于曉泉

(1．北京全路通信信號研究設(shè)計院集團有限公司，北京 100070；2．北京市高速鐵路運行控制系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心，北京 100070)

1 概述

目前，全國鐵路運營里程已達(dá)12萬km以上，其中高速鐵路超過2萬km，超過世界高鐵總里程一半以上。中國已經(jīng)成為擁有世界最先進的高鐵集成技術(shù)、施工技術(shù)、裝備制造技術(shù)和運營管理技術(shù)的國家，擁有全世界數(shù)量最多、種類最全，覆蓋200～380 km/h各個速度等級的高速動車。2016年7月15日，兩列中國標(biāo)準(zhǔn)動車組在鄭徐試驗段上進行了420 km/h會車試驗，這是世界上首次進行兩列420 km/h的列車交會試驗，相對速度達(dá)到840 km。隨著列車運行速度的提高，為保證列車運行安全，作為信號系統(tǒng)中核心設(shè)備之一的聯(lián)鎖設(shè)備，因其延時解鎖時間參數(shù)既涉及行車安全又涉及運輸效率，故也需根據(jù)列車運營速度的提高而進行適應(yīng)性修改。

2 問題分析

聯(lián)鎖設(shè)置的延時解鎖功能是為了滿足列車（含調(diào)車）在信號突然關(guān)閉的情況下，保證列車以最高運行速度進行制動并停穩(wěn)期間，聯(lián)鎖保持原有進路處于鎖閉狀態(tài)的功能。延時解鎖所需的最短時間取決于列車在接近鎖閉區(qū)段，以最高運行速度采取制動至列車停穩(wěn)所需的最長時間。

《鐵路信號設(shè)計規(guī)范》針對延時解鎖規(guī)定如下。

6.2.14進路或軌道區(qū)段的解鎖應(yīng)符合下列規(guī)定：

……

7進路在預(yù)先鎖閉狀態(tài)時應(yīng)能辦理取消進路，取消進路時進路解鎖不需延時；

8進路接近鎖閉時應(yīng)能人工解鎖，人工解鎖應(yīng)設(shè)有延時；

9列車進路接近鎖閉時，人工解鎖的延時時間

1) CTCS-3級區(qū)段，不小于按設(shè)計速度運行的列車采取最大常用制動措施后在信號機外方停車的運行時間，以及列控車載設(shè)備與RBC的最大允許通信中斷時間之和；

2) CTCS-2級區(qū)段，不小于按設(shè)計速度運行的列車采取最大常用制動措施后在信號機外方停車的運行時間；

3) 其他區(qū)段，不小于按設(shè)計速度運行的列車采取緊急制動措施后在信號機外方停車的運行時間。

10調(diào)車進路接近鎖閉時，人工解鎖的延時時間不小于30 s；

……

由上可知，聯(lián)鎖的延時解鎖時間與該區(qū)段范圍內(nèi)所采用的列控系統(tǒng)制式、列車的運行速度、列車的制動性能、線路坡度等有關(guān)，也與列車及進路的性質(zhì)即列車、調(diào)車等有關(guān)。聯(lián)鎖延時解鎖時間越長，其相對安全余量也越大，但對行車效率的影響也隨之加大，為平衡安全與效率之間的矛盾，可依據(jù)現(xiàn)有《鐵路信號設(shè)計規(guī)范》中關(guān)于如何確定延時解鎖時間的要求，綜合多種外在制約因素，合理選取延時解鎖的時間參數(shù)。

3 方案分析

鐵路信號設(shè)計規(guī)范中所描述的：“CTCS-3級區(qū)段，不小于按設(shè)計速度運行的列車采取最大常用制動措施后在信號機外方停車的運行時間，以及列控車載設(shè)備與RBC的最大允許通信中斷時間之和?！辈捎谩白畲蟪Ｓ弥苿哟胧笔菫楸ＷC列車行車安全的前提下，減少列車因無線超時而實施緊急制動容易引起的“擦輪”問題，因而車載規(guī)范規(guī)定發(fā)生無線超時后，車載設(shè)備輸出最大常用制動命令，當(dāng)列車速度低于CTCS-2級車載模式曲線后，轉(zhuǎn)為CTCS-2級模式控制列車，但在CTCS-3級模式下如果MA已經(jīng)越過車站，進站信號機突然關(guān)閉，則CTCS-3級車載設(shè)備控制列車制動將無法在進站信號機前將速度降至CTCS-2級車載模式曲線以下，故將實施最大常用制動到停車。而“CTCS-2級區(qū)段，不小于按設(shè)計速度運行的列車采取最大常用制動措施后在信號機外方停車的運行時間；”中的“最大常用制動措施”應(yīng)改為“緊急制動措施”，否則將增大對運輸效率的影響，原因如下。

