京津城际铁路信号系统升级改造技术

王 勇，李东亮，朱文平

(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；3．中国铁路北京局集团有限公司，北京 100860)

1 项目概述

1.1 线路概况

京津城际铁路为连接北京、天津两大直辖市的客运通道，起点为北京南城际场，终点为天津城际场，与京沪高铁、津秦客专、京津城际延伸线连接，正线全长约118.3 km。全线共设5 个车站、1 个线路所、5 个中继站，其中北京南城际场和天津城际场为端站，亦庄站、永乐站和武清站为中间站，08中继站、34 中继站、58 中继站、73 中继站和94 中继站；线路通过北京南城际场与京沪高铁衔接，经动走线连接至北京动车段；通过南仓线路所经城际联线路所与京沪高铁天津西城际场衔接；通过天津城际场与天津津秦场间的联络道岔与津秦客专衔接，正线与京津城际延伸线连接。

1.2 既有现状

京津城际铁路采用CTCS-3D 列控系统，主要包含西门子股份公司的TrainGuard 型和国内CTCS-2 等级列控设备，系统满足ETCS-1 级动车组、CTCS-2 级动车组和后备CTCS-2 级的CTCS-3级动车组运行。信号系统由运输调度指挥系统、列车运行控制系统、车站联锁系统等系统组成。

1）运输调度指挥系统

调度集中系统由VICOS CTC 系统和国内的CTC 协议转换器组成，VICOS CTC 系统完成调度集中系统的主要功能，CTC 协议转换器用作VICOS CTC 系统通信协议与中国标准通信协议之间的转换。

2）列车运行控制系统

CTCS-3D 列控系统包括ETCS-1 级和CTCS-2级列控系统，两系统共用联锁设备、应答器、轨道电路、通用现场单元控制器（MSTT）等设备。

ETCS-1 级列控系统与CTCS-2 级列控系统的主要差异为地面系统为车载设备提供运行许可（目标距离、目标速度）信息途径不同：ETCS-1 级列控系统是通过在每个闭塞分区入口处设置有源应答器向列车传送[ETCS-12]包报文，以点式传送的形式实现；CTCS-2 级列控系统是通过轨道电路连续向列车传送列车运行前方空闲闭塞分区数量，同时通过应答器以[CTCS-2]包报文的形式提供各闭塞分区长度，再由车载设备实时计算出与ETCS-1 级列控系统[ETCS-12]包报文等效的运行许可信息，两系统其余工作是基本相同的。

3）车站联锁系统

联锁系统包括Simis W 联锁设备和国产DS6-K5B 联锁设备。两端站采用国产DS6-K5B 联锁设备，中间站和线路所采用Simis W 联锁设备，中继站采用区域控制计算机（ACC）。

4）其他系统

全线采用TJWX-2006 型信号集中监测系统，由综合维修中心系统、车站系统和中继站系统组成。

两端站采用国产智能电源屏（含UPS），中间站、线路所和中继站采用西门子公司的电源屏和UPS 不间断电源。

信号系统网络由列控中心与DS6-K5B 联锁系统构成的125 M LAN 数据网、Simis W 联锁总线、CTC 数据通信以太网、监测数据通信以太网构成，实现联锁、列控、CTC、监测系统及系统间的安全数据通信和非安全数据通信。

2 必要性研究

按照中国国家铁路集团有限公司关于京津城际铁路标准线建设的部署要求，以及随着京沪高铁、津秦客专和京津城际延伸线等线路的开通运营，早期建设的京津城际铁路信号系统在互联互通、维修维护等方面暴露出其短板，主要问题如下。

1）当前信号制式对互联互通形成制约

既有列控系统采用ETCS-1 级叠加CTCS-2级列控系统，跨线动车组和在本线运行的装备CTCS-3 级车载设备的动车组只能降级为CTCS-2级，才能在京津城际铁路上运行。

2）维修维护成本逐年递增

自2008 年开通运营以来，随着电子设备使用时间的增长，其故障率呈逐年递增趋势；由于ETCS-1 级列控设备为西门子股份公司设备，其每年的维修维护成本不菲且呈逐年递增趋势，同时部分设备也已经停产，备品备件的供应也受到制约。

3）改造升级受外方制约

由于西门子股份公司对京津城际铁路ETCS-1级列控系统未进行技术转让，历次升级和接口改造的方案、费用、工期均受外方制约。

4）固有缺陷无法得到解决，影响行车组织管理

既有行车指挥系统采用西门子股份公司的CTC设备，与京津城际延伸线、津秦客专等线路CTC 系统存在接口限制，导致调度命令、运行图调整等双向传输功能无法在系统层面实现，以及列车晚点时不能自动触发进路等问题，因此给行车组织管理带来相当大的困难。同时元素封锁、LEU 瞬间报警等问题已成为惯性问题。

综上所述，结合标准线建设对京津城际铁路信号系统进行的技术改造，可以克服固有缺陷，有利于实现与其他接轨线路的互联互通、减少维修维护成本、改善动车组运行条件、提高改造的自主性。

