宁启铁路电码化设计方案研究及应用

卿文杰

（中国铁路上海局集团有限公司南京电务段，南京 210011）

宁启铁路是江苏省境内一条连接南京市与启东市的客货共线铁路[1]，是长江三角地区城际铁路网的重要组成部分，是江苏省苏中地区的第一条铁路。2005 年7 月1 日，宁启铁路南京至南通段单线开通运营；2009 年起，开始宁启铁路南京至南通段复线电气化改造项目的施工设计，2016 年5 月15日开通运营，线路长度268.3 km，最高设计速度200 km/h；2019 年1 月5 日，宁启铁路南通至启东段单线开通运营，线路长度107.8 km，最高设计速度160 km/h。

设置CTCS-2 级列车运行控制系统的客货共线铁路中，大部分新建铁路站内采用25 Hz 相敏轨道电路叠加ZPW-2000 电码化，并采用列控中心编码，如连盐铁路、沪通铁路等；为节省投资、减少既有改造范围，部分改建铁路采用25 Hz 相敏轨道电路叠加ZPW-2000 电码化，并采用继电编码，如宁启铁路、上海枢纽C2 贯通工程等。宁启铁路南京至南通段是国内为数不多的全程运营200 km/h动车组列车、普速旅客列车及货物列车的铁路[2]，其信号系统采用基于继电编码的CTCS-2 级列控系统。鉴于当时客货共线铁路建设标准[3]、工程投资等原因，其轨道电路编码采用继电编码的方式，而非现在较常用的列控中心编码，由此使宁启铁路电码化设计方案较为复杂，并出现一些特殊设计。电码化是指由轨道电路转发或叠加机车信号信息技术的总称[4]，是铁路信号系统的重要组成部分。本文就宁启铁路电码化设计方案进行研究，对其应用情况进行分析。

1 高普共线铁路电码化设计常见问题

经复线电气化工程改造后，宁启铁路为高速和普速列车共线运行的铁路（简称高普共线铁路），需开行CTCS-2 级动车组列车，线路走向及车站布置示意如图1 所示。工程设计采用CTCS-2 级列控系统，站内采用25 Hz 相敏轨道电路叠加ZPW-2000电码化，车站及区间均采用继电编码，其电码化设计方案是该工程最大难点，需在普速铁路电码化的基础上进行适应性设计，以适应动车组运行。在分析普速铁路电码化的原理后，梳理出的适应动车组运行方案，还可能存在以下常见问题需解决。

图1 宁启铁路线路走向及车站布置示意Fig.1 Schematic diagram of route and station layout of Nanjing-Qidong railway

1.1 转频码设计问题

普速铁路一般在侧向接车进入股道、侧向发车进站口内方区段等处设置25.7 Hz 的转频码，以便机车车载设备转换接收信号载频。但动车组列控车载设备在完全监控模式下视转频码为无效码，在进入股道等情况下，收到转频码会延迟车载设备接收有效码的时间，从而触发制动。

1.2 股道侧向接车掉码的问题

侧线股道及正线股道侧向进入采用叠加发码，宁启铁路设计之初，尽管取消了股道的转频码，但经过测试，仍有约30%的股道侧向接车时存在掉码，进而导致动车组车载设备触发制动的情况[5]。

1.3 正线反向发车进路咽喉区无码的问题

按普速铁路电码化设计原则，正线反向发车进路的咽喉区轨道区段无码，但动车组以完全监控模式反向运行时进入无码区段则产生制动。

1.4 反向接车进路与区间同基准载频

电码化发送器设置原则为，股道（含正线股道）两侧各设置一个发送器[6]，每个直向接/发车进路咽喉区各设置一个发送器，并且需保证列车正向运行时闭塞分区分界点处（含站内正线列车信号机）两侧区段采用不同基准载频。以下行为例，各站IG 为2300-2，下行接车、下行发车进路区段均为1700-2，区间以下行进站内方的1700-2 为基准，开始往区间交错布置频率至邻站上行反向进站口，因此可能存在反向接车进路与区间同基准载频。虽不影响正向行车，但反向行车时与动车组车载设备不匹配。

1.5 部分侧向接车股道区段长度不足

海安县站型较复杂[7]，如图2 所示，由XF 侧向接车至XL1 进路信号机时，仅9/301G1 为有码区段，长度为330 m，1/3#道岔为1/18 道岔，侧向允许通过速度80 km/h，有码区段长度不满足行车专业检算的最小常用制动距离650 m 的要求。

