“四电集成”技术在京津城际轨道交通的应用探索

2010-08-03于小四

铁道标准设计 2010年1期

于小四

(中铁七局集团电务工程有限公司,郑州 450016)

1 概述

京津城际轨道交通是一条新建的连接两个城市的城际铁路线,长约 120km。该线的大部分为高架线,最大设计速度为 350km/h,最大运营速度为 300km/h。沿线共设 5座车站,其中北京南和天津为始发站,其余 3座为中间站。为迎接 2008年北京夏季奥林匹克运动会,京津城际轨道交通将于 2008年 8月正式投入商业运营。为实现此目标,京津城际轨道交通采用了先进的、成熟的世界高速铁路系统技术。为了满足客流预测的需求,用于运营的电动车组将以长、短两种编组方式,分别可载客1200人和 600人。预计到 2020年高峰小时客流量将达7991人次每小时单方向,2030年将达10078人次每小时单方向。为满足此运能需求,列车运营的最小行车间隔应为 3min。调度和运行控制应采用先进的自动信号和微机联锁系统。

2 四电集成技术特点

2.1 信号系统

京津城际轨道交通信号系统主要由西门子提供的SIMISW微机联锁系统、TRAINGUARD列控设备以及通号公司提供的 DS6-K5B计算机联锁、ZPW-2000A轨道电路、列控中心TCC、CTC协议转换子系统、信号集中监测子系统、25Hz轨道电路等设备构成。本信号系统是欧洲ETCS-1级列车运行控制系统,满足设计速度350 km/h和运营速度 300km/h,正向 3min的运行间隔设计要求,本系统能够兼容中国 CTCS-2级列车运行控制系统,满足 200km/h动车组上线运行的要求。

本信号系统包含以下主要设备:

(1)西门子 ETCS-1级 ATP车载设备和轨道电路读取器 TCR。

(2)西门子应答器和轨旁电子单元 LEU。

(3)西门子 SIMISW微机联锁设备、ACC区域控制计算机。

(4)西门子 MSTT现场控制单元、SIWES多机控制器。

(5)DS6-K5B计算机联锁。

(6)轨道空闲检测设备 ZPW-2000A轨道电路。

(7)轨道空闲检测设备 25Hz轨道电路。

(8)列控中心 TCC。

(9)CTC协议转换子系统。

(10)信号集中监测子系统。

(11)信号电源子系统。

以上各子系统构成一个完整的 ETCS-1级列车运行控制系统,满足设计速度 350km/h和运营速度 300 km/h,正向 3min的运行间隔设计要求,并满足调度中心对京津全线的调度集中(CTC)控制。

2.2 通信系统

京津城际轨道交通通信系统满足京津城际轨道交通操作人员、管理人员和维护人员能够在调度中心、动车段维护区域、车站以及铁路沿线进行语音、数据和视频通信。本系统是一套集成系统,能根据不同的运营模式将各个子系统集成为一个协同工作的系统。本通信系统包括专用移动通信系统、传输和接入系统、数据网、调度通信系统、电话交换系统、救援指挥通信系统、通信综合网管系统、同步时钟分配系统、电源系统、通信光缆系统、动力及环境监控系统、车站段所综合布线等 12个子系统。

专用移动通信系统采用 GSM-R数字移动通信制式,为铁路专用移动通信系统。满足 350km/h运行速度下语音、数据传输。

传输和接入系统采用 SDH制式,由 6个节点构成骨干传输系统,包括各车站、城际公司、动车段、维修段、调度中心、电力站、基站等。

数据网为京津城际轨道交通提供基于 TCP/IP应用的网络连接业务,此数据网是铁路数据网的组成部分,能够在调度中心实现与既有铁路数据网互联。

在北京调度中心设置调度交换机,利用传输系统的 2M通道在各车站开通铁路专用数字调度系统作为客运专线的调度通信系统。

救援指挥通信系统提供铁路沿线在事故抢险时所需要的现场语音通信以及现场与调度中心之间的语音、数据、图像通信业务。

通信综合网管系统管理范围包括传输接入系统、调度通信系统、电源系统、数据网、同步和时钟分配系统、动力及环境监控系统、GSM-R、电话系统等,提供故障管理和资源管理功能。本系统为京津城际轨道交通所有数字通信系统提供同步时钟信号,并为各车站提供统一标准时间信号。时钟源利用铁通公司基准时钟信号,并有GPS做备用时钟。本系统采用西门子 SCADA系统平台对车站重点区域、通信、信号无人机房的电源系统、环境实施包括视频在内的综合监控系统。

2.3 电力系统

用电负荷主要包括沿线车站通信、信号、综合调度系统、动车设备、维修、给排水、空调通风、照明等负荷。区间用电负荷主要有:通信、信号中继站、牵引所备用电源。

负荷分类:

