賀廣宇，秦喜運(yùn)，陳匯遠(yuǎn)，馬云鵬，羅飛豹

高速鐵路閉塞分區(qū)劃分由設(shè)計(jì)院行車專業(yè)完成，缺少信號(hào)專業(yè)列控系統(tǒng)仿真驗(yàn)證的技術(shù)手段，需要列控系統(tǒng)設(shè)備供應(yīng)商驗(yàn)證閉塞分區(qū)劃分與列控系統(tǒng)的匹配性。既有研究主要針對(duì)列車牽引計(jì)算理論、列車追蹤間隔時(shí)間計(jì)算公式和影響參數(shù)，以及長(zhǎng)大下坡道線路條件下列車運(yùn)行問題等進(jìn)行分析，如文獻(xiàn)［1］研究高速列車追蹤間隔時(shí)間的計(jì)算方法，提出了計(jì)算公式中各參數(shù)的取值；文獻(xiàn)［2］研究高速列車牽引計(jì)算平臺(tái)，建立列控車載設(shè)備制動(dòng)曲線模型，分析列控車載設(shè)備制動(dòng)曲線對(duì)列車追蹤間隔時(shí)間的影響；文獻(xiàn)［3］研究長(zhǎng)大下坡道條件下閉塞分區(qū)長(zhǎng)度、列車追蹤間隔和應(yīng)答器容量等列車運(yùn)行相關(guān)問題，分析高速鐵路車載監(jiān)控制動(dòng)距離的安全冗余設(shè)計(jì)，研究長(zhǎng)大下坡道限速和不限速條件下的列車運(yùn)行方式。但以上文獻(xiàn)都沒有深入研究閉塞分區(qū)劃分與列控系統(tǒng)的匹配性，尤其是長(zhǎng)大下坡道區(qū)段閉塞分區(qū)劃分與列控系統(tǒng)的匹配性，如大西客專在設(shè)計(jì)過程中未深入研究閉塞分區(qū)劃分與列控系統(tǒng)的匹配性，導(dǎo)致在長(zhǎng)大下坡道區(qū)段按照局部限速方案開通運(yùn)行［4］。

鄭萬高鐵具有類似大西客專長(zhǎng)大下坡道工程特點(diǎn)，原則上在長(zhǎng)大下坡道上不采取限速方案［5］，要求列控系統(tǒng)設(shè)備供應(yīng)商檢算閉塞分區(qū)長(zhǎng)度的符合性。列控車載設(shè)備包括CTCS3-300H、CTCS3-300T、CTCS3-300S、CTCS2-200C和CTCS2-200H等型號(hào)［6-7］，根據(jù)主機(jī)廠提供的動(dòng)車組制動(dòng)參數(shù)配置ATP相關(guān)參數(shù)，綜合考慮線路坡度、線路限速、制動(dòng)減速度、制動(dòng)延時(shí)、測(cè)速測(cè)距等信息生成ATP制動(dòng)曲線。不同型號(hào)ATP的制動(dòng)曲線計(jì)算算法存在差異，采用實(shí)時(shí)計(jì)算法和查表法2種方式生成ATP制動(dòng)曲線［8-10］。本文深入研究鄭萬高鐵長(zhǎng)大下坡道區(qū)段閉塞分區(qū)劃分與列控系統(tǒng)的匹配性，從行車專業(yè)閉塞分區(qū)劃分和信號(hào)專業(yè)列控系統(tǒng)技術(shù)融合的角度［11］，得出長(zhǎng)大下坡道區(qū)段閉塞分區(qū)長(zhǎng)度符合性的檢算驗(yàn)證結(jié)果。

1 長(zhǎng)大下坡道區(qū)段分析

鄭萬高鐵襄陽至萬州段長(zhǎng)大下坡道區(qū)段數(shù)據(jù)見表1。

表1 鄭萬高鐵襄陽至萬州段長(zhǎng)大下坡道區(qū)段數(shù)據(jù)

由表1可知，鄭萬高鐵襄陽至萬州段長(zhǎng)大下坡道區(qū)段數(shù)量較多，上行線超過20‰的坡段數(shù)量有14處，最不利的30‰坡度段長(zhǎng)度為14.353 km；下行線超過20‰的坡段數(shù)量有15處，最不利的30‰坡度段長(zhǎng)度為14.502 km。由于線路條件的特殊性，對(duì)列控系統(tǒng)的匹配性提出了全新的要求。

