基于点连式ATP 的中低速磁悬浮信号处理

2022-04-28邹国卿

大科技 2022年15期

邹国卿

（中铁十一局集团电务工程有限公司，湖北武汉 430074）

0 引言

磁悬浮技术主要是依靠磁力克服重力，让物体保持悬浮状态额定技术。现阶段我国磁悬浮列车主要依靠磁悬浮力推动列车，运行期间在没有产生接触的磁力支撑、磁力导向下，构成轨道交通系统。结合本工程施工概况，采用点连式ATP 磁悬浮信号处理方式，实现对信号系统的成功改造。

1 工程概况

长沙磁浮快线工程，线路全长18.255km，于2016年5 月6 日开通试运营。设计最高速度100km/h，车站3 座，分别为长沙南站、榔梨站和黄花机场站。本次磁浮信号提速升级改造工程包括：1 座控制中心升级改造；3座正线车站升级改造；既有线改造接入引起的相关设备调整及改造。提速至140km/h 信号改造方案中，对于轨旁信号设备，需新增9 个填充应答器，敷设相应的应答器电缆；对于区间所信号设备，需在区间所一LEU 机柜新增模块。此外还包含配合系统调试工作，同时需配合铁科完成升级改造过程中涉及的新增设备自身功能调试。项目严格依据《城市轨道交通信号工程施工质量验收规范》（GB 50578—2010）、《铁路信号故障－安全原则》（TB/T 2615—1994）、《时速140 公里磁浮交通工程施工及验收暂行规定》进行信号提速升级改造[1]。

2 信号系统简介

信号系统按照系统基本可以划分为ATS 子系统、ATP 子系统、DCS 子系统、联锁子系统以及集中监测子系统等部分，按照地域划分可以分为控制中心设备、车站轨旁设备、车载设备、车辆段设备等部分。

3 中低速磁悬浮信号处理方法

3.1 室内外设备安装施工

对于室外设备的安装与施工，最主要的是电缆的敷设，经过现场测量和电缆运输，在施工现场完成电缆敷设与防护工作，依据设计文件绘制电缆径路图，测量电缆长度，标出需要防护的地点，科学设计防护方案，确保3km 之内的电缆中间不会发生接续情况。在电缆敷设与防护工作中，按照施工计划组织施工，结合工期与周围环境条件，设一位负责人和两位技术人员，材料卸车之后，在疏散平台固定滑轮，开始敷设电缆，要求线缆盘处于支架中央位置，从上部放出电缆，随后做好绑扎工作，相隔3m 的位置需要绑扎钢扎带，同时避免电缆交叉绑扎。完成上述操作后，需要对电缆进行电气特性检查，采用1000V 兆欧表查看芯线导通情况。箱盒安装与电缆配线时，轨旁箱盒以电缆终端盒为主，采用SMC 新型复合材料，按照电缆导通测试、电缆做头、灌胶、电缆配线、芯线整理的施工顺序完成安装和配线施工。最后部分需要安装应答器，采取支架安装方式，将应答器安装在工型轨间，安装时保持平稳[2]。

对于室内设备的安装与施工，首先为室内设备间的配线与电缆引入施工。要求施工人员做好电缆引入口的封堵施工，以达到防火和防鼠要求，保证电缆排列整齐，在制定的位置盘好，引入电缆柜的时候不能存在任何硬弯和背扣情况。严禁将电缆外部的护套剥除，做好电缆去向标识工作，保证室内设备安装合理，完成配线与电缆的引入施工，为后期各项设备的安装奠定基础。

3.2 既有应答器更换

本项目中，信号工程施工有6 个有源应答器更换既有无源应答器，下轨行区时需佩戴安全带，拆除既有应答器后，安装新的应答器之前刷入默认报文，安装后对于接续盒位置需拆除尾缆线，安装接续线，测试新装有源应答器红灯报文。随后拆除新线，恢复既有线，测试相应既有有源应答器的红灯报文。对于无源应答器更换成既有有源应答器的部分，应在有源应答器安装与调试工作完成后再更换，拆除尾缆之后需要安装箱盒挡板，避免内部进入灰尘，防止内部潮湿，最后安装无源应答器，刷入默认报文即可。应答器IBX0315 轨旁倒线5.10 安装，应答器默认报文为新FB0379 报文，操作步骤如下：①从轨旁电缆盒处断开旧IBX0315 电缆→修改旧应答器默认报文为新FB0379 报文→读取、验证新FB0379 报文正确。②安装新IBX0315→未接线缆时验证报文为无效报文→将新应答器电缆连接到轨旁电缆盒对应端子上。③测量检验并记录新IBX0315的安装高度。④测试、验证新IBX0315 红灯报文的正确性。⑤倒切线缆断新接旧，测试、验证旧IBX0315 红灯报文的正确性。