图2 海安县站局部信号平面布置示意Fig.2 Schematic diagram of local signal layout of Hai 'an county station

1.6 部分侧向发车离去区段长度不足

部分区间线路长度较短，在闭塞分区划分时，离去区段的长度受限，不满足列车以道岔侧向允许速度降为0 km/h 的制动距离要求。

1.7 经道岔侧向的接/发车进路无码区段长度超过1 500 m

对于高普共线铁路的复杂站场，侧向进路道岔区段无码，若出现经道岔侧向的接/发车进路无码区段长度超过1 500 m 的情况，动车组将会出现制动的情况。

2 宁启铁路电码化设计改进方案

针对上述梳理出的高普共线铁路电码化设计常见问题，逐个分析研究，制定改进设计方案。

2.1 取消股道转频码

25.7 Hz 的转频码用于机车信号设备的载频锁定或切换[8]。机车车载设备可以通过接收25.7 Hz的转频码来自动选择接收信号载频，或者通过人工扳动上/下行开关，选择接收信号载频。宁启铁路典型车站的电码化载频布置如图3 所示，下行正线采用下行载频，上行正线采用上行载频，侧线股道两侧按接车方向分别采用上、下行载频；因侧向进路不发码，故仅正线正向列车信号机两侧采用不同基准载频，侧向出站信号机两侧无采用不同基准载频的需求。

图3 宁启铁路典型车站电码化载频布置示意Fig.3 Schematic diagram of coded carrier frequency layout of typical stations of Nanjing-Qidong railway

对于普速铁路，一般在侧向接车进入股道、侧向发车进站口内方区段等处设置转频码，以便机车自动选择接收信号频率。对于高普共线的宁启铁路，为避免动车组侧向进入股道接收到转频码，会延迟车载设备接收有效码的时间，在设计之初，即取消了股道的转频码，可缩短2.5 s 转频码的发送时间，对于侧向发车在站内最后一个区段，仍保留发送转频码。取消股道的转频码以后，对于普速列车来说，正方向运行时，电码化载频均与运行方向一致，不需切换，当反向运行时，按相关管理规定，司机需人工扳动上/下行开关，选择接收信号载频；因列控数据已描述侧向发车在站内最后一个区段为无码区段，转频码将不对动车组接码产生影响。故宁启铁路取消股道转频码以后，既不影响普速列车运行，也有利于动车组列车接收地面码。

2.2 侧向接车的股道区段改为预叠加发码

尽管宁启铁路在设计之初取消了股道的转频码，但经过测试，仍有约30%的股道侧向接车时存在掉码，进而导致动车组车载设备触发制动的情况。经分析，动车组进入侧向接车进入股道时，其接码的时间主要由轨道继电器反应时间、电码化发码响应时间、车载设备解码时间组成。通过列车压道排除轨道电路分路不良的原因后进行测试，轨道继电器反应时间、车载设备解码时间均在正常范围内，想要缩短动车组接码时间，只能通过缩短电码化发码响应时间来解决。由于宁启铁路侧线股道及正线股道侧向进入均采用叠加发码方式，在轨道继电器落下，经电码化叠加发码电路的动作后才能将地面码发送到钢轨上，想要缩短电码化发码响应时间，只能改为预叠加发码的方式，在列车压入股道前方道岔区段时，将地面码发送到钢轨上，即电码化发码响应时间减为0。

由于宁启铁路采用继电编码的设计原则，要做到侧向接车时股道预叠加发码，可通过两种方式实现，一是由列控系统或联锁系统根据进路及轨道区段占用信息驱动预发码继电器，二是通过继电电路实现预叠加发码。考虑到由列控系统或联锁系统驱动预发码继电器属于非标准功能，最终采用通过继电电路实现预叠加发码的方案，具体为：列车占用股道相邻道岔区段时，采用道岔表示加道岔区段占用条件构成股道预发码条件，电路举例如图4 所示。即当列车运行占用股道（3G）相邻道岔区段（5DG或6DG）时，其前方的股道开始预发码，列车进入股道后便可及时收到有效低频码，避免动车组接码超时产生的制动。