2 閉塞分區(qū)劃分

閉塞分區(qū)長(zhǎng)度由設(shè)計(jì)院行車專業(yè)根據(jù)線路數(shù)據(jù)和動(dòng)車機(jī)輛等參數(shù)，綜合考慮安全性、通過能力和經(jīng)濟(jì)性后計(jì)算確定。安全性需滿足列控系統(tǒng)監(jiān)控動(dòng)車組運(yùn)行要求；通過能力要求滿足動(dòng)車組最小追蹤間隔設(shè)計(jì)指標(biāo)；經(jīng)濟(jì)性要求考慮不同軌道結(jié)構(gòu)條件下的軌道電路極限長(zhǎng)度。不同碼序下閉塞分區(qū)長(zhǎng)度之和必須滿足列控車載設(shè)備制動(dòng)距離的要求，當(dāng)閉塞分區(qū)長(zhǎng)度之和小于列控車載設(shè)備制動(dòng)距離時(shí)，將導(dǎo)致限速突降的問題。當(dāng)閉塞分區(qū)長(zhǎng)度大于軌道電路工程設(shè)計(jì)長(zhǎng)度時(shí)，閉塞分區(qū)可以劃分為幾段軌道區(qū)段。在實(shí)際閉塞分區(qū)劃分時(shí)，考慮軌道電路極限長(zhǎng)度和列車追蹤間隔時(shí)分，按照2 000 m左右設(shè)計(jì)，既滿足軌道電路最小傳輸長(zhǎng)度要求［12］（Lmin≥Vmax×2.5 s＋L常，其中L常為軌道電路余量，取值為20 m），又充分利用軌道電路最大設(shè)計(jì)長(zhǎng)度，節(jié)省工程投資。車站附近的閉塞分區(qū)應(yīng)適當(dāng)縮短以提高車站接發(fā)車能力。

2.1 區(qū)間通過信號(hào)機(jī)位置要求

1）第一離去區(qū)間通過信號(hào)機(jī)位置在出站口外，距反向進(jìn)站信號(hào)機(jī)的距離應(yīng)不小于列車從速度85 km/h減速至0的最大常用制動(dòng)距離要求。

2）區(qū)間通過信號(hào)機(jī)位置應(yīng)充分考慮電氣化分相區(qū)的位置，以防止列車停車再起動(dòng)時(shí)無法越過無電區(qū)域或停在分相區(qū)內(nèi)。

2.2 信號(hào)機(jī)與分相區(qū)的距離要求

1）在分相區(qū)列車牽引力切斷點(diǎn)距上一架信號(hào)機(jī)的距離，應(yīng)滿足在該信號(hào)機(jī)外方停車后，列車重新加速能夠順利通過分相區(qū)?？紤]實(shí)際操作誤差和安全余量，列車頭部到達(dá)牽引力恢復(fù)點(diǎn)的速度應(yīng)大于40 km/h。

2）為滿足停車誤差、受電弓位置和安全防護(hù)距離的要求，分相區(qū)距下一架信號(hào)機(jī)的距離，應(yīng)滿足列車在該架信號(hào)機(jī)外方停車后能夠取電，分相區(qū)距最近的信號(hào)機(jī)不宜小于550 m。

3）盡量在接近信號(hào)機(jī)和一離去信號(hào)機(jī)間不設(shè)置分相區(qū)。

以鄭萬高鐵襄陽至萬州段為例，中鐵二院完成了鄭萬高速鐵路（設(shè)計(jì)起點(diǎn)DK348+500至萬州北站范圍）行車布點(diǎn)計(jì)算，將布點(diǎn)結(jié)果發(fā)送至列控系統(tǒng)設(shè)備供應(yīng)商，檢算閉塞分區(qū)長(zhǎng)度的符合性。通號(hào)公司在實(shí)驗(yàn)室仿真階段發(fā)現(xiàn)列控車載設(shè)備允許速度突降觸發(fā)制動(dòng)的問題。故障區(qū)段為上行正向區(qū)間的長(zhǎng)大下坡道，線路坡度條件為連續(xù)的14 353 m長(zhǎng)30‰的下坡道、1 400 m長(zhǎng)14‰的下坡道，以及3 950 m長(zhǎng)6.9‰的下坡道。閉塞分區(qū)布點(diǎn)結(jié)果見圖1（a）。