3.3 信号系统工程施工

3.3.1 系统构成

信号系统的具体构成情况如下：①ATS 系统，这是列车运行监控系统的简称，指的是中央行车指挥系统对列车运行进行集中监控，同时可对列车进路展开自动设置，旨在提升铁路运营管理水平，降低人员工作强度，提高服务水平与工作效率。②ATP 系统，这是列车行车安全保障设备，能够对列车运行过程中的超速情况做好安全防护，防止因人为误操作而造成行车危险。③联锁系统，该系统内包含较多联锁设备，可保证正线道岔、信号机以及轨道区段间保持可靠的联锁关系，加强对列车信号系统的进路控制，该系统属于安全设备。④集中监测系统，通过对全线路车站与轨旁设备、车载设备、通信设备展开实时监测，了解各部分设备的工作状态与故障情况，针对故障问题进行故障报警，保证信号系统运行稳定，为信号系统的状态修提供可靠条件。⑤DOS 系统，这是数据通信系统的简称，一般是指宽带通信系统，其中包含三个列车控制系统，即列车中央控制室、轨旁系统与车载系统沿线地面设备数据交换。⑥培训系统，可用于对铁路信号运维人员进行培训，使信号维护人员了解ATC 系统的主要功能，掌握设备性能和工作原理，做好故障识别与处理工作，确保列车磁悬浮系统的日常运营。⑦ATO 系统，即列车自动驾驶功能系统。ATO 系统可以在ATS 监控范围的入口及各站停车区域进行车—地通信，将列车的有关信息传送至ATS 系统，以便于ATS 系统更好的对在线列车进行监控。系统可自动完成对列车的启动、牵引、制动的控制，便于以较高的速度进行追踪和折返作业，来确保达到旅行速度。此外，ATO 自动驾驶时可以实现车站站台定点停车控制、舒适度控制及节省能源控制。

3.3.2 接口技术

高铁站和车辆段联锁系统接口处，应按照站间联系方式进行设计，采用以太网通信接口方式。车辆段采用全调车进路，出段调车进路可以以不同进路终端的按钮识别进路性质，在D1 为终端的进路下进行段内调车进路，X0153 终端进路成为出段调车进路后，需要做好迎面进路找茬，与此同时需出发正线接车进路。

信号和屏蔽门系统之间的接口设计要点如下：①信号处于点连式运行级别时，信号系统负责对屏蔽门的开关进行控制，同时依据屏蔽门工作状态进行列车进出站运行的有效控制。②屏蔽门输出关闭状态与锁定状态给信号，信号向屏蔽门输出开门与关门的命令。但是在特殊状态下，屏蔽门可以处于互锁解除的工作状态，即取消和信号系统的联锁关系，以保证列车信号系统正常运行。③信号和屏蔽门之间的系统接口采用了继电电路的接口方式，信号系统需要负责设备室到屏蔽门之间接口线缆的连接与敷设，同时需要得到屏蔽门的有效配合。

信号与IBP 即综合后备盘之间的接口设计，BAS系统在IBP 盘上需要为信号系统的运行提供紧急停车与恢复、计轴复位按钮，采用硬线接口方式，分界点主要位于IBP 盘配线端子排。该接口设计下，信号系统需要负责信号设备室到IBP 盘接口线缆的铺设与连接工作，同时需要得到IBP 系统的有效配合。

关于信号和道岔系统之间的接口设计，相应设计要点大致如下：①信号系统和道岔系统主要在继电接口下实现对道岔系统的转辙控制，具有模式转换功能，集中监控与道岔系统采用RS485 的接口方式，主要负责对道岔系统的运行故障信息进行监测。②道岔系统的控制模式主要有联锁集中控制、现地控制、强控制三种模式。③道岔接口电路的正常运行需要满足相应技术条件：首先，道岔区段有车或者区段锁闭时不能转换；进路处于锁闭工作状态时不能转换；启动电路之后，如果因故障转辙电机未动，应启动电路并停止工作，将其复原。其次，联锁系统能够进行人工单操作道岔，使其回转，转换完成后，需要将电机电源切断。最后，进入现地控制模式之后，在没有工作人员操作下，值班人员不能单方面撤销该控制模式；强控模式无须经过联锁系统同意就能进入现地操作工作状态。

