沈家明

傳統(tǒng)接觸網(wǎng)禁停區(qū)一般是在線路上安裝停車指示牌或設(shè)立標(biāo)識(shí)，通過司機(jī)辨認(rèn)標(biāo)識(shí)人工防護(hù)［1］。列車非預(yù)期迫停在禁停區(qū)時(shí)，司機(jī)需要降雙弓后，手動(dòng)逐個(gè)升單弓并駕駛列車駛出禁停區(qū)。由于目前城軌線路大多采用自動(dòng)運(yùn)行模式（ATO）或全自動(dòng)運(yùn)行模式（FAO）運(yùn)營(yíng)［2-3］，因此當(dāng)發(fā)生列車迫停在禁停區(qū)時(shí)，需要司機(jī)或運(yùn)營(yíng)人員先將列車轉(zhuǎn)換到手動(dòng)駕駛模式，再操作升降弓駕駛列車駛出禁停區(qū)。復(fù)雜的操作會(huì)使得列車長(zhǎng)時(shí)間停留在禁停區(qū)內(nèi)，容易發(fā)生受電弓與接觸網(wǎng)間拉弧放電，甚至燒斷接觸線導(dǎo)致斷電的故障，造成大量乘客滯留需要疏散［4］，運(yùn)營(yíng)中斷可長(zhǎng)達(dá)數(shù)小時(shí)。為防止此類重大運(yùn)營(yíng)故障的發(fā)生，若由供電專業(yè)進(jìn)行接觸網(wǎng)改造，工程規(guī)模巨大且成本過高，因此地鐵運(yùn)營(yíng)方提出由信號(hào)專業(yè)基于列車自動(dòng)防護(hù)技術(shù)對(duì)接觸網(wǎng)禁停區(qū)進(jìn)行防護(hù)。本文闡述接觸網(wǎng)禁停區(qū)的設(shè)置原則，深入研究信號(hào)系統(tǒng)在不同場(chǎng)景下的接觸網(wǎng)禁停區(qū)防護(hù)方案。

1 接觸網(wǎng)禁停區(qū)設(shè)置原則

一個(gè)典型的接觸網(wǎng)禁停區(qū)示例見圖1。根據(jù)供電專業(yè)提供的絕緣錨段關(guān)節(jié)相關(guān)信息，定義從A點(diǎn)到B點(diǎn)為絕緣錨段關(guān)節(jié)區(qū)域。信號(hào)系統(tǒng)在設(shè)置接觸網(wǎng)禁停區(qū)時(shí)，需考慮列車前弓和后弓均不在絕緣錨段關(guān)節(jié)區(qū)域內(nèi)且包含一定的設(shè)計(jì)余量。以前弓為例，前弓在A 點(diǎn)進(jìn)入錨段關(guān)節(jié)區(qū)域時(shí)，計(jì)算前弓到車鉤距離再加3 m 為禁停點(diǎn)C。列車?yán)^續(xù)從A 點(diǎn)往B點(diǎn)行駛，前弓在B點(diǎn)離開錨段關(guān)節(jié)區(qū)域時(shí)，計(jì)算前弓到車鉤距離再加3 m 為禁停點(diǎn)D。C 點(diǎn)到D點(diǎn)為前弓的禁停區(qū)域。以同樣方法計(jì)算出后弓的禁停區(qū)域?yàn)镋 點(diǎn)到F 點(diǎn)。結(jié)合目前運(yùn)營(yíng)規(guī)程，列車仍需在接觸網(wǎng)停車牌T 點(diǎn)前停車，最終確定信號(hào)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中該處接觸網(wǎng)禁停區(qū)范圍為T 點(diǎn)到F 點(diǎn)。信號(hào)系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中設(shè)定的接觸網(wǎng)禁停區(qū)，通過移動(dòng)授權(quán)管理，提供列車自動(dòng)防護(hù)功能。

圖1 接觸網(wǎng)禁停區(qū)示例

2 不同區(qū)域接觸網(wǎng)禁停區(qū)防護(hù)

2.1 區(qū)間接觸網(wǎng)禁停區(qū)防護(hù)