接近鎖閉時的進路延時解鎖時間值取決于自信號突然關(guān)閉至安全風(fēng)險消除的時間。當(dāng)接近鎖閉區(qū)段足夠長時，如列車制動到停車時未越過信號機，則安全風(fēng)險消除的時刻是“停車”；當(dāng)列車距信號機很近時突然關(guān)閉信號，如列車越過信號機，進路將由于軌道區(qū)段的占用而處于區(qū)段鎖閉狀態(tài)，則安全風(fēng)險消除的時刻是“占用進路”。

如圖1所示，列車處于CTCS-2級模式下在接近鎖閉區(qū)段外方運行時，車站列車進路處于預(yù)先鎖閉狀態(tài)，如果此時取消進路，列車的移動授權(quán)將縮回至進站信號機外方，進路將立即解鎖。列車駛?cè)虢咏i閉區(qū)段后，車站列車進路處于接近鎖閉狀態(tài)，如果此時關(guān)閉進站信號，列車的移動授權(quán)將縮回至進站信號機外方，車載ATP根據(jù)計算判斷列車與進站信號機之間距離是否滿足最大常用制動的距離需求，如果能滿足則ATP通知列車實施最大常用制動措施，如圖2所示；如果不滿足，則ATP通知列車實施緊急制動，如圖3所示。

圖1 列車未占用接近鎖閉區(qū)段進站信號突然關(guān)閉示意圖Fig.1 Schematic diagram of home signal suddenly closed when the approaching locking section is not occupied by the train

圖2 移動授權(quán)突然縮短且滿足最大常用制動需求示意圖Fig.2 Schematic diagram of movement authority suddenly reduced and the requirements of maximum service braking are met

圖3 移動授權(quán)突然縮短且不滿足最大常用制動需求示意圖Fig.3 Schematic diagram of movement authority suddenly reduced and the requirements of maximum service braking are not met

由上分析可知，當(dāng)列車采用最大常用制動時，列車將停在進站信號機外方，接車進路不會被占用，進路可以解鎖；當(dāng)列車采用緊急制動時，列車將可能越過已經(jīng)關(guān)閉的進站信號機，接車進路可能會被占用，進路解鎖時間應(yīng)大于列車實施緊急制動從最高運行速度到“0”的時間（其他系統(tǒng)反應(yīng)時間、時延等此處不做分析），故CTCS-2級模式下，延時解鎖所需的最短時間取決于列車以最高運行速度采取緊急制動所需的最長時間。

動車組制動距離與列車的運行速度、線路坡度、動車組制動性能、ATP的制動模型等相關(guān)，動車組的運行速度直接影響列車常用制動距離和緊急制動距離，制動距離的長短又影響是否需要聯(lián)鎖進行延時解鎖的條件。如圖4所示，在“0”坡度的情況下，隨著列車運行速度的提高，常用制動距離和緊急制動距離也對應(yīng)增大，且是非線性關(guān)系。

圖4 不同速度下制動距離對比圖Fig.4 Comparison diagram of braking distances in different speeds

由《列車牽引計算規(guī)程》TB/T 1407－1998的有關(guān)規(guī)定可知：列車制動距離Sz等于制動空走距離Sk與制動有效距離Se之和。相應(yīng)地，最小時間值“tz”也就包括了制動空走距離（Sk）內(nèi)的運行時間“tk”及制動有效距離（Se）內(nèi)的運行時間“te”。

