基于贯通运营的地铁延伸段信号系统设计及改造

2018-09-27陈光

城市轨道交通研究 2018年9期

关键词：正线信号机信号系统

陈光

(中铁第四勘察设计院集团有限公司，430063，武汉//助理工程师)

在城市轨道交通建设过程中，分段开通的线路在最终实现贯通运营时，常受到信号系统设备制式不统一的约束[1]。因此，延伸段信号系统与既有段信号系统的衔接是线路贯通运营需解决的难题。本文主要探讨一种适用于多数地铁延伸段的信号系统设计方案。

1 延伸段信号系统设计方案

在延伸段信号系统方案设计阶段，要先明确既有线设备配置情况，再据此确定贯通运营时的既有设备、改造设备和新增设备。一般线路的信号系统设备配置情况如图1所示。

图1 一般线路贯通运营时的信号系统设备配置情况

1.1 正线及轨旁设备配置

CBTC(基于通信的列车控制)系统的国际及国内规范和标准相对较少，各主要供应商对CBTC系统的研制和改进往往各自为营[2]，不同厂商的CBTC系统硬件和软件均无法通用。因此，建议延伸段的厂商及信号系统配置应与既有段保持一致，以便于贯通运营并节约成本。

(1) 集中站划分。影响联锁区的划分和设备集中站的设置主要因素是联锁设备对道岔转辙机、计轴设备和信号机的控制距离。既有段联锁区划分已经定型，且已投入运营。从设计角度和运营角度考虑，延伸段作为独立工程，需尽量减少与既有段的联锁接口。

(2) 区域控制器(ZC)配置。轨旁的ZC可接收其控制范围内列车发出的所有位置信息，并分配行车许可给其控制列车。ZC的配置需根据厂家设备性能来确定。例如，泰雷兹的ZC设备是在每1个集中站配置1套(包含MAU(移动授权单元)和PMI(微机联锁))；而卡斯柯的ZC设备则在1条线路上选择几个集中站设置，且配置位置主要根据线路长度及其管理的列车数量来确定。

(3) ATS(列车自动监控)工作站配置。ATS工作站与DCS(数据通信子系统)冗余连接，在ATS系统正常工作时，工作站显示线路全貌。在得到授权的情况下，集中站ATS工作站可控制所在区域的列车运营及进路排列等，并与中央ATS系统有相同的功能。在中央ATS系统故障时，集中站ATS工作站可用作本地控制，直接控制对应区域的列车运营及进路排列等。

1.2 后备信号系统

CBTC系统的降级及后备系统一般可采用联锁级后备系统或点式ATP(列车自动保护)级后备系统两种方式。

联锁级降级信号系统是以联锁功能为基础。当车载设备故障或未装备车载设备的工程车在线运行时，联锁设备以站间闭塞方式控制车站的出发信号机。司机依据信号显示以限制人工驾驶模式或非限制人工驾驶模式驾驶列车自该站运行至下一站。

点式ATP级降级及后备信号系统是在联锁级的基础上增加点式地面ATP设备和车载ATP设备。可实现列车超速防护、闯红灯防护及精确停车等。部分品牌的产品可实现ATO(列车自动驾驶)。

建议延伸段的后备信号系统方案与既有段保持一致，并应满足当地运营需求及降级运营条件。在后备模式下，可适当引入新技术,并确保这不影响既有线正常运行。例如，泰雷兹的后备PSD(站台屏蔽门)无线控制子系统就是如此。

1.3 场段信号设备配置

(1) 独立计算机联锁控制方案。停车场或车辆段简称“场段”，其配置的计算机联锁系统与正线信号系统相对独立，能单独控制场段内的列车作业和调车作业，在与正线相衔接部分采用安全继电接口设计，可完成列车的进出场控制。该方案在场段内设置ATS工作站，并将场段纳入正线ATS监督。

(2) 正线ATC(列车自动控制)一体化方案。将场段纳入ATC监控，并将场段的列车作业监控与正线ATS一体化设计。场段除设置联锁设备外，还设置一定的ATP设备。场段列调车作业具备ATP功能。