列車在區(qū)間運(yùn)行時(shí)，車載控制器（VOBC）將判斷前方移動(dòng)授權(quán)范圍。若移動(dòng)授權(quán)超過接觸網(wǎng)禁停區(qū)加上車鉤到后弓的距離（見圖2），即VOBC判斷可以不停車經(jīng)過接觸網(wǎng)禁停區(qū)，則控制2 車?yán)^續(xù)運(yùn)行。如果上述距離不滿足（見圖3），列車將停在接觸網(wǎng)禁停區(qū)邊界處。VOBC 計(jì)算2 車的停車位置時(shí)，將考慮定位誤差，并計(jì)算出最不利情況下的停車距離［5-6］，在該距離前觸發(fā)制動(dòng)命令，保證列車可以在接觸網(wǎng)禁停區(qū)外的停車點(diǎn)停車。實(shí)際列車停車時(shí)，車頭可能停在距接觸網(wǎng)禁停區(qū)邊界更遠(yuǎn)的位置。

圖2 列車越過接觸網(wǎng)禁停區(qū)

圖3 列車在接觸網(wǎng)禁停區(qū)前停車

2.2 站臺(tái)接觸網(wǎng)禁停區(qū)防護(hù)

2.2.1接觸網(wǎng)停車點(diǎn)離站臺(tái)較近

當(dāng)接觸網(wǎng)停車點(diǎn)離站臺(tái)較近且接觸網(wǎng)禁停區(qū)較短，而站臺(tái)區(qū)域有車時(shí)，見圖4（a），2 車VOBC在計(jì)算移動(dòng)授權(quán)時(shí)將考慮前車的回退防護(hù)距離、后溜防護(hù)距離和授權(quán)余量等因素［7］，導(dǎo)致移動(dòng)授權(quán)終點(diǎn)在接觸網(wǎng)停車點(diǎn)外方，列車將在距離接觸網(wǎng)禁停區(qū)外更遠(yuǎn)的位置停車。

圖4 站臺(tái)停車

2.2.2接觸網(wǎng)停車點(diǎn)離站臺(tái)較遠(yuǎn)

當(dāng)接觸網(wǎng)停車點(diǎn)離站臺(tái)較遠(yuǎn)且接觸網(wǎng)禁停區(qū)較長(zhǎng)，而站臺(tái)區(qū)域有車且移動(dòng)授權(quán)終點(diǎn)在接觸網(wǎng)停車點(diǎn)內(nèi)方時(shí)，見圖4（b），2 車VOBC 根據(jù)移動(dòng)授權(quán)停車點(diǎn)位置，判斷在移動(dòng)授權(quán)內(nèi)有接觸網(wǎng)停車點(diǎn)，將以接觸網(wǎng)停車點(diǎn)位置作為當(dāng)前停車依據(jù)。

當(dāng)站臺(tái)區(qū)域沒有列車占用，列車進(jìn)站還未進(jìn)入接觸網(wǎng)禁停區(qū)時(shí)，若此時(shí)站臺(tái)門故障或緊急停車按鈕激活［8］，將導(dǎo)致站臺(tái)軌道關(guān)閉，移動(dòng)授權(quán)回撤。VOBC 根據(jù)回撤后的移動(dòng)授權(quán)計(jì)算停車點(diǎn)，當(dāng)判斷接觸網(wǎng)停車點(diǎn)更接近列車位置，列車將在接觸網(wǎng)停車點(diǎn)位置停車。

3 不同列車模式下的接觸網(wǎng)禁停區(qū)防護(hù)

3.1 列車自動(dòng)運(yùn)行模式

當(dāng)列車在自動(dòng)運(yùn)行模式（Automatic Train Operation， ATO）下移動(dòng)授權(quán)越過接觸網(wǎng)禁停區(qū)時(shí)，VOBC 需要根據(jù)移動(dòng)授權(quán)計(jì)算停車點(diǎn)。如圖5 所示，如果計(jì)算的停車點(diǎn)不能使列車完全通過接觸網(wǎng)禁停區(qū)，則VOBC 將停車點(diǎn)設(shè)置在接觸網(wǎng)禁停區(qū)外方，列車將不會(huì)進(jìn)入接觸網(wǎng)禁停區(qū)。列車自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng) （Automatic Train Supervision，ATS）將顯示對(duì)應(yīng)的接觸網(wǎng)禁停區(qū)域來(lái)提醒調(diào)度人員。司機(jī)顯示單元（Train Operator Display，TOD）將彈出信息提示［9］，告知司機(jī)當(dāng)前列車停車點(diǎn)為接觸網(wǎng)停車點(diǎn)。