其中，制動空走距離（Sk）內(nèi)的運行時間“tk”：

對于非列控車載設(shè)備控車的列車，是指自信號關(guān)閉至司機確認(rèn)信號并采取制動措施的反應(yīng)時間。

對于由列控車載設(shè)備控車的動車組列車，是指自信號關(guān)閉至列控車載設(shè)備觸發(fā)制動、列車開始減速的時間。該“時間”既包括列控車載設(shè)備自身的響應(yīng)時間，也包括列控信息的傳輸時間；在某些故障模式下，還包括最大允許的通信中斷時間。

如表1所示，坡道為-20‰時，為保證列車運行安全，CTCS-3級列控系統(tǒng)與CTCS-2級列控系統(tǒng)延時解鎖時間最小取值如下。

CTCS-3級列控系統(tǒng)運行速度為350 km/h時，按-20‰的坡道取值，其常用制動時間為265 s，車載設(shè)備與RBC通信中斷時間為20 s，故延時解鎖時間最小不得小于285 s。

表1 動車組制動耗時估算表Tab.1 Time-consuming estimate table of EMU braking

運行速度提高至400 km/h后，當(dāng)坡道為-20‰時，其常用制動時間為321 s，車載設(shè)備與RBC通信中斷時間為20 s，故延時解鎖時間最小不得小于341 s。

運行速度提高至400 km/h后，當(dāng)坡道為-20‰，當(dāng)列車未發(fā)生通信超時，其在接近鎖閉區(qū)段如果突然進站信號關(guān)閉，則車載ATP計算列車至進站信號機間距離是否滿足最大常用制動要求，如滿足則實施最大常用制動，以保證列車停在進站信號機外方，如不滿足則實施緊急制動，此時要求聯(lián)鎖在列車停穩(wěn)前始終處于鎖閉狀態(tài)，即要滿足聯(lián)鎖延時解鎖時間不得小于313 s。

綜上所述，CTCS-3級列控系統(tǒng)運行速度為350 km/h時，按-20‰的坡道取值，故延時解鎖時間最小不得小于285 s；運行速度為400 km/h時，按-20‰的坡道取值，延時解鎖時間最小不得小于341 s。

《鐵路車站計算機聯(lián)鎖技術(shù)條件》TB/T 3027—2015規(guī)定：

“……

6.1.3.6 辦理取消進路和人工解鎖應(yīng)符合下列規(guī)定：

a）辦理取消進路時應(yīng)首先關(guān)閉信號，檢查進路未在接近鎖閉狀態(tài)、信號機關(guān)閉且進路空閑后立即解鎖進路，否則進路不應(yīng)解鎖。

b)辦理人工解鎖時應(yīng)首先關(guān)閉信號，若進路未在接近鎖閉狀態(tài)，檢查信號機關(guān)閉且進路空閑后立即解鎖進路；若進路在接近鎖閉狀態(tài)則延時解鎖進路，接車進路、正線發(fā)車進路人工解鎖自信號機關(guān)閉時起延時3 min，經(jīng)由18號以上號碼道岔側(cè)向的發(fā)車進路人工解鎖自信號機關(guān)閉時起延時3 min，其他進路的人工解鎖自信號關(guān)閉時起延時30 s，在延時期間持續(xù)檢查進路空閑，延時結(jié)束后立即解鎖進路。

……

6.2.5 人工解鎖

CTCS-3級線路車站人工解鎖列車進路延時時間，接車進路、正線發(fā)車進路和經(jīng)由18號以上號碼道岔側(cè)向的發(fā)車進路為4 min，其他側(cè)線發(fā)車和引導(dǎo)進路為60 s。

……”

由上可知，CTCS-3級列控系統(tǒng)運行速度為350 km/h時，如果按-20‰的坡道取值，要求聯(lián)鎖延時解鎖時間不得小于285 s，現(xiàn)有聯(lián)鎖延時240 s，已無法滿足列控系統(tǒng)需求；當(dāng)運行速度提高至400 km/h后，如果按-20‰的坡道取值，要求聯(lián)鎖延時解鎖時間不得小于341 s，現(xiàn)有聯(lián)鎖延時240 s，更無法滿足列控系統(tǒng)需求。

