北京地铁8号线信号系统不停运切换设计

■ 文仁广

1 概述

北京地铁8号线二期工程全长17.5 km，是一期工程（奥运支线）两端的延伸线，分南北两段。其中，北段为回龙观东大街—森林公园南门，设6座地下车站；南段从北土城—中国美术馆，设6座地下车站。一期工程长4.5 km，设森林公园南门、奥林匹克公园、奥体中心和北土城4站，于2008年奥运前与10号线一期同期开通运营。

8号线二期工程信号系统采用西门子公司Trainguard MT基于无线车-地通信的移动闭塞信号系统（简称正式系统），包括由Vicos OC 501和Vicos OC 101组成的列车自动监控系统（ATS），Trainguard MT列车自动防护系统（ATP）和列车自动运行系统（ATO），计算机联锁系统（Sicas）以及全部配套的轨旁及接口设备。

为缓解主城区的交通压力，8号线二期北段要提前1年开通，由于西门子系统不能满足开通工期和开通水平的要求，通过招标过渡系统，确保8号线二期北段2011年底提前开通。过渡系统采用北京全路通信信号研究设计院有限公司提供的点式列车控制系统（ATC），包括ATS、联锁、点式ATP/ATO轨旁设备和车载设备。过渡系统满足3 min的行车间隔要求，并实现与屏蔽门（PSD）的联动功能。过渡系统在正式系统开通运营后将进行拆除。

在同一地铁线路上配置2套能切换使用的信号系统，在目前国内城市轨道交通领域尚无成功应用的经验，两信号系统间的不停运切换设计是保证系统安全运行并不中断运营的必要条件。

2 资源共享设计思想

2.1 主要设计思想

（1）正式系统与过渡系统的人机界面、操作方式及原则一致，避免运营部门对2套系统切换时产生过大差异。（2）正式系统与过渡系统的轨旁信号机、计轴磁头布置位置及原则一致。（3）尽量实现资源共享，节省投资。（4）利于过渡系统停用后的拆除。（5）避免2套信号系统引起对其他接口系统的修改，与其他系统的接口原则及协议一致。

2.2 机房共用设计

正式系统与过渡系统放置在同一信号设备室，但正式系统与过渡系统均局部集中布置，设备布置主要考虑过渡系统便于以后拆除，并满足正式系统在过渡系统拆除后机房的整体布局和美观效果。

2.3 电源系统共用设计

为节省投资，利用正式系统供货商的用电需求余量为过渡系统设备供电。在详细分析正式系统各设备实际用电量后，将富余电量全部用于过渡系统，在电源系统总容量及电源系统投资基本不变的前提下，采用过渡系统、正式系统分别独立输出的方式，实现电源系统共用。

2.4 轨旁设备共用设计

正式系统在轨旁设置有道岔转辙机、信号机，在站台上设置有紧急停车按钮（EMP）、屏蔽门接口及发车计时器。由于过渡系统也需设置上述轨旁设备，考虑转辙机不能分设，以及对司机行车、调度控制方式、区间闭塞原则尽可能一致，便于运营部门在正式系统与过渡系统切换使用时不产生过大差异，转辙机、信号机、紧急关闭按钮、发车计时器采用正式系统与过渡系统全部共用的原则，在室外引入的正式系统分线架（CTR）上进行倒切。

正式系统联锁与计轴采用电子模块接口，过渡系统联锁与计轴之间采用继电器接口，考虑两者接口类型不一致，且是涉及安全的基础设备，两系统的计轴设备采用独立设置方案。

正式系统点式A T P系统采用室外电子单元（LEU）方案，连接方式见图1（a）。如果过渡系统也采用室外LEU方案，室外信号机的连接则非常复杂，且LEU是涉及安全的关键设备，因此两系统采用独立设置LEU、应答器方案，过渡系统点式ATP采用室内LEU方案，连接方式见图1（b）。

2.5 车载设备共用设计

2套系统切换运行除轨旁控制设备外，车载设备是确保2套系统成功切换的关键。在车载设备的共用和切换方案上，充分考虑设备的通用性，并按车辆一次设计完成的原则实施。对于车载设备，过渡系统和正式系统尽可能配置一致，且实现同一功能的设备安装位置、安装方式及尺寸规格完全一致。

