CTCS-3级列控系统在海外高铁项目的应用探讨

2021-10-04全宏宇

铁路通信信号工程技术 2021年9期

全宏宇

(中铁第四勘察设计院集团有限公司，武汉 430063)

中国高速铁路列控系统经过近十几年来的快速发展，逐步构建了成熟完备的列控系统技术体系。

CTCS-3 级列控系统满足最高运行速度350 km/h、追踪间隔3 min 的运行需求，保证了列车运行安全，提高了列车运行效率。CTCS-3 级列控系统基于GSM-R 无线通信实现车地信息双向传输，无线闭塞中心（RBC）生成行车许可，轨道电路实现列车占用检查，应答器实现列车定位，同时以CTCS-2 级列车运行控制系统为后备系统[1]。CTCS-3 级列控系统及接口示意如图1 所示。

图1 CTCS-3级列控系统及接口Fig.1 CTCS-3 train control system and interfaces

随着中国铁路“走出去”和“一带一路”倡议的不断推进，中国企业积极参与海外高速铁路建设项目，为CTCS-3 级列控系统“走出去”提供了机遇。由于海外高速铁路项目与国内项目存在一定的差异，因此有必要对CTCS-3 级列控系统在海外高铁项目的应用进行探讨。首先分析CTCS-3 级列控系统在海外项目的应用场景，然后对CTCS-3 级列控系统海外项目应用的相关技术标准的符合性进行分析，最后提出CTCS-3 级列控系统海外应用的技术方案优化建议。

1 CTCS-3级列控系统在海外项目的应用场景

1.1 海外铁路项目类型及特点

按铁路建设项目性质分类，海外高铁项目可以分为独立新建线、新建线与既有线接轨、既有线改造3 种情形。其中独立新建线路项目较少，以新建线路与既有线路接轨和既有线改造项目为主。当CTCS-3 级列控系统运用于海外高铁项目时，则存在以下应用场景。

1）对于独立新建线，当新建线路采用CTCS-3级列控系统，可以不考虑与既有线路当地列控系统的互联互通问题。

2）对于新建线与既有线接轨，当新建线采用CTCS-3 级列控系统，需考虑新建线CTCS-3 级列控系统与既有线的列控系统的互联互通问题。

3）对于既有线改造，当采用CTCS-3 级列控系统，需考虑既有列控系统替换为CTCS-3 级列控系统的过渡方案。在既有线改造过程中，存在两种列控系统同时存在的情形，需要减少两种列控系统设备之间的空间冲突、互相干扰等。

与国内高铁项目相比，海外高铁项目一般具有速度等级相对较低、行车密度较小、运营维护人员配置较少的特点。

1.2 CTCS-3列控系统应用速度等级选取

根据《铁路信号设计规范》，国内项目运营速度250 km/h 以上采用CTCS-3 级列控系统，运营速度250 km/h 一般采用CTCS-2 级列控系统，也可以采用CTCS-3 级列控系统[2]。

由于基于无线传输行车许可的列控系统比基于轨道电路和应答器传输行车许可的列控系统轨旁设备少，因此当CTCS-3 级列控系统在海外项目应用时，可以根据海外项目的特点适当扩大其应用范围：运营速度200 km/h 及以上一般推荐采用CTCS-3级列控系统；对于部分运营速度160 km/h 铁路，也可以采用CTCS-3 级列控系统。

2 CTCS-3级列控系统技术标准符合性分析

CTCS-3 级列控系统在海外项目应用，首先要解决的是技术标准的符合性问题，下面从设备标准和应用标准两个部分分别进行分析[3]。

2.1 设备通用标准

列控系统设备通用标准可以分为环境条件、电磁兼容、RAMS、防雷接地等。海外项目的设备标准一般为EN 和IEC 标准，如表1 所示。

表1 海外项目列控系统设备通用标准Tab.1 General standards of the equipment of train control system for overseas projects

CTCS-3 级列控系统设备的电磁兼容、RAMS、防雷接地标准与IEC、EN 国际标准对应，环境条件、防雷接地标准结合了国内经验，参考和引用了EN、IEC 国际标准，CTCS-3 级列控系统设备在设备通用标准方面与海外项目是接轨的。

由于海外项目涵盖的范围广，不同地区的环境差异较大。因此，CTCS-3 级列控系统设备通用标准需根据通用国际标准条款以及具体的海外项目要求进行差异比较和针对性调整，以提升CTCS-3 级列控系统设备在海外项目的适应性[4]。