3 技术方案

京津城际铁路既有采用西门子股份公司CTC 系统设备和ETCS-1 级叠加CTCS-2 级列控系统，相邻线路均为CTCS-3 级列控系统，为实现行车组织的统一管理和不同动车组在相邻线路互联互通运行等需求，需在现有信号设备基础上升级改造为国产CTCS-3 级列控系统。

3.1 运输调度指挥系统

京津城际铁路采用国内标准的调度集中系统（CTC），全线各车站和区间纳入已建成的京津城际延伸线调度台统一管理，在北京局调度所内通过局接口服务器与其他线路或系统进行信息交互，京津城际延伸线调度台进行配套修改。

在各车站和线路所新设国内标准的CTC 车站分机（3.0）及通信质量监督设备和网络安全设备（2.0），相邻车站CTC 站机配套修改。

3.2 列车运行控制系统

信号系统升级改造为CTCS-3 级列控系统。其中京津城际铁路正线改造为CTCS-3 级列控系统；北京南城际场至北京动车段间动走线改造为国内标准CTCS-2 级列控系统；天津城际场至天津津秦场间维持既有CTCS-2 级列控系统；京津城际铁路经南仓线路所和城际联线路所至天津西城际场维持CTCS-2 级列控系统，在联络线增加级间转换点。

1）新设置1 套RBC 设备，与京津城际延伸线RBC 设备实现互联互通，实现京津城际铁路正线（北京南城际场（不含）—天津城际场）CTCS-3 级列控系统功能，其他相关RBC 设备配套修改。

2）不单独设置TSRS 设备，延长京津城际延伸线TSRS 设备临时限速管辖范围，管辖北京南城际场—天津城际场—于家堡站段线路临时限速，仅进行接入修改。

3）仅天津城际场的TCC 设备和安全数据网设备利旧改造，其余车站、线路所和中继站分别新设满足国内现行标准的TCC 设备和安全数据网设备，相关车站TCC 设备配套修改。不单独设置网管系统，由京津城际延伸线的线路EMS 网管服务器统一管理，仅考虑本线接入引起的适应性修改。

4）按《CTCS-3 级列控系统应答器应用原则》要求重新布置应答器和敷设有源应答器电缆，拆除既有应答器；应答器组设置冰雪击打防护装置。新设LEU 设备，并在线路所设置大号码道岔室外LEU 设备。

区间轨道电路改造方案如下。

1）全线闭塞分区划分不变。

2）区间轨道区段的划分、横向连接维持既有不变。

3）区间ZPW-2000A 移频轨道电路室外设备及电缆利旧，新设轨道电路室内设备。

4）拆除既有带灯停车标SMB，在动走线设置矮型区间通过信号机，正线设置区间信号标志牌。

3.3 车站联锁系统

中间站和线路所均新设硬件安全冗余结构的计算机联锁系统；两端站利用既有计算机联锁设备改造，并增加以太网接口板，实现与RBC 设备和邻站联锁设备接口；相关车站联锁设备配套修改。

所有车站原位置更换列车信号机及其信号电缆。

道岔转辙设备改造方案如下。

1）中间站和线路所更换与既有安装装置配套的同类型的道岔转辙机，并新敷设转辙机用电缆和新设室内道岔转辙机控制电路组合。两端站道岔转辙设备的室内外设备及电缆利旧。

2）既有道岔转辙机安装装置、外锁闭装置和密贴检查器利旧。

3）道岔融雪设备利旧。

4）拆除既有下拉装置。

站内轨道电路改造方案如下。

1）站内轨道区段的划分维持既有不变。

2）站内轨道电路室外设备及其电缆利旧。

3）新设北京南城际场、中间站和线路所的站内ZPW-2000A 移频轨道电路室内设备，其余区段和车站的站内轨道电路室内设备利旧。

4）站内股道的轨道电路采用绝缘破损信号越区干扰防护措施。

3.4 其他信号系统

全线车站、线路所和中继站新设信号集中监测站机设备，纳入既有北京电务段和天津电务段信号集中监测总机系统，相关车站监测设备配套修改。

两端站利用既有智能电源屏设备进行扩容改造，中间站、线路所和中继站均新设国内标准的智能电源屏（含UPS），新设RBC 设备用智能电源屏（含UPS）。

4 施工组织

京津城际铁路信号系统改造范围广、衔接线路多、影响面大，且改造前后信号系统不完全兼容、不具备回退条件，通过对改造范围、改造影响、改造步骤、保障措施及改造后的系统验证等工作进行系统的研究，遵循“整体设计，系统建设，优质高效，一次建成”的建设方针，贯彻“统筹安排、科学组织，控制重点、分段展开，均衡生产、有序推进”的组织原则，全线以室外电缆敷设、室外设备安装、动态检测为建设的关键线路，制定合理可行的施工组织方案，确保每一步改造工作正确、可行、可控、可靠。

1）总体原则

在既有运营高速铁路上施工，需在天窗点时间内实施，并且天窗点施工之后，应保证动车组列车正常运行，施工内容主要有沿线区间光缆和电缆敷设、室外箱盒和基础安装、室外信号机和基础安装等作业，需要施工场地较大、施工人员较多、施工机具较多，因此重点要加强施工作业现场的施工组织，避免超范围施工和现场施工材料侵限等问题。