圖1 鄭萬高鐵襄陽至萬州段連續(xù)長(zhǎng)大下坡道閉塞分區(qū)布點(diǎn)結(jié)果

由于長(zhǎng)大下坡道區(qū)段的影響，導(dǎo)致閉塞分區(qū)劃分與列控系統(tǒng)的匹配性存在問題：設(shè)置興山S2LQ（5748G）區(qū)段占用，列車由L4碼（6016G）運(yùn)行至L3碼（5998G）時(shí)觸發(fā)最大常用制動(dòng)；設(shè)置興山S信號(hào)機(jī)信號(hào)關(guān)閉時(shí)，列車由L4碼（6062G）運(yùn)行至L3碼（6034G）時(shí)觸發(fā)最大常用制動(dòng)。制動(dòng)原因?yàn)楫?dāng)列控車載設(shè)備收到L3碼時(shí)，移動(dòng)授權(quán)終點(diǎn)突然縮短［13］，導(dǎo)致ATP允許速度突降，觸發(fā)制動(dòng)影響行車。設(shè)計(jì)院根據(jù)列控系統(tǒng)設(shè)備供應(yīng)商的檢算結(jié)果對(duì)閉塞分區(qū)進(jìn)行了增加、刪除和移動(dòng)位置等，見圖1（b），要求列控系統(tǒng)設(shè)備供應(yīng)商檢算閉塞分區(qū)長(zhǎng)度的符合性。

3 鄭萬高鐵閉塞分區(qū)長(zhǎng)度符合性檢算

按照CTCS2-200C型列控車載設(shè)備軟件制動(dòng)模型，采用CRH3型動(dòng)車組配置的制動(dòng)參數(shù)，驗(yàn)證鄭萬高鐵相鄰7個(gè)閉塞分區(qū)長(zhǎng)度能否滿足CTCS2-200C正反向250 km/h控車要求。按照CTCS3-300H列控車載設(shè)備軟件制動(dòng)模型，采用CR400BF型動(dòng)車組配置的制動(dòng)參數(shù)，驗(yàn)證鄭萬高鐵相鄰7個(gè)閉塞分區(qū)長(zhǎng)度能否滿足CTCS3-300H后備C2等級(jí)正向300 km/h和反向250 km/h控車要求；依據(jù)文獻(xiàn)［13］驗(yàn)證鄭萬高鐵列車在閉塞分區(qū)L3、L2、L和LU碼軌道電路信息行車許可下是否會(huì)發(fā)生限速突降。

新建鐵路閉塞分區(qū)長(zhǎng)度符合性檢算算法流程見圖2。

圖2 新建鐵路閉塞分區(qū)長(zhǎng)度符合性檢算算法流程

Step 1獲取新建鐵路的基礎(chǔ)線路數(shù)據(jù)與相關(guān)參數(shù)，主要包括：閉塞分區(qū)數(shù)據(jù)、坡度數(shù)據(jù)、仿真參數(shù)和動(dòng)車組制動(dòng)參數(shù)等，并對(duì)這些數(shù)據(jù)與參數(shù)做相應(yīng)預(yù)處理。

Step 2基于新建鐵路的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)與相關(guān)參數(shù)，采用列控車載設(shè)備制動(dòng)模型進(jìn)行列車運(yùn)行仿真，計(jì)算列車到移動(dòng)授權(quán)終點(diǎn)之間的線路坡度和最限制速度曲線，生成緊急制動(dòng)曲線和常用制動(dòng)曲線?；诰o急制動(dòng)曲線、常用制動(dòng)曲線、制動(dòng)延時(shí)、測(cè)速測(cè)距誤差等，計(jì)算列車當(dāng)前位置的允許速度值。

Step 3根據(jù)允許速度值與最限制速度曲線中的頂棚速度值，判斷閉塞分區(qū)長(zhǎng)度設(shè)計(jì)是否滿足列控車載設(shè)備制動(dòng)距離要求：①當(dāng)列車允許速度小于頂棚速度值時(shí)，閉塞分區(qū)設(shè)計(jì)長(zhǎng)度小于列控車載設(shè)備制動(dòng)距離要求，需優(yōu)化延長(zhǎng)后再進(jìn)行檢算；②當(dāng)列車允許速度等于頂棚速度值時(shí)，綜合緊急制動(dòng)曲線、常用制動(dòng)曲線、制動(dòng)延時(shí)、測(cè)速測(cè)距誤差后計(jì)算生成制動(dòng)起點(diǎn)至終點(diǎn)信號(hào)機(jī)的距離（brake_dis?tance_validation），如果該距離不大于相鄰7個(gè)閉塞分區(qū)長(zhǎng)度之和，則閉塞分區(qū)長(zhǎng)度設(shè)計(jì)滿足列控車載設(shè)備制動(dòng)距離要求，否則不滿足列控車載設(shè)備制動(dòng)距離要求，需優(yōu)化延長(zhǎng)后再進(jìn)行檢算。

