X形枢纽列控系统集成设计简述

2018-08-11刘长波

铁路通信信号工程技术 2018年7期

刘长波

(1.北京全路通信信号研究设计院集团有限公司，北京 100070；2.北京市高速铁路运行控制系统工程技术研究中心，北京 100070)

1 概述

截止至2017年底，我国已建成总里程达2.5万km的高速铁路，高速铁路建设经历了试点建设、单线建设后，目前正在处于路网建设阶段。在“四纵四横”的高速铁路网基础上，国家发改委修编了《中长期铁路网规划》，提出“八纵八横”的高速铁路网，形成以“八纵八横”主通道为骨架，区域连接线衔接，城际铁路补充的高速铁路网；统筹运输网格格局，形成系统配套、一体便捷、站城融合的现代化综合交通枢纽。

随着列控系统成为高速铁路的核心装备，根据线路允许速度选用CTCS等级，形成160 km/h客货共线铁路采用CTCS-0级或CTCS-1级列控系统，200 km/h客货共线铁路采用CTCS-2级列控系统，250 km/h高速铁路优先采用CTCS-3级列控系统，300 km/h及以上高速铁路采用CTCS-3级列控系统的技术格局。由此列控系统集成设计应运而生，列控系统集成设计虽在传统信号设计基础上发展而来，但高铁建设的新变化对列控系统集成设计又产生新的需求，尤其是复杂枢纽列控系统集成设计，目前没有相应的技术标准。

2 铁路枢纽分类

在铁路网点或网端，由两条及以上干线、若干车站、各种为运输服务的设施及其联络线等所组成的整体成为铁路枢纽。从站场设计和列控系统集成设计实现而言，可分为“T”形、“X”形、“O”形3种基本类型。

“T”形枢纽特点是一条线路引入某站后，后续线路两条线路共用，“T”形可衍生出“Y”形。

“X”形枢纽特点是以某站为中心向外放射延伸，并通过周围的线路所将不同的高铁线路连接起来成“X”形状，中心车站可分为共场和分场两种类型。“X”型可衍生出“十”字型和“米”字型。

“O”形枢纽特点是车站间通过联络线或支线或侧线连接在一起成环状。“O”形可衍生出环形和“U”形。

本文根据列控系统集成设计的特殊性，研究分析 “X”形枢纽的RBC设置设计，临时限速设计方案，为X形枢纽和其他类型枢纽列控集成设计提供借鉴思路。

3 X形枢纽列控系统集成设计方案

3.1 共场的“X”形枢纽

共场是指两条高铁线路同时引入某个车站，即该车站存在多条正线股道，不同的正线股道分属不同的高铁线路。共场的“X”形枢纽模型如图1所示。A站、B站、C站属于高铁A线路，D站、B站、E站属于高铁B线路，即B站同为高铁A、B线路上的共用车站。

3.1.1 临时限速设计

图1 共场的X形枢纽示意图Fig.1 Sketch map of X-type junction shared with railways

根据《客运专线列控系统临时限速技术规范（V1.0）》（科技运〔2008〕151）规定：“列控中心单方向临时限速管辖范围应从本站进站口开始至前方站出站口（中继站）第二个有源应答器组再增加一个制动距离，制动距离应涵盖从线路最高允许低频码降至HU码的所有闭塞分区并延伸100 m”。由此可知，TCC临时限速范围与调度台相关，并可能会超越调度台边界。

临时限速命令是由调度员在对应的调度中心CTC拟定后，发送至与其连接的TSRS，再由该TSRS发送至相应的TCC执行。

临时限速设计实质是CTC与TSRS对应关系、TSRS与TSRS间连接关系的设计，由于临时限速设计与调度台划分密切相关，不同的调度台划分、TSRS设置会组合出不同场景。

1）假设同属于高铁A线路的A、B、C站同属于调度台A，并由TSRSA控制；同属于高铁B线路的D站属于调度台B，由TSRSB控制；E站属于调度台C，由TSRSC控制。调度台分界均位于B站的进站信号机处。调度台划分场景一如图2所示。

图2 共场X形枢纽调度台区划场景一Fig.2 Scenario 1 of dispatching consoles layout for X-type junction shared with railways