圖5 ATO模式列車在禁停區(qū)外停車示意

移動(dòng)授權(quán)延伸可以滿足列車后弓完全越過禁停區(qū)或列車已經(jīng)進(jìn)入禁停區(qū)域時(shí)，VOBC 將不再考慮接觸網(wǎng)停車點(diǎn)，列車按正常行駛速度越過禁停區(qū)，TOD將不顯示接觸網(wǎng)停車點(diǎn)信息。

ATO 模式下系統(tǒng)判斷列車能夠越過接觸網(wǎng)禁停區(qū)并已經(jīng)動(dòng)車時(shí)，如前方發(fā)生緊急停車按鈕激活、站臺(tái)門非安全狀態(tài)、調(diào)度人工關(guān)閉軌道、道岔失表故障等導(dǎo)致移動(dòng)授權(quán)回撤的場(chǎng)景［9］，此時(shí)已經(jīng)啟動(dòng)的列車將會(huì)施加緊急制動(dòng)，可能會(huì)停留在接觸網(wǎng)禁停區(qū)域內(nèi)，從而導(dǎo)致預(yù)期的防護(hù)功能失效。在這種情況下，司機(jī)必須與調(diào)度員取得聯(lián)系，獲得調(diào)度員授權(quán)后以手動(dòng)模式駕駛列車離開禁停區(qū)域［10］。

3.2 列車自動(dòng)防護(hù)手動(dòng)駕駛模式

在列車自動(dòng)防護(hù)手動(dòng)駕駛模式（Automatic Train Protection Manual，ATPM）下，VOBC 仍會(huì)根據(jù)接觸網(wǎng)禁停區(qū)數(shù)據(jù)并結(jié)合移動(dòng)授權(quán)終點(diǎn)，實(shí)時(shí)計(jì)算列車的停車點(diǎn)。列車接近接觸網(wǎng)停車點(diǎn)時(shí)，若VOBC 判斷列車受電弓無(wú)法完全出清接觸網(wǎng)禁停區(qū)，需要在接觸網(wǎng)禁停區(qū)外方停車時(shí)，將通過ATS 線路概覽顯示和TOD 彈出信息提示調(diào)度員和司機(jī)。同時(shí)TOD 將顯示車頭到接觸網(wǎng)停車點(diǎn)的距離，司機(jī)需要按照TOD 顯示的接觸網(wǎng)停車點(diǎn)距離手動(dòng)控制列車在接觸網(wǎng)禁停區(qū)外停車。

ATPM 模式下列車在接觸網(wǎng)停車點(diǎn)外方停車后，TOD 上目標(biāo)距離顯示為0 m，但顯示保持最大速度［11］，司機(jī)仍然可以按ATPM 模式駕駛列車進(jìn)入接觸網(wǎng)禁停區(qū)。該類操作司機(jī)必須和調(diào)度員確認(rèn)并獲得調(diào)度員授權(quán)后再進(jìn)行動(dòng)車。

4 接觸網(wǎng)禁停區(qū)防護(hù)的影響分析

4.1 信號(hào)系統(tǒng)降級(jí)后的禁停區(qū)防護(hù)方式

在信號(hào)系統(tǒng)故障或者降級(jí)模式下，禁停區(qū)設(shè)置將影響非通信列車的運(yùn)行效率。CBTC 模式降級(jí)后，通信列車降級(jí)成非受控列車，并以點(diǎn)式人工模式［12］或受限的人工模式運(yùn)行。非受控列車只能遵循固定閉塞的原則動(dòng)車，司機(jī)將信號(hào)機(jī)顯示作為動(dòng)車憑證。由于VOBC 無(wú)法獲取移動(dòng)授權(quán)信息，只能通過軌旁設(shè)備獲取基于信號(hào)機(jī)防護(hù)的區(qū)段授權(quán)。列車無(wú)法判斷接觸網(wǎng)禁停區(qū)和當(dāng)前授權(quán)停車點(diǎn)的準(zhǔn)確位置。因此信號(hào)系統(tǒng)降級(jí)模式下司機(jī)仍按辨識(shí)接觸網(wǎng)禁停區(qū)標(biāo)識(shí)的方式進(jìn)行人工防護(hù)。

