匈塞铁路塞尔维亚境内信号系统技术方案研究

陈立华

(1．北京全路通信信号研究设计院集团有限公司，北京 100070；2．北京市高速铁路运行控制系统工程技术研究中心，北京 100070)

匈塞铁路是国家“一带一路”倡议下的跨境基础设施工程，作为中东欧合作的标志性项目，是中国高铁进入欧洲的第一单，是中国高铁技术和装备“走出去”的重要组成部分。匈塞铁路起自匈牙利布达佩斯，终到塞尔维亚贝尔格莱德，线路全长约350 km，属欧洲大通道10 号通道，其中匈牙利境内166 km，塞尔维亚境内184 km，共约43 个车站。除塞尔维亚境内70 km 区段为双线外，其余均为单线，全线为电化区段。匈塞铁路项目全线增建二线，最高运营速度200 km/h，满足客货混运、装备ETCS-2 车载设备的动车组和装备Induzi 车载设备的列车互联互通运行的要求。

本文主要针对中国高铁技术和装备根据塞尔维亚需求，进行技术差异分析，提出系统解决方案和装备适应性修改方案。

1 总体技术方案研究

根据塞尔维亚铁路总体需求，本工程采用在既有塞尔维亚国家系统的基础上叠加ETCS 2 列车控制系统。全线装备CTC、无线闭塞（RBC）、计算机联锁（CBI）、临时限速服务器（TSRS）、计轴、信号集中监测、电源、道岔融雪等设备，其中互联互通的RBC、应答器设备需要取得TSI 认证，计算机联锁、计轴、列控设备（RBC、TSRS、应答器）安全等级满足SIL4 级。满足正方向自动闭塞追踪运行，反方向自动闭塞或自动站间闭塞运行的要求。

匈塞铁路信号系统总体结构如图1 所示。

2 与塞尔维亚国家系统结合方案研究

塞尔维亚国家系统是在联锁设备基础上叠加自动停车系统，自动停车Induzi I-60 系统由地面设备和车载设备构成。车载设备发送500/1 000/2 000 Hz 载频信息，地面信号机处设置轨旁应答器，联锁设备根据信号显示控制应答器发送相应的震荡电路频率，当该频率与机车上的震荡电路产生谐振时，触发自动停车系统的控制命令，按照既定规则控制列车的运行。

载频信息含义如下：

1）500 Hz：瞬间测速；

2）1 000 Hz：检查司机是否注意到该信号准备停车或在该信号机显示有限速的情况下，运行一定时间后检查车速；

3）2 000 Hz：紧急停车，通过一个显示“禁止信号”的信号机。

Induzi 车载设备制动曲线如图2 所示。

当列车通过具有预告作用的预告信号机或主信号机时，预告下一架信号机前停车或预期速度低于90 km/h，列车收到1 000 Hz 的频率信息时，司机必须在4 s 内按下警惕按钮，用于确认已经识别出限速信号并启动制动，如果未确认，将发出声音警告并触发紧急制动。如果后续主信号指示停车或速度低于40 km/h，则地面发送500 Hz 载频信息，列车将触发相应的速度控制曲线，控制列车安全运行。

图2 Induzi系统制动曲线示意图Fig.2 Schematic diagram of braking curve of Induzi system

为了兼顾塞尔维亚国家系统和ETCS 2 级列控系统，本工程在站内、区间主信号机设置（1 000/2 000 Hz）应答器，部分主信号机同时设置 500 Hz 应答器。针对每一架主信号机，计算机联锁设备根据信号机显示状态及进路速度的条件，分别驱动1 000/2 000 Hz 或500 Hz 继电器，并回采该继电器状态信息，考虑到在Induzi 控制继电器发生断线等故障时不影响装配ETCS 2 级车载设备的列车运行，驱采不一致时，仅给出报警信息不纳入信号机的控制。联锁与自动停车系统结合方案如图3 所示。

图3 Induzi系统与联锁设备结合示意图Fig.3 Schematic diagram for the combination of Induzi system and interlocking equipment

3 联锁系统方案研究

根据塞尔维亚用户的需求，本工程采用DS6-60 型硬件安全冗余结构（2×2 取2）的计算机全电子联锁设备，联锁系统具备车站、区间的控制功能。站内采用集中控制方案，区间采用轨旁目标控制器的方案。