一级负荷主要包括通信、信号、综调中心、电力调度中心、应急照明及防灾系统、车辆轴温检测系统、专为通信信号设备配备的附属设施。

二级负荷主要包括动车设备、维修、给水、车站建筑照明及站场照明。

其余为三级负荷。

一级负荷由供电网络为其提供两路独立电源,二级负荷有条件时由供电网络为其提供两路电源,三级负荷供电网络为其提供一路电源。

客运专线的铁路电力系统的主要设备特点为:模数化、标准化、免维护、少维修。当铁路电力系统的一级负荷发生两路供电电源同时停电时,系统内部恢复其供电的时间不大于 3min。

沿线设置的变配电所及全线铺设的两回 10kV电力贯通线构成。10kV电力贯通线全部采用单芯铜铠铜芯电缆沿电缆槽敷设或直埋敷设方式。

HINT1基因突变所致的遗传性轴突型神经病1例报告 ………………………… 李洁，张丽，汤其强，等 394

所有新设变、配电所按照免维护、无人值班设计,依靠 SDACA系统远动操作、监视。全线电力设备纳入牵引供电 SCADA子系统监控。

所有新建变、配电所 35kV高压开关柜采用 8D系列(或更新)型、10kV高压开关柜采用 8D系列(或更新)型免维护 SF6气体绝缘开关柜,变压器采用干式变压器,低压柜采用模数化组合式开关柜,低压空气开关选用远程可操作式。沿线与行车有关的通信、信号、综合调度系统采用箱式变电站供电;箱式变电站内设备由SCADA系统远程操作、监视,并配置相应的测控单元。

2.4 电力牵引供电系统

系统集成商所提供的供变电、SCADA、设备应是免维护、无维修(如确需少量维护的,由系统集成商负责),接触网设备应达到免维护、少维修的原则要求。

牵引供电系统的设计应确保安全可靠和运营方便,高速正线采用 2×25kV(AT)供电方式,牵引变电所接引电力系统两回独立可靠的 110kV电源,每个牵引变电所设置 2组牵引变压器,在任何情况下一组投入运行,另一组备用。110kV采用户外布置,2×25kV侧开关设备采用户内 GIS开关柜并应互为热备用。具体电力牵引供电系统配置见表1。

表1 京津城际轨道交通电力牵引供电系统配置

对于枢纽地区高中速联络线、动车组走行线和动车段(所)等采用 1×25kV(带回流线的直接)供电方式。

接触网采用全补偿简单链型悬挂为主,硬性支持结构,部分工程或试验区段为全补偿弹性链型悬挂、动车段检修库部分采取移动式刚性结构。

3 四电集成技术应用方法

客运专线的线路桥隧较多,留给站后四电施工工期异常紧张,300km区段线路站后施工只有 4～5个月,700km以上的工程有效施工工期只有 7个月。客运专线对站后四电施工组织影响较大的是电力和接触网两个专业,同时综合调试带来了许多新技术。

3.1 通信专业

3.1.1 光、电缆敷设

根据设计图纸及线路复测结果,优化光缆配盘,避免在桥上接头,减少光、电缆浪费。同时,要考虑通信站、中继站两侧光缆长度大于 1km。施工要严格按规定进行,严禁浪涌、背扣及损伤外护套。光电缆埋深、预留、弯曲半径、防护等各项指标符合《铁路运输通信工程施工质量验收标准》(TB10418—2003)的规定。

3.1.2 光缆接续及中继段测试

光缆接续采用铁道部《铁路光缆数字通信工程施工规定》和《光缆接续操作细则》施工。接续同时采用OTDR远端环回双向监测,及时计算出接头的实际衰耗值,保证接续的质量。所有光缆接头处同侧金属护套和加强芯相互连通,但两侧金属护套和金属加强芯不作电气连通,也不接地。光缆接续卡一式两份在接续的同时填写,一份封在接头盒内,一份留档。光缆成端接续完毕,进行中继段光纤指标测试,测试曲线存盘,测试数据作为验交和将来维护使用的依据。

3.1.3 设备安装与调测光

各种专用通信设备的布置一般以设计图纸中的设备平面布置图为基础,并考虑行车指挥人员的方便;电气化区段的车站引入柜、综合柜应对地绝缘。各种机架的架身应垂直于地面,垂直偏差应小于架身长度的千分之一。电源设备架内配线应分布在机架内两侧,相互平行或垂直,并采用塑料绑扎带集中绑扎,排列应整齐、顺直。交直流电源线分开敷设,直流电源线的正负极应有颜色区分。设备安装与调测先以一个站为示范点,对施工工艺要求做进一步的规范、明确。示范站安装完成后再进行其他通信站和中间站的安装、配线。设备加电并加载数据后,设备测试组开始设备单机测试。设备单机测试完成后,首先对传输系统和程控交换系统进行系统测试,之后,再把各种终端设备接入,进行联网试验,最后开通。

