郑万高铁长大下坡道区段闭塞分区划分与列控系统匹配性研究

贺广宇，秦喜运，陈汇远，马云鹏，罗飞豹

高速铁路闭塞分区划分由设计院行车专业完成，缺少信号专业列控系统仿真验证的技术手段，需要列控系统设备供应商验证闭塞分区划分与列控系统的匹配性。既有研究主要针对列车牵引计算理论、列车追踪间隔时间计算公式和影响参数，以及长大下坡道线路条件下列车运行问题等进行分析，如文献［1］研究高速列车追踪间隔时间的计算方法，提出了计算公式中各参数的取值；文献［2］研究高速列车牵引计算平台，建立列控车载设备制动曲线模型，分析列控车载设备制动曲线对列车追踪间隔时间的影响；文献［3］研究长大下坡道条件下闭塞分区长度、列车追踪间隔和应答器容量等列车运行相关问题，分析高速铁路车载监控制动距离的安全冗余设计，研究长大下坡道限速和不限速条件下的列车运行方式。但以上文献都没有深入研究闭塞分区划分与列控系统的匹配性，尤其是长大下坡道区段闭塞分区划分与列控系统的匹配性，如大西客专在设计过程中未深入研究闭塞分区划分与列控系统的匹配性，导致在长大下坡道区段按照局部限速方案开通运行［4］。

郑万高铁具有类似大西客专长大下坡道工程特点，原则上在长大下坡道上不采取限速方案［5］，要求列控系统设备供应商检算闭塞分区长度的符合性。列控车载设备包括CTCS3-300H、CTCS3-300T、CTCS3-300S、CTCS2-200C和CTCS2-200H等型号［6-7］，根据主机厂提供的动车组制动参数配置ATP相关参数，综合考虑线路坡度、线路限速、制动减速度、制动延时、测速测距等信息生成ATP制动曲线。不同型号ATP的制动曲线计算算法存在差异，采用实时计算法和查表法2种方式生成ATP制动曲线［8-10］。本文深入研究郑万高铁长大下坡道区段闭塞分区划分与列控系统的匹配性，从行车专业闭塞分区划分和信号专业列控系统技术融合的角度［11］，得出长大下坡道区段闭塞分区长度符合性的检算验证结果。

1 长大下坡道区段分析

郑万高铁襄阳至万州段长大下坡道区段数据见表1。

表1 郑万高铁襄阳至万州段长大下坡道区段数据

由表1可知，郑万高铁襄阳至万州段长大下坡道区段数量较多，上行线超过20‰的坡段数量有14处，最不利的30‰坡度段长度为14.353 km；下行线超过20‰的坡段数量有15处，最不利的30‰坡度段长度为14.502 km。由于线路条件的特殊性，对列控系统的匹配性提出了全新的要求。

2 闭塞分区划分

闭塞分区长度由设计院行车专业根据线路数据和动车机辆等参数，综合考虑安全性、通过能力和经济性后计算确定。安全性需满足列控系统监控动车组运行要求；通过能力要求满足动车组最小追踪间隔设计指标；经济性要求考虑不同轨道结构条件下的轨道电路极限长度。不同码序下闭塞分区长度之和必须满足列控车载设备制动距离的要求，当闭塞分区长度之和小于列控车载设备制动距离时，将导致限速突降的问题。当闭塞分区长度大于轨道电路工程设计长度时，闭塞分区可以划分为几段轨道区段。在实际闭塞分区划分时，考虑轨道电路极限长度和列车追踪间隔时分，按照2 000 m左右设计，既满足轨道电路最小传输长度要求［12］（Lmin≥Vmax×2.5 s＋L常，其中L常为轨道电路余量，取值为20 m），又充分利用轨道电路最大设计长度，节省工程投资。车站附近的闭塞分区应适当缩短以提高车站接发车能力。

2.1 区间通过信号机位置要求

1）第一离去区间通过信号机位置在出站口外，距反向进站信号机的距离应不小于列车从速度85 km/h减速至0的最大常用制动距离要求。

2）区间通过信号机位置应充分考虑电气化分相区的位置，以防止列车停车再起动时无法越过无电区域或停在分相区内。

2.2 信号机与分相区的距离要求

1）在分相区列车牵引力切断点距上一架信号机的距离，应满足在该信号机外方停车后，列车重新加速能够顺利通过分相区。考虑实际操作误差和安全余量，列车头部到达牵引力恢复点的速度应大于40 km/h。

2）为满足停车误差、受电弓位置和安全防护距离的要求，分相区距下一架信号机的距离，应满足列车在该架信号机外方停车后能够取电，分相区距最近的信号机不宜小于550 m。

3）尽量在接近信号机和一离去信号机间不设置分相区。

以郑万高铁襄阳至万州段为例，中铁二院完成了郑万高速铁路（设计起点DK348+500至万州北站范围）行车布点计算，将布点结果发送至列控系统设备供应商，检算闭塞分区长度的符合性。通号公司在实验室仿真阶段发现列控车载设备允许速度突降触发制动的问题。故障区段为上行正向区间的长大下坡道，线路坡度条件为连续的14 353 m长30‰的下坡道、1 400 m长14‰的下坡道，以及3 950 m长6.9‰的下坡道。闭塞分区布点结果见图1（a）。