4.2 高密度運(yùn)營(yíng)間隔的影響評(píng)估

對(duì)于接觸網(wǎng)停車點(diǎn)離站臺(tái)較近且禁停區(qū)域較短的情況，后車接近時(shí)速度較低，需要前車車尾包絡(luò)出清接觸網(wǎng)禁停區(qū)加后車車鉤到后弓的距離，后車才能越過禁停區(qū)。兩車緊密追蹤時(shí)，相比于無(wú)禁停區(qū)設(shè)置的情況，前車出清站臺(tái)后，后車需要運(yùn)行更長(zhǎng)的距離才能到站，這對(duì)于高密度運(yùn)營(yíng)線路將會(huì)增加運(yùn)營(yíng)間隔。ATPM 模式下由于采用手動(dòng)方式駕駛列車，司機(jī)可能將列車停在更遠(yuǎn)的位置，相比ATO模式列車，對(duì)運(yùn)營(yíng)間隔的影響更大。

根據(jù)實(shí)際接觸網(wǎng)禁停區(qū)的長(zhǎng)度及禁停區(qū)距車站的距離等數(shù)據(jù)計(jì)算發(fā)車間隔時(shí)間［13］。禁停區(qū)的設(shè)置將增加區(qū)間追蹤間隔5~10 s 左右。經(jīng)過評(píng)估，該數(shù)量級(jí)的區(qū)間追蹤間隔增加可通過ATS 的運(yùn)營(yíng)調(diào)整策略進(jìn)行修正，因此禁停區(qū)設(shè)置對(duì)區(qū)間運(yùn)行的影響基本可忽略不計(jì)。而正常運(yùn)營(yíng)場(chǎng)景下決定交路能力的瓶頸是折返、分叉匯合、折返站追蹤間隔等。根據(jù)新的發(fā)車間隔模型在線路行車能力仿真系統(tǒng)上進(jìn)行上海地鐵6 號(hào)線、8 號(hào)線和9 號(hào)線運(yùn)營(yíng)模擬，結(jié)果顯示折返間隔符合交路要求，對(duì)折返站間隔沒有影響。折返站間隔影響分析見表1。

表1 上海地鐵部分線路折返站間隔影響分析

5 結(jié)束語(yǔ)

本文闡述了城軌交通接觸網(wǎng)禁停區(qū)設(shè)置原則，結(jié)合運(yùn)營(yíng)場(chǎng)景和運(yùn)行模式提出多種接觸網(wǎng)禁停區(qū)防護(hù)方案，并分析了接觸網(wǎng)禁停區(qū)設(shè)置對(duì)既有系統(tǒng)的影響。目前接觸網(wǎng)禁停區(qū)防護(hù)功能已在上海地鐵6號(hào)、8號(hào)、9號(hào)線等線路中應(yīng)用，且運(yùn)行穩(wěn)定。從工程項(xiàng)目角度考慮，通過信號(hào)專業(yè)實(shí)現(xiàn)對(duì)接觸網(wǎng)禁停區(qū)的防護(hù)，為跨專業(yè)的供電系統(tǒng)提供了一個(gè)可靠且改造成本相對(duì)較低的解決方案。但需要注意的是，信號(hào)系統(tǒng)僅能盡量減小列車在禁停區(qū)停車的概率，而不能完全避免該類場(chǎng)景發(fā)生。要想徹底解決接觸網(wǎng)禁停區(qū)問題，還需要供電和車輛等專業(yè)共同對(duì)接觸網(wǎng)絕緣錨段關(guān)節(jié)設(shè)置［14］、受電弓、接觸線材質(zhì)等要素進(jìn)行深入研究。