车辆贯通线，速度传感器连接线及接头，雷达连接线及接头，应答器天线连接线及接头，司机显示单元连接线及接头，驾驶台的各种开关、按钮等，两系统完全一致，过渡系统特有的基于环线的车-地通信系统（TWC）车载设备采用独立安装方式实施。通过上述设计方案，在两系统切换时只需将过渡系统（或正式系统）车载设备拆除，将正式系统（或过渡系统）车载设备安装后，即可实现车载设备的切换。

3 切换控制设计

3.1 倒切设计

过渡系统倒切分线柜采用与正式系统完全一致的端子排和连接方式。为便于过渡系统拆除时不影响正式系统，室外设备电缆首先引入正式系统分线架外侧端子，再将分线架外侧端子接至过渡系统的倒切分线架的外侧端子，过渡系统通过倒切分线架内侧端子接入室内组合架侧面。当使用正式系统时，将过渡系统倒切分线柜的短路插拔出，将正式系统分线架上的短路插插上，即实现过渡系统向正式系统倒切。反之，先将正式系统分线架上的短路插拔出，再将过渡系统倒切分线柜上的短路插插上，即完成正式系统向过渡系统的控制倒切。倒切基本原理见图2。

3.2 信号机、EMP及PSD接口切换设计

由于正式系统的信号机、EMP以及信号系统与PSD的接口电缆芯线和过渡系统完全一致，因此可采用上述倒切控制设计进行。

3.3 转辙机切换设计

正式系统转辙机控制电路采用六线制控制电路，而过渡系统采用国内标准五线制控制电路。经分析，五线制与六线制控制电路的差别在于五线制转辙机内部配线需要配1个整流盒，而六线制控制电路没有整流盒。切换电路利用切换继电器的中前接点，连接增配的整流盒；利用切换继电器中后接点还原内部配线，倒切至六线无整流盒制控制电路。当切换继电器吸起时，转辙机电路转换为过渡系统匹配的五线制控制电路；当切换继电器落下时，转辙机电路转换为正式系统匹配的六线制控制电路。并采用继电器的前、后接点实现倒切位置表示。转辙机内部配线切换原理见图3。

图1 信号系统LEU设置方案

图2 信号系统倒切设计基本原理

3.4 DTI切换设计

发车计时器（DTI）主要是信息线缆的倒切，由于正式系统采用的光电转换器有以太网RJ45接口，过渡系统采用网线直接与光电转换模块的网卡相连。正式系统与过渡系统的倒切直接采用断开、接通网线的方式实现。

图3 转辙机内部配线切换原理

4 安全切换原则

信号机、转辙机、屏蔽门、紧急停车按钮、发车计时器等设备为正式系统和过渡系统共用，两系统采用倒切的方式进行工作。在使用任一系统投入运营前人工确保：

（1）在电源屏处关断非运营系统的信号机、转辙机、屏蔽门、紧急停车按钮、应答器、环线等的室内设备电源屏供电；

（2）在倒切分线柜/CTR处先断开所有非运营系统信号机、转辙机、屏蔽门、紧急停车按钮的外线连接；

（3）在倒切分线柜/CTR处后接通所有运营系统信号机、转辙机、屏蔽门、紧急停车按钮的外线连接；

（4）DTI断开非运营系统，正确接入运营系统；

（5）检查倒切盘和倒切分线柜/CTR短路插头的一致性，运营系统设备电源全部开启，保证非运营系统设备的完全切除、运营系统设备的完全接入。

5 存在问题及建议

北京地铁8号线二期工程采用上述设计方案，成功实现了正式系统与过渡系统的冗余配置和系统控制倒切，过渡系统已于2011年底在北段及奥运支线开通载客试运营，正式系统正在采用上述倒切方式在非运营时段进行系统调试。由于夜间非运营时段时间较短，插拔短路插及一致性检查需要占用一定时间，倒切方式虽能满足倒切功能和安全性要求，但对于有限的夜间作业点而言，倒切时间相对较长，建议在其他类似项目上采用快速倒切的方式（如切换开关等）解决该问题。

[1] TB 10007—2006（J529—2006） 铁路信号设计规范[S]

[2] 建标104—2008 城市轨道交通工程项目建设标准[S]

[3] 中铁二院工程集团有限责任公司. 北京地铁8号线二期过渡系统施工图，2011