图1 郑万高铁襄阳至万州段连续长大下坡道闭塞分区布点结果

由于长大下坡道区段的影响，导致闭塞分区划分与列控系统的匹配性存在问题：设置兴山S2LQ（5748G）区段占用，列车由L4码（6016G）运行至L3码（5998G）时触发最大常用制动；设置兴山S信号机信号关闭时，列车由L4码（6062G）运行至L3码（6034G）时触发最大常用制动。制动原因为当列控车载设备收到L3码时，移动授权终点突然缩短［13］，导致ATP允许速度突降，触发制动影响行车。设计院根据列控系统设备供应商的检算结果对闭塞分区进行了增加、删除和移动位置等，见图1（b），要求列控系统设备供应商检算闭塞分区长度的符合性。

3 郑万高铁闭塞分区长度符合性检算

按照CTCS2-200C型列控车载设备软件制动模型，采用CRH3型动车组配置的制动参数，验证郑万高铁相邻7个闭塞分区长度能否满足CTCS2-200C正反向250 km/h控车要求。按照CTCS3-300H列控车载设备软件制动模型，采用CR400BF型动车组配置的制动参数，验证郑万高铁相邻7个闭塞分区长度能否满足CTCS3-300H后备C2等级正向300 km/h和反向250 km/h控车要求；依据文献［13］验证郑万高铁列车在闭塞分区L3、L2、L和LU码轨道电路信息行车许可下是否会发生限速突降。

新建铁路闭塞分区长度符合性检算算法流程见图2。

图2 新建铁路闭塞分区长度符合性检算算法流程

Step 1获取新建铁路的基础线路数据与相关参数，主要包括：闭塞分区数据、坡度数据、仿真参数和动车组制动参数等，并对这些数据与参数做相应预处理。

Step 2基于新建铁路的基础数据与相关参数，采用列控车载设备制动模型进行列车运行仿真，计算列车到移动授权终点之间的线路坡度和最限制速度曲线，生成紧急制动曲线和常用制动曲线。基于紧急制动曲线、常用制动曲线、制动延时、测速测距误差等，计算列车当前位置的允许速度值。

Step 3根据允许速度值与最限制速度曲线中的顶棚速度值，判断闭塞分区长度设计是否满足列控车载设备制动距离要求：①当列车允许速度小于顶棚速度值时，闭塞分区设计长度小于列控车载设备制动距离要求，需优化延长后再进行检算；②当列车允许速度等于顶棚速度值时，综合紧急制动曲线、常用制动曲线、制动延时、测速测距误差后计算生成制动起点至终点信号机的距离（brake_dis⁃tance_validation），如果该距离不大于相邻7个闭塞分区长度之和，则闭塞分区长度设计满足列控车载设备制动距离要求，否则不满足列控车载设备制动距离要求，需优化延长后再进行检算。

根据设计院提供的郑万高铁襄阳至万州段闭塞分区长度设计及坡度数据，对CTCS2-200C和CTCS3-300H型列控车载设备制动距离进行检算，检算结果见图3和图4。

图3 郑万高铁襄阳至万州段闭塞分区长度符合性检算结果（CTCS2-200C）

图4 郑万高铁襄阳至万州段闭塞分区长度符合性检算结果（CTCS3-300H）

由图3和图4可知，郑万高铁襄阳至万州段下行线反向闭塞分区长度CTCS2-200C检算结果存在不符合项2处，见表2，其他闭塞分区设计长度均大于CTCS2-200C和CTCS3-300H型列控车载设备制动距离。依据文献［13］仿真验证，郑万高铁上行线反向轨道电路信息许可长度检算结果不符合项（CTCS3-300H）见表3。

表2 郑万高铁襄阳至万州段下行线反向闭塞分区长度检算结果不符合项（CTCS2-200C）

表3 郑万高铁襄阳至万州段上行线反向轨道电路信息许可长度检算结果不符合项（CTCS3-300H）

由于实际线路数据较为复杂，在应答器报文最终完成编制前，针对列控车载设备制动距离的检算无法考虑到数据报文的影响，与真实环境下的验证测试结果存在偏差，在线路开通前通过联调联试动态试验，确保闭塞分区划分满足列控车载设备的运行要求。

4 结论

从跨专业技术融合的角度，研究郑万高铁长大下坡道区段闭塞分区划分与列控系统的匹配性，采用CTCS2-200C和CTCS3-300H型列控车载设备软件制动模型，得出郑万高铁长大下坡道区段闭塞分区符合性检算验证结果。

经验证，郑万高铁襄阳至万州段下行线反向闭塞分区长度CTCS2-200C检算结果存在不符合项2处，其他正线通过信号机位置相邻7个闭塞分区长度满足CTCS2-200C正反向250 km/h和CTCS3-300H后备C2等级正向300 km/h和反向250 km/h控车要求；上行线反向轨道电路信息许可长度CTCS3-300H检算结果存在不符合项1处，其他正线通过信号机位置L3、L2、L和LU码轨道电路信息行车许可满足CTCS3-300H车载设备C3等级正向310 km/h和反向300 km/h控车要求。由于反向运行为特殊运行场景，建议纳入铁路局列车运行管理办法解决检出问题对列车运行的影响。