信号和供电PSCADA 系统之间的接口设计，控制中心内，PSCADA 系统需要向信号系统提供接触网分段供电信息，与此同时ATS 系统需要显示接触网的带电状态，采用以太网接口方式。信号系统在该处需要负责设备到PSCADA 系统接口线缆的连接与敷设工作。在控制中心内，信号ATS 需要通过显示屏接口工作站与OCC 背投显示屏进行接口[3]。

3.3.3 系统设备与材料

ATP 与车地无线通信系统的提供商为铁科院。正线与车辆段联锁系统采取TYJL 安全冗余结构计算机联锁系统，配置集中监控系统。ATS 系统采用CSRATS-1 系统，计轴系统采用RTJZ-2 型系统。信号智能电源屏采用PZG 系列产品，DCS 骨干网交换机与网络交换机均为工业以太网产品，防雷分线柜按照信号要求进行布置。车站内控制电缆的信号为ZC-PTYA03（芯数）×1.0mm，骨干网与无线AP 光缆的信号为WDZBGYFTZA53-4B1 型。将电缆和光缆引入车站和设备室之后，干线位置的电缆需要使用低烟无卤阻燃电缆。应答器数据传输电缆WDZC-LEU-BSYL231*4*1.53，光缆ZC-GYFTA53-8B1。

3.3.4 施工技术要求

明确信号工程施工条件：要求工作环境温度在-12～43℃范围内；相对湿度：日平均值不大于95%；月平均值不大于90%；海拔高度低于1000m，大气压力在66～108kPa 范围内。设备安装在户外，车站设备安装时，需要明确以下施工技术要点：①信号系统施工之前应核对预埋管、预留孔墙洞以及楼板孔洞数量，确定具体施工位置，按照信号电缆敷设要求明确施工规模，一部分管线孔洞需要依据信号管线的大致位置，在信号施工人员的指导下完成开孔。②信号设备室内，设备机柜的安装需使用热镀锌角钢材料制作的支架，使机柜固定牢固，采用膨胀锚栓将机柜支架固定在结构楼板中，机柜与支架采取螺栓的连接方式，保证机柜可以牢固的固定在楼板上，且不会在外力的作用下发生倾倒。③设备室内，要求电源配电箱的输出端必须安装电源防雷箱，根据现场施工的实际位置确定配电箱，室内线槽需要结合实际情况有效调整。④对于信号设备室的地板下和吊顶上走线位置，应做好防护施工，使用热镀锌钢材料制作的电缆槽进行有效防护。⑤车站设备区，走廊与站台层的吊顶位置，信号电缆槽可以与通信电缆共用。部分电缆桥架可以由信号专业的施工人员铺设，电缆桥架的位置应根据车站管线图设计情况来确定，防止与其他管线发生冲突，避免其他管线受到破坏。⑥吊顶上电缆槽采取吊杆与托臂支架的安装方式，要求支撑间距处于1.5m 左右，在电缆槽的上方需要保持100mm 左右的净空距离。⑦一部分信号电缆穿过通信设备室和车控室，施工时应避免和其他管线发生冲突，紧急停车按钮采用嵌入式安装方式，将其安装在与屏蔽门靠近的立柱处，发车指示器需要在站台端口位置安装，该位置同时会安装通信监视器，应保持各项设备的协调安装。

区间轨旁设备安装时，要求信号设备和电缆光缆被安装在疏散平台处，本项目线路敷设采取右侧行车制，为了方便设备的安装与维护，信号机会布置在行车左侧，信号机如果受到了安装条件的限制，可布置在行车右侧。信号设备室端，室外电缆屏蔽层应当和接地端子相连，应答器电缆的屏蔽层需要做好室外接地处理。结合现场施工条件，一部分电缆终端盒需要采取侧面电缆引出形式，从而达到项目施工要求[4]。

施工期间，系统设备安装不仅要按照施工图纸的技术要求，还要严格依据《铁路信号施工规范》的相关内容，无论是施工安装，还是材料选用，都要按照合同规定进行信号设备的安装施工，且不能对其他专业的线缆与设备造成损坏。施工期间，按照产品技术资料，信号系统轨旁设备的安装要求信号设备间保持50mm的安全距离，设备采取锚栓的形式安装在桥面与轨道梁上，先用钢筋探测设备对钢筋的所在位置进行探测分析，要求固定锚栓避开桥梁钢筋，防止对桥梁结构造成破坏。