基于光缆传输的信号系统拓展探讨

李远刚

（中国中铁二院工程集团有限责任公司技术中心，成都 610031）

基于光缆传输的信号系统拓展探讨

李远刚

（中国中铁二院工程集团有限责任公司技术中心，成都 610031）

在总结国内铁路信号系统设计的基础上，结合国外部分项目的实施情况，提出光缆替代部分电缆，搭建基于光缆传输的信号系统结构，并讨论目前国内信号系统结构拓展的可能性。

光缆传输；信号系统；拓展

随着我国铁路的大规模建设和运营,从最初的120、160 km/h普速铁路到200、250、300及350 km/h高速铁路,我国对应不同速度等级的信号系统结构已逐步稳定并成熟,也储备大量的信号系统理论标准、执行规范和技术政策,这些标准、规范和政策也决定了信号系统产业化的方向。然而,随着我国高速铁路品牌在国际市场地位的提升,国内产品和技术的输出是未来发展的必然趋势,但由于国外铁路市场的需求和运营维护习惯的差异,照搬国内标准和技术是无法达到该要求,这也成为我国具有品牌知名度的信号系统设备输出国外的最大瓶颈。适应、调整和拓展是国内信号系统走向海外的必经之路。本文在总结国内铁路信号系统结构的基础上,结合国外部分项目的实施情况,提出以光缆替代部分电缆为例,搭建基于光缆传输的信号系统结构平台,并探讨目前国内信号系统结构适用、调整和拓展方向的可能性。

1 国内信号系统结构

1)160 km/h及以下自动闭塞区段

我国目前主要实施的160 km/h及以下自动闭塞区段信号系统结构如图1所示。

2)200～250 km/h 区段

我国目前主要实施的200～250 km/h区段信号系统结构如图2所示。

3)300～350 km/h区段

我国面向300～350 km/h基于CTCS-3级列控系统的信号系统结构基本等同于200～250 km/h速度区段信号系统结构。

2 基于光缆传输的信号系统结构

基于光缆传输、分散供电的信号系统结构如图3所示。

3 系统比较

1)系统配置

几个系统的主要配置对比如表1所示。

2)系统功能

基于光缆传输控制信息的信号系统可实现的主要功能如下。

*调度指挥;

*区间闭塞;

*列车超速防护;

*车站联锁;

*信号设备状态监测;

*轨道电路编码;

*信号机点灯控制;

*转辙机控制;

图1 16O km/h及以下自动闭塞区段信号系统结构图

图2 2OO～25O km/h区段信号系统结构图

图3 基于光缆传输、分散供电的信号系统结构图

*信号设备防雷接地。

3)传输方式

控制电缆用光缆取代的主要优势:

*传输距离长,不受电缆控制长度的影响,如区间超过10 km则设置中继站等;

*传输信息量大,根据传输bit位计列信息量,远远大于电缆的模拟量组合;

*减少投资,除控制电缆与控制光缆的差价金额外,还减少了因电缆控制距离超长增加的中继站等接口专业投资;

表1 系统配置对比表

*减少用铜量,防偷盗;

*减少用铜量,更加环保。

4 应用案例

下面以采用基于Ansaldo STS的MicroLok II、MicroTrax和100 Hz机车信号的信号系统为例进行说明。

4.1 系统结构

系统结构如图4所示。

信号系统由地面设备和车载设备组成。车载设备包括车载ATC、速度传感器、ADU、机车信号接收模块等;地面设备包括CTT、MicroLok II联锁、MicroTrax轨道电路、100 Hz机车信号、信号机、转辙机和探测器等。

4.2 控车模式

MicroCab ATP系统是基于MicroTrax和100 Hz机车信号的列车运行控制系统,其包含的操作模式如下。

正常ATC模式:该模式在区间使用,在该模式下,ATP正常工作,列车根据100 Hz机车信号移动授权运行;当列车超速时,ATP根据级别输出紧急制动或常用制动。

图4 基于MicroLok II、MicroTrax的系统结构图

站场模式:在车站内使用(车站内地面不配置100 Hz机车信号),该模式为没有机车信号情况下的降级模式,允许列车按照固定限速运行。如果出现超速情况,ATP将自动输出制动。当接收到任何有效机车信号时,站场模式将自动结束并转换至正常ATC模式。当出现无码或列车停止运行时,司机可操作转换至站场模式。或在接收到轨旁站场模式机车信号时自动转换至站场模式。

拖曳模式:在机车重联时使用,被拖曳的机车进入该模式。在该模式下ATP不提供任何防护。

旁路模式:切断所有ATP输出,ATP不提供任何防护。

盲区模式:该模式对于本线在环线使用(环线地面不配置100 Hz机车信号),盲区模式是在没有机车信号情况下允许机车按照固定限速运行的降级模式。仅当ATC系统接收到轨旁设备的盲区机车信号时,列车转入盲区模式。在接受到有效机车信号时,盲区模式结束。

4.3 控车原理

MicroCab ATP系统基于MicroTrax轨道电路和100 Hz机车信号,MicroTrax提供前行列车所处闭塞分区位置,100 Hz机车信号提供列车移动授权。

1)区间运行

列车区间运行运营场景如图5所示。

2)站内运行

列车站内运行运营场景如图6所示。

图5 列车区间运行运营场景

图6 列车站内运行运营场景

3)临时限速

本系统可在区间按照闭塞分区分段设置两个级别的临时限速,通过每个闭塞分区处控制箱内的编码开关对编码进行设置,编码信息分别为75 ppm和120 ppm。

4)100 Hz机车信号定义

100 Hz机车信号叠加在MicroTrax轨道电路上,采用占用发码方式,100 Hz机车信号定义如下。

Green(180 ppm):按最大线路允许速度运行;

Yellow(75 ppm):减速;

Red(No Cab Signal Present):立即停车;

Temporary Speed Restriction 1(75 ppm):临时限速1;

Temporary Speed Restriction 2(120 ppm):临时限速2;

Enter Yard Mode(270 ppm):ATP进入站场模式,保持站内固定限速直到收到有效机车信号为止。

Enter Dark Territory Mode(420 ppm):ATP进入盲区模式,并保持盲区模式限速直到收到有效机车信号为止。

5 其他存在拓展方向的可能性

为了适应国外项目的需求和实际情况,可考虑如下几种拓展方向。

1)供电方式

国内信号系统普遍采用集中供电,其优势在于集中控制,统一管理,方便维护。国外很多项目受外电资源的影响,供电方式多样化,包括太阳能、风能和大功率发电机组等,其供电方式也采用分散供电,其优势在于设置灵活、投资少,但对室外设备的可靠性和适应环境等要求更高。

2)列控、联锁、调度、监测设备功能整合

目前,国内列控、联锁、调度、监测等设备均各自完成自己的功能,之间通过接口实现信息的交换,接口协议也在不断的升级和更新。通过信号系统设备功能的整合,减少接口信息,减少维护工作量等,以适应国外项目需求。

3)提高设备制造工艺水平,适用不同地区环境要求。

6 结语

本文仅以作者经历的海外项目作背景,提出部分国内信号系统适用、调整和拓展的可能性,旨在抛砖引玉,希望更多国内参与海外信号项目的专家提出宝贵建议,以指导海外信号系统项目的建设。

Based on the summary of Chinese railway signal system designs, this paper presents to establish signal architecture based on fiber cable transmission instead of electric cables combining with implementation of some abroad projects. And it discusses the probability about the expansion of current railway signal system architecture of our country.

transmission based on fiber cable; signal system; expansion

10.3969/j.issn.1673-4440.2014.04.005

2013-11-27）