3.1.4 验收交接

工程施工结束后认真组织进行自检,发现问题及时处理。认真做好竣工资料的收集、整理,各种竣工资料要齐全,真实、准确。积极配合建设单位、接管单位进行验收及各项指标的测试工作。正式验收交接前,定期对线路进行巡检,确保线路和设备的安全。

3.2 信号专业

在施工过程中,根据电缆订货长度进行配盘,尽量避免电缆接头。ZPW-2000A轨道电路系统为我国目前安全性高、传输性能好、能满足 ATP系统要求的一种先进制式的轨道电路。ZPW-2000A轨道电路可适用于牵引电流1600A,不平衡电流200A的电气化牵引区段。分别适用站内有绝缘和区间无绝缘轨道电路。

3.3 接触网专业

3.3.1 施工组织

京津城际轨道交通施工组织推行的模式为“六化”:即施工人员专业化、施工作业标准化、施工机具专用化、施工计算电脑化、施工检测科学化和施工组织合理化。

在工程实施中统一工艺标准,以程序化施工为指导思想。从施工测量开始,利用先进的精密仪器对工程质量进行有效控制。

材料、设备材料到现场后,按照有关工艺标准组织施工,并请生产厂家派技术人员进行技术服务,实行标准化施工,工程质量达到安全可靠、整齐美观、标准统一、减少维修。

3.3.2 支柱安装

接触网支柱安装主要采用机械化方式。轨道铺架前,支柱安装采用汽车吊或高架桥支柱专用安装设备进行安装,轨道铺架后采用安装列车进行安装。支柱进行整正时采用无辅助独立整杆器进行整正。

3.3.3 支持定位装置安装

支持定位装置安装采用四化一到位的施工方法:即计算微机化、预配工厂化、安装机械化、测量科学化,要求一次达到设计标准的施工方法。加强施工人员的技术培训和现场指导,确保“四个一次到位”技术得到最大限度的推广应用。

接触网施工的基准点轨面高程、线路中心线和超高是保证支柱装配质量的关键。根据现场实测的原始数据,借助计算机程序自动生成的《腕臂预配数据表》,利用该表中相关数据在预配车间对定位装置进行预配,并按要求进行标识。

定位装置是弓网受流的关键部件,其安装质量直接影响接触网的安全运行。其定位支座的安装高度、拉出值、限位间隙和定位器斜率或定位器允许抬升量是定位装置施工安装关键的四要素。

3.3.4 接触导线、承力索架设

承力索、接触线架设质量,特别是接触线架设后平直度直接影响到弓网受流质量,为保证导线平直度和良好的弓网受流质量,承力索和接触线采用锚段配盘,必须采用恒张力架线车组进行架设,同时采用超拉或额定张力自然延伸等措施使新线初伸长(蠕变)一次基本出尽,保证接触悬挂调整一次到位。

3.3.5 附加导线架设

为提高附加线(正馈线、供电线等)质量和工效,附加线耐张段采取无接头技术,实行锚段量级物资配盘;其次,施工组织采取:“作业车 +平板车”+“作业车”的组织方式,前面的作业车为牵引动力,采用双支撑架架设回流线的方法,双支撑架安装在作业台上,在放线过程采取小张力架设,回流线不易散股;后面的“作业车”配合前面的作业车在肩架上安放滑轮并把附加导线及时放在滑轮中,避免在支柱处磨损。

3.3.6 吊弦安装

接触悬挂的安装质量与接触线高度的关键在于整体吊弦的安装质量,吊弦的测量、计算、预配、安装要一次安装到位,并采用成熟可靠的计算方法和施工工艺。悬挂点承力索高度、跨距是计算的基础,务求准确,根据各测量参数自动生成《吊弦预配表》。

依据《吊弦预配表》,作业人员在预配车间利用专用整体吊弦制作装置进行吊弦制作,进行标示,并对制作好的吊弦进行长度检查,按要求分锚段、跨距号进行包装。安装时严禁踩踏导线和给导线施加外力,线夹一次安装到位,避免产生硬点。

3.3.7 检测试验

施工单位应建立完善的接触网检测体系,配备先进的检测工具和仪器。并采用多功能激光接触网测量仪等仪器进行无接触静态检测。同时,配合铁道部组织的动态检测,主要在工程完工后进行对接触网安全检测,分低速动态检测和高速动态检测,低速动态检测采用接触网冷滑装置或接触网弓网接触力测量装置;高速动态检测采用接触网图像分析测量系统,主要测量弓网接触力、定位器抬升(检测车测量、地面测量)、受电弓运行加速度、离线率(电弧),视频记录等。