2.2 应用标准

CTCS-3 级列控系统在海外项目应用时，列控系统设备应用标准需考虑与其他信号应用标准的匹配。

海外信号系统的应用标准一般与国内不同，在联锁控制原理、信号显示方面存在差异，其中英国、德国、美国的3 种联锁控制原理和信号显示是最具有代表性的标准制式。CTCS-3 级列控系统在海外项目应用时，应与当地信号系统的制式兼容，满足当地应用标准要求。

另外，ETCS TSI 是欧盟针对铁路运输的互联互通性技术规范，进入欧盟国家的铁路产品须取得 TSI 认证。目前ETCS TSI 技术规范也得到了欧盟以外的一些地区认可，因此CTCS-3 级列控系统在海外项目的应用特别是欧盟地区的海外项目需要满足ETCS TSI 互联互通性技术规范，取得相应的认证[5]。

3 CTCS-3级列控系统针对海外项目应用的技术方案优化建议

CTCS-3 级列控系统在海外项目应用时，可以根据海外项目的特点对技术方案进行一定的适应性优化。

3.1 后备系统

根据CTCS-3 级列控系统总体技术规范要求，为满足跨线运行的要求，CTCS-3 级列控系统采用CTCS-2 作为后备系统，无线连接丢失后，列车制动降速后自动采用CTCS-2 级列控系统运行。

同时，CTCS-3 级列控系统可以对行车许可的安全校核，CTCS-3 控制模块将来自RBC 的行车许可长度与从CTCS-2 控制模块当前接收到的轨道电路码序对应的轨道区段行车许可长度进行比较，取较小值作为列车当前的行车许可。

在海外高铁项目中，一般不存在装备CTCS-2级列控系统车载设备的列车跨线运行的场景。如果CTCS-3 级列控系统应用到海外项目中，建议CTCS-3 级列控系统可以根据项目需求选择是否配置CTCS-2 级后备系统。CTCS-3 级列控系统如果不配置后备系统，则可以在现有的CTCS-3 级列控系统基础上减少车站、中继站列控中心（TCC）设备，有源应答器及配套轨旁电子单元（LEU）设备等，如图2 所示，以降低工程投资。

图2 CTCS-3级列控系统组成（不以CTCS-2级列控系统作为后备系统情形）Fig.2 Composition of CTCS-3 train control system(without CTCS-2 train control system as the backup system)

3.2 列车占用检查

根据CTCS-3 级列控系统总体技术规范，CTCS-3 级列控系统统一采用轨道电路实现列车占用检查方式。目前，在海外高铁项目中，轨道电路或计轴设备是两种最常用的方式。

轨道电路与计轴设备各自具备优势和缺点，下面从区段长度、可靠性、可维护性等方面对轨道电路和计轴两种设备进行综合比较，比较结果如表2所示。

表2 轨道电路和计轴设备比较Tab.2 Comparison between track circuit and axle counting equipment

可以看出，如果不通过轨道电路传输行车许可以及断轨检查，计轴设备具有以下优点：

1）区段长度不受限制；

2）受洪水、轨道条件影响较小；

3）轨旁设备少，能源消耗小，成本较轨道电路低。

4）同时，在既有改造中对既有设备的冲突和干扰较小。

因此，在海外高铁项目中，当CTCS-3 级列控系统不以CTCS-2 级列控系统为后备时，建议CTCS-3 级列控系统将计轴设备作为列车占用检查可选方式之一。

3.3 设备集中设置于室内与轨旁分散安装方式

根据目前国内的CTCS-3 级列控系统设备特点，CTCS-3 级列控系统设备机柜一般集中设置于室内，室内设备与轨旁设备均通过电缆进行连接，室内设备与室外设备接口以继电器居多[6]。设备集中放置于室内，使得设备具有较好的工作环境，同时方便集中维护管理。

在海外高铁项目中，一般在轨旁控制对象的区域集中设置轨旁控制箱，轨旁控制箱与室内机房采用光纤网络进行通信。列控系统设备支持设备分布于轨旁的安装方式，且以全电子接口代替继电接口，大大减少了设备房屋空间，减少电缆使用量。一方面为施工提供了便利，另一方面降低了工程投资成本。

因此建议CTCS-3 级列控系统及信号设备在现有室内集中为主的基础上，增加设备分散于轨旁安装方式，以适应海外项目的应用多样性的要求，如图3 所示。

图3 列控系统设备集中安装于室内和分散安装于轨旁两种方式Fig.3 Diagrams of two methods of installation of the equipment of the train control system:indoor centralized installation and trackside decentralized installation