為保證行車安全，運行速度為400 km/h時，按-20‰的坡道取值，可將CTCS-3級區(qū)段聯(lián)鎖延時解鎖按動車組ATP生成常用制動曲線實施常用制動的時間520 s，與無線超時20 s的時間之和540 s作為聯(lián)鎖延時解鎖的時間參數(shù)，但如果接近鎖閉區(qū)段內(nèi)均為-30‰的坡道，則聯(lián)鎖延時540 s后解鎖也可能無法滿足安全要求，且考慮一旦發(fā)生延時解鎖將對運輸造成較大的影響，故延時解鎖應(yīng)根據(jù)信號機外方接近鎖閉范圍內(nèi)列車運行的最高時速、實際坡道、列控系統(tǒng)制式、列車制動性能等情況計算出每個車站各架列車信號機所需延時解鎖的實際時間，作為本站聯(lián)鎖針對該架信號機在不同情況下的延時解鎖時間。為降低聯(lián)鎖延時的復(fù)雜程度，也可根據(jù)上述計算結(jié)果，選擇最長延時解鎖時間作為本站相同類型進路聯(lián)鎖的延時解鎖時間。

以進站信號機接近鎖閉區(qū)段范圍內(nèi)運行最高速度為400 km/h，坡道取值-20‰為例，CTCS-3級線路可采用如下原則確定聯(lián)鎖延時解鎖時間。

1) CTCS-3級線路車站人工解鎖列車進路延時時間，接車進路、正線發(fā)車進路和經(jīng)由18號以上號碼道岔側(cè)向的發(fā)車進路為9.5 min（此處未考慮列車可能運行的最高速度為405 km/h），其他側(cè)線發(fā)車和引導(dǎo)進路為60 s。

2) 當(dāng)聯(lián)鎖已經(jīng)觸發(fā)延時解鎖后，若RBC收到車載ATP的列車停穩(wěn)信息并確認(rèn)是該進路上的列車所發(fā)，RBC立即向聯(lián)鎖提供該進路上列車停穩(wěn)信息，聯(lián)鎖收到此信息后立即解鎖進路。

4 結(jié)論

聯(lián)鎖的延時解鎖直接關(guān)系到列車的行車安全，同時對運輸效率也會產(chǎn)生一定的影響，為在保障行車安全的前提下最大限度提高運輸效率，可根據(jù)每個車站的具體情況計算本站延時解鎖的最佳時間，同時采用列車將停穩(wěn)信息及時提供給聯(lián)鎖的方案，平衡好行車安全與運輸效率之間的關(guān)系。工程設(shè)計需在《鐵路信號設(shè)計規(guī)范》的指導(dǎo)下，結(jié)合站場及區(qū)間線路的具體情況、本線運行各種列車的制動距離及制動時間等參數(shù)，給出聯(lián)鎖設(shè)備需進行延時解鎖的時間，聯(lián)鎖廠家可根據(jù)工程設(shè)計提出的具體時間進行數(shù)據(jù)配置。

建議《鐵路車站計算機聯(lián)鎖技術(shù)條件》中，對關(guān)于人工解鎖時間要求的相關(guān)規(guī)定進行局部調(diào)整，以保證列車行車安全。

5 結(jié)束語

到2030年，鐵路網(wǎng)規(guī)模將達(dá)到20萬km左右，其中高速鐵路約4.5萬km，中國鐵路版圖將基本實現(xiàn)“省會高鐵連通、地市快速通達(dá)、縣域基本覆蓋”，高速鐵路網(wǎng)基本連接省會城市和其他50萬人口以上大中城市，實現(xiàn)相鄰大中城市間1～4 h交通圈，城市群內(nèi)0.5～2 h交通圈。隨著列車運營速度的不斷提升運營密度的不斷增大，在CTCS-3級列控系統(tǒng)的框架下，為保證列車運行安全，車站聯(lián)鎖的延時解鎖功能顯得更為重要，確定其延時所需的具體時間也需根據(jù)坡道、最高運行速度、車輛類型、車載設(shè)備的制動曲線等綜合考慮，針對每個車站甚至每架信號機單獨設(shè)置延時解鎖時間也將越來越有意義。