3.1 联锁功能及结构

联锁设备通过计算机对车站作业人员的操作命令及现场表示的信息进行逻辑计算，控制相应信号机及道岔动作，实现对车站列车、调车进路的安全控制。设备采用操作表示、逻辑处理、目标控制3层独立单元模块的系统构架，模块间通过网络进行连接。

联锁设备与无线闭塞中心RBC 通过数据通信网络进行接口，根据进路信息、轨道占用信息向RBC 发送列车进路信息、紧急状态等信息。

联锁设备接收计轴设备的区段状态、以及车站联锁的进路等信息，实现区间闭塞、区间信号机的显示、方向的控制。联锁设备结构示意如图4 所示。

图4 联锁设备结构示意图Fig.4 Schematic diagram for the structure of interlocking equipment

3.2 特殊联锁功能需求分析

针对塞尔维亚用户需求分析，联锁特殊功能可以归纳为以下几个方面。

1) 列车进路设置保护区段

列车进路办理需要检查进路的侧冲防护条件和保护区段的侧冲防护条件。

2) 列车进路的建立增加调车信号机开放条件

列车进路的建立时，需要带亮该进路中调车信号机，被带亮的调车、轨道边界信号机不能点亮允许信号时，进路内所有信号机都不得开放允许信号。

3) 区间信号机具备紧急关闭和恢复功能

本站联锁系统界面需显示区间所有接车方向的信号机及其防护的区段，并能对所显示的信号机进行紧急关闭和恢复的操作。

4) 信号机具备昼间和夜间模式转换功能

联锁系统界面设置信号机昼间、夜间模式调整按钮，车站值班员通过操作实现昼间、夜间信号机亮度调整的功能。

3.3 区间轨旁分散控制方案

区间每个闭塞信号点（含4 架闭塞分区信号机）设置一台轨旁控制柜，控制柜内设信号机控制模块、通用输入输出模块、电源模块、网络设备和防雷等设备，联锁室外控制柜内左右线信号机点灯模块分开设计，室外控制柜与信号楼间通过光缆连接，通过电缆向柜内设备供电。联锁轨旁机柜控制柜布置如图5 所示。

图5 联锁轨旁机柜示意图Fig.5 Schematic diagram for arrangement of interlocking trackside cabinet

4 信号机及信号显示关系研究

本线为满足与既有线路跨线运行和互联互通的要求，参照塞尔维亚信号机布置和信号显示关系。车站设主信号机（进站、出站，其中，进站信号机可加装速度表示器，出站信号机可加装发车表示器、进路表示器、速度表示器）、调车信号机，以及复示信号机、轨道边界信号机、发车表示器等；区间为三显示自动闭塞，设自动闭塞信号机、复示信号机。信号机机构配置及显示含义如表1 所示。

表1 信号机构配置及显示含义Tab.1 Configuration and display meanings of signaling mechanism

续表

5 转辙机适应性方案研究

本工程采用ZDJ9 电动转辙机，通过速度在160 km/h 以上的道岔增加密贴检查装置。每组道岔配置1 台转辙机，多点牵引的道岔第一牵引点配置转辙机，后续牵引点通过连接杆的方式由第一牵引点处的转辙机带动。

5.1 技术要求差异分析

具体技术差异如表2 所示。

表2 转辙机技术差异分析Tab.2 Analysis on technical differences of switch machines

5.2 转辙机适应性设计

1）可挤型适应性设计

通过配装挤脱接点座并适配锁闭铁，可配置220 mm 动程ZDJ9 型电动转辙机可挤机型，满足塞铁160 km/h 及以下速度的线路配套可挤型转辙机的要求。转辙机对比如图6 所示。

图6 匈塞用ZDJ9转辙机与国内ZDJ9转辙机对比Fig.6 Comparson between ZDJ9 switch machine used in Hungary-Serbia Railway and domestic ZDJ9 switch machine

2）转辙机挤脱力配置

根据塞尔维亚铁路的技术要求转辙机挤岔力小于11 kN，ZDJ9 型电动转辙机挤脱力为28 kN，挤脱力大于塞方要求，在ZDJ9 转辙机挤脱器基础上，通过调整挤脱碟簧的方案满足塞方的要求。