方案的选择需根据既有段建设情况及城市地铁建设需求进行综合考虑。如线路为FAO(全自动无人驾驶)线路，则场段建设需采取ATC一体化设计方案，满足全线全自动驾驶功能，如既有段已建立1座车辆段，则延伸段停车场建设需与该车辆段保持一致。延伸段列车空闲检测设备选择计轴设备还是轨道电路，需与既有段保持一致，便于维护和资源共享。

1.4 综合维护及培训系统

1条线路在先期的建设过程中，通常会建设维护系统及培训系统。

在其延伸段的建设过程中，应尽量利用既有设备来实现延伸段功能，从而减少投资、节省资源。延伸段可利用既有段的试车线来完成试车任务；可对培训系统和维护系统进行扩容改造，以满足全线的培训和维护任务需求。全线贯通运营时，控制中心的行车调度终端需根据全线里程数及与行车专业进行沟通，从而确定是否新增行车调度终端，还需对全线显示界面重新划分和更新。

1.5 基础信号设备配置

基础信号设备配置主要包括信号机灯光显示、信号机光源、电源系统及转辙机的配置。延伸段的信号机灯光显示需与既有段保持一致，符合现场运营人员的工作习惯；信号机光源可在满足系统兼容性的前提下，采用较先进的信号机光源；延伸段电源系统配置可与既有段不一致，并根据用电需求和可靠性需求进行适当调整，可采用当前先进的可靠技术；延伸段场段以及正线的转辙机配置需同既有段保持一致，便于维护资源共享。

2 延伸段信号系统的改造与实施

2.1 中央ATS设备改造方案

控制中心设置了ATS子系统的核心设备，主要包括：ATS服务器(主/热备配置)、数据库服务器(主/热备配置)、数据备份服务器、数据记录仪、调度工作站、中央联锁工作站、ATS维护工作站、时刻表编辑工作站、记录与回放工作站、彩色激光打印机，以及与网络时钟、无线通信系统、PAS(有线广播系统)、PIS(乘客信息系统)、ISCS(综合监控系统)、通信传输系统、SCADA(监控和数据采集)系统、大屏等系统的接口服务器。

ATS子系统系统具备管理长线路和多车的能力，并可支持线路的延伸。在延伸段建设过程中，首先，要明确既有段ATS系统是否预留了延伸段的扩展容量。如已预留了容量，则延伸段无需单独配置ATS核心设备，仅需对既有段ATS核心设备进行软件扩容改造，即可实现延伸段的ATS中心功能。扩容改造可采用在夜间非运营时间实施并调试的方案。

2.2 联锁接口改造方案

联锁接口改造主要在既有段与延伸段的既有交界车站处。在改造方案中需要注意以下几点：

(1) 正线及配线信号机应根据运营条件取消封灯。

(2) 增加改造信号机的驱动采集板卡、继电电路、室外控制线缆、发光盘及灯丝报警采集器。

(3) 增加相应的计轴设备。

(4) 对集中站联锁主机进行扩容，增加相应的进路控制，并对显示界面进行更新。

(5) 对相邻ZC控制器进行软件升级改造。

2.3 DCS传输方案

DCS包括有线传输装置、无线传输装置及网络管理装置

(1) 有线传输装置。有线传输装置确保轨旁设备之间的通信，其网络分为ATP/ATO骨干网和ATS骨干网。在延伸段的建设过程中，需拆开既有段的尽头节点，加入延伸段网络。节点划分要与既有段保持一致。

(2) DCS无线传输装置。无线传输装置确保车-地之间的通信。延伸段无线传输装置的配置方式应与既有段保持一致，可根据既有段运行情况，调整AP(无线接入点)布置方案，以进一步优化场强覆盖，减少既有段无线传输的遗留问题。

(3) 网络管理装置。网络管理装置负责对DCS网络设备的管理和维护。在延伸段的建设过程中，需确认既有段网络管理系统是否预留了延伸段使用余量。如有预留，则仅需对网络管理装置进行扩容升级，即可满足延伸段的使用需求。

2.4 车载设备配置及改造方案

延伸段与既有段贯通运营后，延伸段的列车将进入既有段运行，既有段列车也将进入延伸段运行。因此，除新配属列车需配置完整的车载信号设备外，还需对既有段配属列车的车载控制器进行数据库的扩容改造及车地联调，使其能在延伸段正常运营。此外，延伸段配属列车还需在夜间非运营时段在既有段进行车地联调，使其能在既有段正常运营。