根據(jù)設(shè)計(jì)院提供的鄭萬高鐵襄陽至萬州段閉塞分區(qū)長(zhǎng)度設(shè)計(jì)及坡度數(shù)據(jù)，對(duì)CTCS2-200C和CTCS3-300H型列控車載設(shè)備制動(dòng)距離進(jìn)行檢算，檢算結(jié)果見圖3和圖4。

圖3 鄭萬高鐵襄陽至萬州段閉塞分區(qū)長(zhǎng)度符合性檢算結(jié)果（CTCS2-200C）

圖4 鄭萬高鐵襄陽至萬州段閉塞分區(qū)長(zhǎng)度符合性檢算結(jié)果（CTCS3-300H）

由圖3和圖4可知，鄭萬高鐵襄陽至萬州段下行線反向閉塞分區(qū)長(zhǎng)度CTCS2-200C檢算結(jié)果存在不符合項(xiàng)2處，見表2，其他閉塞分區(qū)設(shè)計(jì)長(zhǎng)度均大于CTCS2-200C和CTCS3-300H型列控車載設(shè)備制動(dòng)距離。依據(jù)文獻(xiàn)［13］仿真驗(yàn)證，鄭萬高鐵上行線反向軌道電路信息許可長(zhǎng)度檢算結(jié)果不符合項(xiàng)（CTCS3-300H）見表3。

表2 鄭萬高鐵襄陽至萬州段下行線反向閉塞分區(qū)長(zhǎng)度檢算結(jié)果不符合項(xiàng)（CTCS2-200C）

表3 鄭萬高鐵襄陽至萬州段上行線反向軌道電路信息許可長(zhǎng)度檢算結(jié)果不符合項(xiàng)（CTCS3-300H）

由于實(shí)際線路數(shù)據(jù)較為復(fù)雜，在應(yīng)答器報(bào)文最終完成編制前，針對(duì)列控車載設(shè)備制動(dòng)距離的檢算無法考慮到數(shù)據(jù)報(bào)文的影響，與真實(shí)環(huán)境下的驗(yàn)證測(cè)試結(jié)果存在偏差，在線路開通前通過聯(lián)調(diào)聯(lián)試動(dòng)態(tài)試驗(yàn)，確保閉塞分區(qū)劃分滿足列控車載設(shè)備的運(yùn)行要求。

4 結(jié)論

從跨專業(yè)技術(shù)融合的角度，研究鄭萬高鐵長(zhǎng)大下坡道區(qū)段閉塞分區(qū)劃分與列控系統(tǒng)的匹配性，采用CTCS2-200C和CTCS3-300H型列控車載設(shè)備軟件制動(dòng)模型，得出鄭萬高鐵長(zhǎng)大下坡道區(qū)段閉塞分區(qū)符合性檢算驗(yàn)證結(jié)果。

經(jīng)驗(yàn)證，鄭萬高鐵襄陽至萬州段下行線反向閉塞分區(qū)長(zhǎng)度CTCS2-200C檢算結(jié)果存在不符合項(xiàng)2處，其他正線通過信號(hào)機(jī)位置相鄰7個(gè)閉塞分區(qū)長(zhǎng)度滿足CTCS2-200C正反向250 km/h和CTCS3-300H后備C2等級(jí)正向300 km/h和反向250 km/h控車要求；上行線反向軌道電路信息許可長(zhǎng)度CTCS3-300H檢算結(jié)果存在不符合項(xiàng)1處，其他正線通過信號(hào)機(jī)位置L3、L2、L和LU碼軌道電路信息行車許可滿足CTCS3-300H車載設(shè)備C3等級(jí)正向310 km/h和反向300 km/h控車要求。由于反向運(yùn)行為特殊運(yùn)行場(chǎng)景，建議納入鐵路局列車運(yùn)行管理辦法解決檢出問題對(duì)列車運(yùn)行的影響。