D站、E站的临时限速管辖范围将涉及3个调度台。以D站为例，其临时限速管辖范围涉及本调度台B，相邻调度台A，相邻调度台C。

a.当B站站内属于高铁B线路股道有限速时，TSRS A需将临时限速发送至TSRS B和TSRS C，然后由TSRS B发送至TCC D执行，TSRS C发送至TCC E执行。

b.当B站与E站区间有限速时， TSRS C需将该限速命令发送至TSRS A和TSRS B，然后由TSRS A发送至TCCB执行，TSRS B发送至TCCD执行。

c.当D站与B站区间有限速时， TSRS B需将该限速命令发送至TSRS A和TSRS C，然后由TSRS A发送至TCCB执行，TSRS C发送至TCCE执行。

该场景的难点在于一个车站的临时限速范围跨越了相邻的调度台界，并延伸到第三方调度台，临时限速命令的传递和设备间的连接关系变得复杂。必须改变原有串行连接命令交互，即TSRSB同时与TSRSA，TSRSC连接相互命令，而不是TSRSB与TSRSA连接交互，TSRSA再与TSRSC连接交互。这就必须突破《临时限速服务器技术规范》（铁运[2012]213）要求的且同一正线上不得连接超过2个相邻TSRS的规范限制。

2）假设同属于高铁A线路的A、B、C站同属于调度台A，由TSRSA控制；同属于高铁B线路的D、E站属于调度台B，由TSRSB控制。调度台分界均位于B站的进站信号机处。调度台划分场景二如图3所示。

由于临时限速设置是依附于线路，而同一线路的车站都是线性排列，对于TSRS而言，临时限速命令的拆分也是按线性进行拆分。但该场景的难点在于调度台B的车站连接关系不是线性关系，而是非线性（中间被截断）。对于与调度台B对应的TSRSB而言，为了保持临时限速命令的线性拆分，可将TSRS A看作一个车站B。

图3 共场X形枢纽调度台区划场景二Fig.3 Scenario 2 of dispatching consoles layout for X-type junction shared with railways

a.当B站与E站区间有限速时， TSRS B需将该限速命令发送至TSRS A和TCCD、TCCE执行，然后由TSRS A发送至TCCB执行。

b.当D站与B站区间有限速时， TSRS B需将该限速命令发送至TSRS A和TCCD、TCCE执行，然后由TSRS A发送至TCCB执行。

但当B站内存在限速时，TSRS A需要将限速发送至TSRS B，但TSRS A两侧相邻TSRS均为TSRS B，存在如下两个问题需要解决。

TSRS A须向两侧的同一相邻TSRS B转发限速命令，导致TSR S间命令计数不匹配，误认为相邻TSRS侧应有2条限速命令。当相邻TSRS回馈结果后，始终只能匹配到一侧TSRS成功，不能综合全部TSRS成功。

既有TSRS对限速命令拆分机制、命令状态综合判定机制都是假定所有设备顺序排列在同一线路上，然后逐一匹配是否与限速命令相关。当判定命令拆分到一侧（如TSRSA已判定限速命令拆分至E站）时，即认为限速命令拆分到头，不会再向另一侧设备进行拆分判定。

所以TSRS设备在未来必须要解决该场景遇到的问题。在此功能需求未开发成功前，若工程遇到该场景，列控系统集成设计可采用3）方案。

3）假设同属于高铁A线路的A、B、C站同属于调度台A，由TSRS A控制；同属于高铁B线路的D、E站属于调度台B，但车站D、E分属不同的TSRS B和TSRS C。调度台分界均位于B站的进站信号机处。调度台划分场景三如图4所示。

图4 共场X形枢纽调度台区划场景三Fig.4 Scenario 3 of dispatching consoles layout for X-type junction shared with railways

该场景从TSRS设置、设备连接关系、信息传递与场景一相同。但不同点在于调度台B必须能根据限速命令决定发送至TSRS B还是TSRS C。实现方式有两种。

a.因高铁B线是正线贯通，B线路的临时限速线路编号取值相同，由CTC根据临时限速命令的公里标决定发送至哪个TSRS。以图4为例，B站下方的限速命令发送至TSRS C执行，B站上方的限速命令发送至TSRS B执行，再由接受命令的主控TSRS进行限速命令的合理拆分。

b.将TSRS C、TSRS B管辖范围内B线路的临时限速线路编号取不同值，CTC根据调度台选取的线路编号将命令发送至对应的TSRS。但由于TCC里相同线路的临时限速线路编号只能唯一，所以TSRS必须负责进行临时限速线路编号的转换。如当B站至E站区间有限速，TSRS C将限速命令发送至TSRS B时，TSRS B必须进行临时限速线路编号的转换后发送至TCCD执行。值得注意的是，B站内的线路编号必须与相邻的某一个相同；否则，在TSRS C重启后，从TSRS A和TSRS B刷新临时限速命令，无法进行一一对应。

