究报告》(征求意见稿)。1997年完成《京沪高速铁路初步设计》。从1991~2003年国家级及部级科研项目有关通信信号的达上百多项,通号院开展的国家级及部级科研项目就达60多项。

1997年通号院与法国CSEE公司就TVM430系统能否实现一次制动模式进行了合作研究,结论基本可行,但受信息量不足的影响,只能实现简单的一次模式。1998年,铁科院与日本合作,将日本提供的数字ATC在环行道上试验,结论可行,但采用自然衰耗方式的无绝缘轨道电路,模糊区较长(日本实际使用的仍采用的有绝缘数字编码方式)。

2000年,秦沈客运专线的建设为高速、客运专线列控系统的建设积累了宝贵经验。铁道部慎重决策,选定了以SEI/TVM430系统为核心的信号综合系统方案,2003年10月完成系统调试开通。

欧洲铁路网为了保证互通运营,欧盟组织编制的系统性的规范与标准ERTMS/ETCS于1999年发布,规范与标准详细规定了系统与子系统的功能与技术要求。其中ETCS系统就是完成列车运行控制的系统。

采用国际标准,吸纳国际技术发展成果,可以免受个别国外公司制约。铁道部组织编制中国铁路列车运行控制系统(CTCS)规范与标准。

CTCS系统的形成是经过部内多次论证、试验验证逐步形成的,是根据中国既有设备状况、技术政策,参照欧州ETCS的有关标准、思路提出的。它的发布对中国铁路信号技术的发展起着重要的作用。

2002年12月,在中国召开的UIC国际大会上,铁道部向世界宣布了发展中国列车运行控制系统(简称CTCS)的规划,明确:CTCS-2级为既有200km/h以下的线路采用的列控模式;CTCS-3级为基于GSM-R的超防系统设备主要用于高速铁路。

2003年7月京沪高速预审前,出于对数字编码轨道电路垄断性的担忧,列控主方案转向CTCS-3级(相当ETCS 2级)方案。铁道部决定采用基于GSM-R的无线列控系统,否定了基于数字轨道电路列控系统的技术路线。

又考虑到当时基于无线的高速列控系统还没有开通应用的先例,于是提出了CTCS-2作为兼用和备用的设计方案,即所谓CTCS-3+CTCS-2的双标设计方案。据此完成了《京沪高速铁路工程通信信号、综合调度及信息化可行性研究》,确定了京沪高速的列控系统设计方案:列车运行控制系统采用CTCS-3+CTCS-2双重系统,高速动车组高速线正常情况下采用基于无线传输的CTCS-3(ETCS2)列控系统,下高速线和后备模式采用CTCS-2列控系统;跨线动车组上高速线运行时采用CTCS-2列控系统。

送38¥彩金下载appCTCS-2+ETCS2(CTCS-3)应当说明是成功的工程设计方案,当时ETCS2在欧洲试验段的进度推迟,而CTCS-2提速铁路上已成功运用,CTCS-3作为主用系统代表了技术方向,CTCS-2作为兼用和备用系统是确保工程成功的法宝,既成功取决了与既有提速铁路动车组互联互通的难题,达到兼用的目的,又能作为CTCS-3的降级备用系统,也能防备万一CTCS-3不能同时开通的风险。

2004年客专设计的全面启动,设计方案延续京沪高速的思路按CTCS-2+ETCS2考虑。

基于轨道电路和点式设备构成的列控系统是成熟技术的组合,但毕竟也没有应用先例, 2004年初,部决定在铁科环行线进行CTCS-2和ETCS-2的相关试验。主要试验工程内容: CTCS- 2级列控系统的主要功能和可用性试验; GSM-R作为列控系统传输平台的主要功能及适用、可靠性试验; ETCS 2级列控系统的主要功能和可用性试验; ETCS 2级与CTCS-2级兼容试验。

2005年初,既有线CTCS-2车载设备招标,以市场换技术,通过引进国内能够掌握关键,进行自我研发。

CTCS-2系统大规模应用于第6次提速工程(200km/h),包括京广线、京沪线等。至今CTCS-2系统已经成熟并成为我国铁路主要的列控系统之一。

CTCS-2系统与ETCS2系统技术规范是基本相同的,它们仅在运行许可传输媒介上存在着不同,CTCS-2采用轨道电路+查询应答器,ETCS2采用GSM-R无线数字移动通信网络,这使两系统模式在同一系统设备、同一线路上共同使用成为可能。

ETCS2的无线闭塞中心根据列车对线路轨道的占用、进路及限速等信息的处理,产生运行许可信息,信息按两系统各自的通信协议进行编码处理后分别通过GSM-R和轨道电路+查询应答器送到高速线上,装置ETCS2系统的列车通过GSM-R进行接收,其他列车则通过轨道电路+查询应答器进行接收,接受运行许可后两系统列控车载设备所做的ATP超速防护监控工作是完全相同,从而实现了两个装置不同ATP系统的列车在高速线上共线运行。

结合武广350km/H高速铁路的建设,贯彻引进、消化、创新、研究的技术路线,终于形成了具有自主知识产权的中国列车运行控制系统CTCS-3,CTCS-3直接融合了CTCS-2,功能相当于ETCS2+ CTCS-2。

送38¥彩金下载app中国铁路有了高端列车运行控制系统CTCS-3,铁路信号重要装备水平开始进入了世界先进行列。在CTCS-3实施过程中有很多艰难、研究和创新。

京津城际高速是例外,限于奥运献礼,当时成熟、有把握的唯有ETCS1,所以采用了CTCS-2+ ETCS1并预留了ETCS2方案。

有力的领导决策,长期周密的前期研究、正确的技术路线、合理的系统方案和高速铁路建设的机遇等都是成功之路中不可缺少的因素。

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