2）重点卡控

列控工程数据表是列控系统设备（列控中心、临时限速服务器、无线闭塞中心和应答器等）软件编制的基础，在“大天窗”前后信号系统不完全兼容、不具备回退条件，因此在列控工程数据编制前，需各部门对列控基础数据进行多次，并且采用不同措施进行测量和验证，保证列控数据准确性。

3）人员组织

由于工期安排因素，不同工种可能在同一时间、同一区域进行交叉作业，需统一总体协调。

4）应急处理

为降低现场各类不利因素造成的施工延时，须制定应急预案，以保证准确、迅速地恢复设备正常使用，减少对铁路运输生产的影响。

5 动态检测

京津城际铁路信号改造范围大、涉及设备多、改造方案复杂，需根据改造方案的内容进行针对性、有效性、高效性动态测试。信号系统测试方案分为4 个阶段。

第一阶段：北京南枢纽和天津枢纽列控系统功能测试。

本阶段仅验证北京南枢纽和天津枢纽CTCS-2级列控系统功能，以及京沪高铁、津秦客专相关影响范围的列控系统功能测试。

测试方案：测试工作在夜间常规天窗点进行，天窗时间扣除列控软件升级和回退时间后剩约180 min 左右，测试序列要充分考虑测试效率，测试动车组安排需在考虑安全和互不干扰的情况下尽量多摆放。

测试范围如下。

1）北京南城际场1～7 股道至ST、STN 进站信号机和SL6 进路信号机所有接发车基本进路；北京南高速场至SL6 信号机接发车基本进路（抽测）的CTCS-2 级列控系统功能（不含临时限速）进行测试。

2）对天津城际场I1～I7股道所有接发车及通过基本进路的CTCS-2 级列控系统功能（不含临时限速）进行测试。

3）对京沪高铁RBC2、京沪高铁TSRS1、津秦客专RBC1 的影响范围内的CTCS-2 级列控系统功能进行测试。

第二阶段：线路封锁、设备倒替、功能试验后全线CTCS-2 级列控系统功能测试。

本阶段是京津城际铁路列控系统改造的核心阶段，对全线进行CTCS-2 级列控系统功能检测。

测试方案：在“大天窗”时间内，完成室内外信号设备施工、全线信号设备静态试验、系统集成商SCT 测试和全线动态检测。将改造内容划分为影响开通和不影响开通的测试内容，影响开通的测试内容必须完成（如正向运行测试），不影响开通的测试内容根据现场情况有条件进行测试（如反向运行可在“大天窗”后的常规天窗点进行测试）。

测试范围如下。

1）京津城际铁路至京津城际延伸线CTCS-2 级正向贯通：北京南城际场至军粮城北城际场。

2）京津城际铁路正线车站：武清站侧线正向接发车及临时限速测试。

3）京津城际铁路至京津城际延伸线正向TSRS测试：北京南城际场至于家堡站。

4）南仓城际高速联络线：南仓线路所至天津西城际场。

5）津秦连接渡线：天津城际场至天津津秦场。

6）北京南普速场24 股道测试。

第三阶段：京津城际铁路至京津城际延伸线正线、南仓城际高速联络线、津秦连接渡线等CTCS-3 级列控系统功能测试。

测试方案：在常规天窗点对正线及衔接线路的CTCS-3 级列控系统功能进行动态检测及场景试验。

测试范围如下。

1）京津城际铁路至京津城际延伸线CTCS-3 贯通：北京南城际场至于家堡。

2）京津城际铁路正线车站：北京南城际场、亦庄站、永乐站、武清站、天津城际场。

3）京津城际铁路至京津城际延伸线TSRS 测试：北京南城际场至于家堡站。

4）津秦连接渡线：天津城际场至天津津秦场。

5）各站反向进站RBC 呼叫信息验证。

第四阶段：北京动车段、动车走行线、北京南高速场和城际场配套修改的功能测试。

测试方案：鉴于北京动车段股道多、对应天窗时间短、测试工作组织较难等特点，通过对厂家软件变更说明和厂家自测说明充分分析及研究，按照抽测的方式进行测试，若在抽测过程中发现问题，进一步扩大抽测范围或改为全面测试。

测试范围如下。

1）北京动车段I 场影响范围测试。

2）北京动车走行线：北京动车段I 场至北京南高速场。

3）北京南城际场影响范围测试。

4）北京南高速场影响范围测试。

5）京沪高铁RBC1 影响范围测试。

6 结束语

京津城际铁路是国内第一条时速350 km 列控系统升级改造的高速铁路，在既有无成熟经验可循的情况下，通过研究京津城际铁路既有信号系统现状和存在的问题，提出信号系统技术方案、施工组织原则和动态验证测试技术，有力支撑京津城际铁路标准线建设，形成信号系统升级改造的成套技术也对我国高速铁路列控系统更新改造具有借鉴意义。