3.1.2 RBC设置设计

若高铁A线、B线均采用CTCS-3级列控系统时，两线共场的B站只能归属某一个RBC控制，假设A站、B站、C站属于RBCA控制，D站、E站分属不同的RBCB和RBCC控制。将RBC移交边界放置在D站至B站区间和B站至E站区间，且尽量靠近D站和E站方向。

将RBC切换点放置在靠近D站和E站方向的目的是尽量避免出现RBC移交顺序为RBCB-RBCARBCC。这种移交顺序简称RBC的“1-2-3”移交。

从理论上，在RBC1-RBC2移交时，只要RBC2判定MA延伸至RBC2/3边界，可启动RBC2-RBC3移交。但目前RBC移交关联了列车位置与RBC边界，即同一时刻为一列车仅启动距离列车最近RBC移交边界相关的移交流程，只有当列车被RBC2接管后，才启动RBC2-RBC3移交流程。

枢纽地区RBC移交顺序为“1-2-3”时，移交边界设置的具体地点要根据线路允许速度进行计算，即RBCB与RBCA的移交边界至RBCA与RBCC的移交边界的距离，满足移交边界线路最高允许速度的常用制动距离。

当D站、E站属于同一个RBC控制时，RBC移交顺序为 “RBCB-RBCA-RBCB”，简称为RBC的“1-2-1”移交。这种移交顺序从理论上可参照“1-2-3”移交处理，但枢纽RBC设置设计应避免。

针对共场的“X”型枢纽，B站无法分开，可将B站同时纳入RBCA、RBCB控制，即将B站联锁同时连接两个RBC，RBC之间不作移交。当从线路A运行线路B时，先做C3→C2等级转换，运行至B线路后，再做C2→C3等级转换的方式进行过渡。

3.2 分场的“X”型枢纽

分场是指两条高铁线路同时引入某个车站的两个不同场，即该车站存在多场横列分布，两条高铁线路通过站外的线路所进行连接。分场的“X”形枢纽模型如图5所示。A站、B线路所、C站A场、D线路所、E站属于高铁A线路，调度台为CTCA，临时限速服务器为TSRSA；F站、C站B场、G站属于高铁B线路，调度台为CTCB，临时限速服务器为TSRS B。

图5 分场X形枢纽示意图Fig.5 Sketch map of X-type junction with paralleled railways

3.2.1 临时限速设计

由于高铁A线路与高铁B线路在C站分场设置，所以，C站A场、B场可以分属不同调度台，假设线路所联络线均归属于高铁A线路调度台。所以TSRS A与TSRS B的分界位于B场的进站信号机。

联络线上的限速命令由TSRS A发送至TSRS B，再由TSRS B发送至B场TCC执行。

假设A场、B场存在场联道岔，A场通过场联道岔能向高铁B线路发车时，A站TCC必须预告C站B场与G站区间及B场侧线的临时限速。当B场侧线或至G站区间存在限速时，TSRS B必须将限速拆分至TSRS A。

3.2.2 RBC设置设计

高铁A线路、B线路均为CTCS-3等级线路。因为C站存在两个场，就存在两个场分属一套RBC还是两套RBC的问题，这也是枢纽地区RBC设置的关键。枢纽地区RBC设置的数量主要是满足RBC的处理性能指标，决定RBC数量的两个指标是RBC控车数量和连接的联锁数量。RBC控车数量参照相关规范执行。

1）枢纽地区设置1套RBC

将高铁A线路的B站、C站A场、D站，高铁B线路的C站B场、G站纳入RBC2，考虑到A线路相邻RBC1和RBC3，B线路的相邻RBC4和RBC5，RBC2的相邻RBC为4个。枢纽地区设置1套RBC如图6所示。