图4 股道预叠加发码电路示意Fig.4 Schematic diagram of track overlap coding circuit in advance

2.3 正线反向发车进路咽喉区发27.9 Hz检测码

根据铁路行业标准《CTCS-2 级列控车载设备技术条件》（TB/T 3529-2018）的规定，轨道电路信息为无码或25.7 Hz、27.9 Hz 时，车载设备最高允许速度不超过80 km/h，在区间反向运行信息包描述的反向区段运行时的27.9 Hz 除外[9]。故在车站正线反向发车进路中，咽喉区的轨道电路发送27.9 Hz 检测码，即可解决动车组以完全监控模式反向运行时，进入无码区段产生制动的问题，发送的检测码也不影响普速列车的运行。

2.4 反向接车进路与区间同基准载频时通过MJ切换载频

如图3 所示，根据前述区间轨道电路载频布置原则，当经SF 信号机反向接车时，可能存在SF 信号机两侧的轨道电路基准载频相同的情况，将不满足《高速铁路设计规范》（TB 10621-2014）闭塞分区分界点处两侧应采用不同基准载频的规定[10]，动车组列车无法正常运行。对宁启铁路全线梳理存在反向接车进路与区间同基准载频的情况，将原设计发送器的载频选择固定配线改为反向接车时通过发码继电器MJ 切换载频，以和区间基准载频不同。

2.5 侧向接车股道区段长度不足时采用站内区段补码

如图2 所示，由于常规设计仅直向股道区段9/301G1 发码，长度仅330 m，即使增加直向道岔区段9DG 作为发码区段，其长度也仅300 m。不满足行车专业检算后1/18 道岔侧向允许速度制动至0 的距离650 m 的要求。考虑到车站采用25 Hz相敏轨道电路，道岔岔后未设置分支并连线，设计采用参照ZPW-2000 一体化轨道电路道岔分支并联线设置原则，在3#道岔岔后增加分支并联线，3DG侧向、9DG 直向均补码的改进方案，满足有码区段长度大于制动距离的要求。

2.6 侧向发车离去区段长度不足时采用站内直向区段补码

根据车站咽喉区道岔侧向允许速度，计算列车采用常用制动由最高允许速度减速至0 的距离，向行车专业提出离去区段的最小长度要求。若无法满足时，可采取在咽喉区补码的方案，具体补码方案与前述2.5 小节侧向接车股道区段长度不足时采用站内区段补码方案类似。

2.7 经道岔侧向的接/发车进路无码区段长度超过1 500 m时的解决方案

由于动车组列控车载设备的特性，当地面由双黄码或双黄闪码后的限速最多维持1 500 m，若1 500 m 后仍无码，列车限速降为0 km/h，并输出最大常用制动。海安县站站型复杂，咽喉区较长，通过设置进路信号机及无岔区段发码的方式，避免侧向进路无码区段超过1 500 m 的情况。对于其他有此种情况的车站，可采用调整信号机设置位置或补码方式解决。

3 宁启铁路电码化应用情况

上述宁启铁路电码化设计改进方案均已在宁启铁路南京至南通段复线电气化改造工程顺利应用，该工程已于2016 年5 月15 日开通运营，至今仍安全运营。近期经设计回访，未发生因电码化电路设计影响列车正常运营的情况，验证了上述高普共线铁路电码化设计改进方案能够满足动车组及普速列车车载设备与地面设备相匹配、保证列车正常运营的要求。

经调查了解，其他高普共线铁路亦有类似宁启铁路电码化设计中遇到的问题，如连盐铁路经道岔侧向的接发车进路无码区段长度超过1 500 m、上海枢纽CTCS-2 贯通工程反向接车进路与区间同基准载频、汉宜铁路股道发送转频码等。其工程设计的解决方案与宁启铁路电码化改进方案均相似，但宁启铁路通过继电电路实现股道预叠加发码的设计方案为首次在行业内应用。

4 结束语

受当时的客货共线铁路建设标准变化、工程投资限制等因素的影响，宁启铁路电码化电路设计较为复杂和特殊。随着国内铁路信号列控技术的发展，工程设计已逐步倾向于标准化、规范化、集成化，但现如今仍然有很多利用既有铁路开行CTCS-2 级动车组列车的工程项目。基于充分利用既有设备、节省工程投资等原因[11]，高普共线铁路电码化设计技术仍然值得研究，宁启铁路的电码化设计及应用便是典型代表，希望能对相关类似工程项目提供借鉴和参考。