3）转辙机减速器配置设计

根据塞尔维亚铁路的技术要求：半径300 m 及以下道岔，转辙机摩擦力（Setting-up force）为5 500 N±500 N；300 m 以上半径道岔，转辙机摩擦力为7 000±500 N。通过在ZDJ9 转辙机内配置190 动程机型减速器，并调整摩擦联接器的摩擦力的方案满足塞方技术要求。

4）挤岔恢复功能改进设计

根据塞尔维亚铁路的技术要求，可挤型转辙机在挤岔后可以直接通过电动或手动操作进行自行恢复。在保持ZDJ9 型电动转辙机锁闭及挤脱方式的基础上，通过在转辙机动作杆上增加螺栓销，在锁闭铁上增加螺栓销的导槽实现挤岔自行恢复功能。转辙机对比如图7 所示。

图7 塞尔维亚ZDJ9转辙机挤岔自动恢复示意图Fig.7 Schematic diagram of switch spilt self-recovery of ZDJ9 switch machine in Serbia

为保证转辙机挤脱后通过转换可靠恢复，并防止推板套反弹造成段表示问题，对动作板速动片进行尺寸调整。为适应转辙机能够完全挤脱，对底壳、锁闭铁、端盖、动作杆等进行了优化设计。

6 列控系统方案研究

本线采用ETCS-2 级列车运行控制系统，采用基线3 版本，满足欧洲ETCS-2 级跨国列车互联互通运行的要求。

本工程设置无线闭塞中心（RBC）、临时限速服务器（TSRS）、无源应答器、安全数据网等设备，其中互联互通的设备（RBC、应答器）需要取得TSI 认证。

根据ETCS 2 级列控系统技术要求，结合本线线路具体实际，在站内进出站信号机、区间通过信号机外方均设置安装一组应答器（由两台固定应答器组成）；在既有线路衔接处，本线正线线路设置E0 →E2等级转换应答器组，实现和既有线路级间转换。

由于考虑跨国列车运行，各车载供应商参数不尽相同，车地设备匹配是本项目关键。

7 防雷接地系统对信号设备影响分析

塞尔维亚铁路接地系统是以钢轨为基础的，钢轨作为牵引回流和接地的导体。钢轨连接到车站房屋接地极，房屋中的设备通过接地极实现接地。电力牵引区段线路中心线8 m 范围内所有金属部件需接钢轨。信号设备接地采用直径95 mm2的绝缘镀锌钢丝绳，就近连接到钢轨上。

信号系统在区间轨旁设置室外机柜，轨旁电子设备由室内通过电缆提供两路AC220 V 电源，通过光缆与室内进行通信；电子设备通过信号电缆控制轨旁信号机、继电器、计轴设备。轨旁电子机柜连接如图8 所示。

外部环境对信号轨旁电子设备影响主要来自于雷电入侵。一般来说，雷电侵入途径有两种：一是远端雷电由信号电缆或供电电缆引入；二是近端雷电引起的“地反击”通过信号电缆或供电电缆向远端泄放。根据塞尔维亚工况采取以下设计方案：

1) 钢轨接缝处良好连接；

2) 轨旁电子机柜良好接地；

3) 轨旁电子机柜内部所有电子板卡均对地悬浮设计；

4) 轨旁电子机柜对外输入输出端口，采用SPD进行横纵向防护。

图8 轨旁电子机柜控制示意图Fig.8 Schematic diagram for connection of trackside electronic cabinet

总之，通过匈塞铁路塞尔维亚段用户需求分析和信号系统方案研究，对中国高铁技术和装备“走出去”有了新的思考。一方面，由于不同地区文化差异，思维观念、生活习惯等种种因素影响，中国技术和装备走出去，难免要进行适应性改进，面对经济发达以及标准体系健全的欧洲国家来说，需要在先进理念、智能化运维以及从系统层面提供更多系统解决方案方面提升；另一方面，中国高铁技术和装备经历了引进-消化吸收-再创新过程后，已达到国际领先水平。随着技术不断进步，国际上提出一些新的理念和思路，在中国高铁“走出去”进行装备适应性修改的同时，为中国高铁再发展、再创新提供了技术支撑和经验积累。