图6 枢纽地区设置1套RBC示意图Fig.6 Setting the same RBC in a junction

枢纽地区设置1套RBC的优点是可以将RBC移交放置在正线区间，避免了短距离的RBC移交，但是缺点也很明显，一是RBC连接的相邻RBC数量多，不利于以后其他线路的引入；二是RBC故障后影响两条甚至更多条高铁线路，不利于日常维护。

若高铁A线路与B线路设置独立的CTC调度台和独立的TSRS，枢纽RBC2只能连接一个CTC和TSRS，将造成CTC调度台与TSRS间信息传递的复杂性。假设枢纽RBC2接入CTCA、TSRS A，CTCB要显示RBC2的信息，必须由CTCA复示至CTCB。因RBC2仅与TSRS A连接，RBC2控制的B线路临时限速命令必须由TSRS B传递至TSRS A，要实现此功能，TSRS B必须结合限速命令位置拆分至TSRS A，增加了复杂性。同时B场TCC与TSRS B连接，对于高铁B线路而言，将出现C2、C3系统的临时限速命令来源不一致。这种信息来源不一致不会影响功能性，但会造成系统的复杂度增加，不利于日常维护和故障处理。所以，工程设计如遇到此场景，一般应分设RBC。

2）分场独立设置RBC

分场独立设置RBC如图7所示。基于实际情况，重新划分高铁A、B线路的RBC管辖范围，将A线路的B站、C站A场、D站、E站纳入RBC2；高铁B线路的F站、C站B场、G站纳入RBC5。

A线路RBC2的相邻RBC1、RBC3和RBC5；B线路RBC5的相邻RBC4、RBC6和RBC2。RBC2和RBC5的相邻RBC为3个。

图7 分场独立设置RBC示意图场景一Fig.7 Scenario 1 of setting independent RBC in a junction with paralleled railways

分场设置RBC后，对于A、B线路RBC数量是否增加，要根据线路实际情况整体考虑，本节仅仅是示意为更好的描述。

若高铁A线路与B线路设置独立的CTC调度台和独立的TSRS，RBC2和RBC5分别连接各自线路的CTCA、TSRS A和CTCB、TSRS B设备。设备连接关系清晰，信息传递简单，设备故障不会影响另外一条线路的正线运行车辆，仅仅影响跨线运行车辆。

分场独立设置RBC时，RBC2与RBC5的移交点将在C站两边的联络线上，一般联络线线路长度都不会太长，会出现当办理B站-A站B场-D站通过进路时，RBC2移交顺序出现“1-2-1”移交，这种移交顺序是需要避免的。为解决不出现RBC的“1-2-1”移交，有如下几个解决方案。

a.分进路配置MA长度

在RBC2和RBC5中配置两种MA长度，即正线长MA长度和联络线短MA长度，RBC根据从联锁收到的进路信息决定使用正线长MA长度还是联络线短MA长度。当动车从A线路B站运行至B线路C站B场时，RBC2使用联络线短MA长度，这样保证对于同一动车仅存在RBC2与RBC5移交。MA长度的取值原则是保证过RBC2、RBC5移交点时列车速度不减速。因联络线线路速度远低于正线速度，故MA长度也远远短于正线MA长度。但该方案会造成RBC内部处理逻辑的复杂性大大增加。

b.延迟启动另一侧移交

因分进路配置MA长度方案RBC逻辑实现复杂，RBC内仍配置一种MA长度，当出现“1-2-1”的移交场景时，另一侧RBC5-RBC2的移交延迟启动，即在列车完成左侧RBC2-RBC5移交，完全由RBC5控车后，再启动另一侧RBC5-RBC2的移交。

只要RBC移交边界设置合理，因联络线速度低，延迟启用另一侧移交也不会造成列车过RBC移交边界时速度的降低。该方案RBC内部逻辑处理简单。

对于分场设置RBC的枢纽，假设A场与B场存在场联连接线，高铁A线路的动车可以通过该场联线运行至高铁B线路，但RBC2与RBC5的移交是无法在场联线实现。为了满足跨场运行，一般采用在进入与场联线衔接的股道先转C2等级，驶入正线后再转回至C3等级的方式。为尽量减少对其他进路的影响，等级转换信息通过有源应答器根据具体进路发送。这样虽然会造成整个枢纽地区控车等级不连贯，但因联络线线路速度相对较低，运输效率不受影响，在工程上有效解决短距离RBC无法移交的难题，整体考虑是可行的。