自动站间闭塞区间C0/C2等级转换方法研究及应用

谢宝军，姜锡义

(1.中铁二院工程集团有限责任公司，成都 610031；2.中国国家铁路集团有限公司，北京 100844)

1 概述

既有铁路枢纽环线区间闭塞多为半自动闭塞和自动站间闭塞，仅能满足速度较低、行车密度小的普速客货列车的运输需求。随着城市综合交通枢纽的建设，为加强与城市功能有机融合，提高出行效率和换乘体验，高铁、城际及市域铁路需引入既有铁路枢纽，一般采用CTCS-2级（简称C2）列控系统进入既有枢纽站。因此，需对既有枢纽信号系统地面基础设施升级改造为C2线路，以满足装载C2级列控车载设备（简称车载设备）的动车组列车运行。改造工程主要内容包括区间闭塞修改为四显示自动闭塞，地面设置列控中心（TCC）、临时限速服务器（TSRS）、ZPW-2000系列轨道电路、车站应答器及C0/C2等级转换应答器等，如图1所示。

图1 C0/C2等级转换点设置示意图Fig.1 Schematic diagram of C0/C2 level transition

但是部分枢纽站受既有工程条件的限制，如C0 站TDCS升级为CTC，对既有调度所中心影响范围很大；C0站为6505电气集中联锁，信号站改工程难度大；C0站机械室无空间，无法设置TCC及安全数据网设备等众多因素，暂无条件升级改造。C0站与C2站区间闭塞仍维持既有自动站间闭塞、区间无轨道电路，C0站不设TCC、接近区段采用25 Hz轨道电路叠加ZPW-2000系列电码化。为了实现两种不同列控等级线路间互联互通，保障车载设备与C0级列车运行监控装置（简称LKJ）之间不停车切换，C0/C2等级转换应答器只能设于C2站进站信号机接近区段。根据《列控系统应答器应用原则》（TB/T3484-2017）中C0/C2等级转换应答器设置规定，接近区段依次设置[CZ-C0][FCZ-C0]、等级预告应答器组、等级执行应答器组。其中下行反向和上行正向预告应答器与进站应答器组合并，正线设置出站应答器组（原因详见后文4.1节内容）。以下行为例，[CZ-C01]尽量设于接近区段边界处，[CZ-C01]与[CZ-C02]之间距离不小于200 m，[CZ-C02]距离ZX0-2/FZX2-0之间距离大于450 m，YG0-2至ZX0-2/FZX2-0之间距离大于动车组列车运行5 s的距离，既有自动站间闭塞区段线路最高允许速度不超过120 km/h，二者距离按170 m考虑，等级转换点设置如图2所示。

该方案与现行列控技术条件标准存在差异，若按常规做法不进行特殊设计，则会出现C2站TCC无法识别接发车方向、接发车时动车组列车触发制动、等级转换点处发生制动导致转换失败、临时限速命令下达等一系列问题。以区间自动站间闭塞为例，结合工程实践，分别从C2站TCC区间方向切换、C0级与C2级转换车载逻辑及临时限速等方面进行分析研究，介绍该特殊情况下等级转换设计方法。该方法已应用于工程建设，可保障车载设备与LKJ之间成功切换，避免触发制动，一定程度上提高了动车组列车运行效率。

2 C2站区间方向切换

C0站 不 设 置TCC，C2站TCC无 法 通 过 安全数据网与C0站通信完成区间方向初始化；区间无轨道电路，C2站TCC也采集不到区间方向继电器状态。因此，C2站TCC不能判定本站接发车方向，继而造成接近区段轨道电路发码方向不能随接发车方向相应改变，而且作为发车方向时，不能控制进站信号机处（含反向）的有源应答器发送临时限速和线路数据报文，不能满足列控技术条件的功能要求。

图2 自动站间闭塞区间C0/C2等级转换点设置示意图Fig.2 Schematic diagram of C0/C2 level transition in automatic inter-station block sections

要实现C2站TCC控制接近区段轨道电路发码方向和进站口有源应答器报文发送功能，首先要解决TCC识别接发车方向的问题，最后解决接近区段发码通道切换的问题。

2.1 TCC方向判别

C0站和C2站区间闭塞制式为自动站间闭塞，采用64D半自动闭塞电路。通过分析该电路中有关继电器的时间工作时序，可利用开通继电器（KTJ）和同意接车继电器（TJJ）作为车站接发车方向的判定依据。当C2站为接车方向时，TJJ励磁吸起，KTJ失磁落下；当C2站为发车方向时，KTJ励磁吸起，TJJ失磁落下。根据列控中心采集规则，进站信号机X口接车为正方向，发车为反方向；进站信号机XN口发车为正方向，接车为反方向。按照铁路故障—安全的规则，涉及行车安全的关键状态应采用继电器前接点表示，故进站信号机X口的区间正方向（ZFJ）用TJJ吸起条件，反方向（FFJ）用KTJ吸起条件；进站信号机XN口的ZFJ用KTJ吸起条件，FFJ用TJJ吸起条件，电路如图3所示。

图3 ZFJ和FFJ励磁电路Fig.3 ZFJ and FFJ energizing circuits

但上述无极继电器励磁时间短，不能保证TCC采集接发车方向状态要求。参照《列控中心技术条件》区间轨道电路切换电路，可通过ZFJ和FFJ组合驱动有极方向继电器（FJ），用它来记录接发车方向，电路如图4所示。

由FJ励磁电路可知，C2站为接车方向时，X方向FJ一直保持反位落下，XN方向FJ一直保持定位吸起；C2站为发车方向时，X方向FJ一直保持定位吸起，XN方向FJ一直保持反位落下。最后TCC通过采集FJ来判定本站接发车方向，完全符合列控中心技术条件TCC方向接口电路原理。

2.2 接近区段发码通道切换

图4 FJ励磁电路Fig.4 FJ energizing circuits

既有C2站接近区段和站内正线采用25 Hz轨道电路叠加ZPW-2000系列电码化，TCC编码，接车时接近区段和咽喉区有低频码，发车时无低频码。正线发车时股道上仅发送L码。根据《CTCS-2级列控车载设备暂行技术规范》TJ/DW152-2014的规定，正线发车时L码至无码，会导致车载设备触发最大常用制动。

因此，发车时车载设备需在接近区段和咽喉区接收到低频码，根据后文4.1节的内容，应发送JC码，同时在正线接车发码电路基础上增加发车发码通道。该电路设计有两种方案：一是利用上述FJ切换发码通道；二是TCC驱动倒码继电器（DMJ），用其切换发码通道，控制发码方向。

3 C0级转换C2级方案

LKJ至车载设备切换的场景也就是C2站接车。当列车经道岔侧向进入股道时，根据《列车运行监控装置（LKJ）控制模式设定规范（2015版）》（TJ/DW173-2015）的规定，LKJ接收到UU/UUS码和司机输入股道信息后，LKJ的控制模式曲线是以前方进站道岔为停车目标点。当动车组越过等级执行点且接收到转换命令后，动车组列车由车载设备控制。根据《CTCS-2级列控车载设备暂行技术规范》（TJ/DW152-2014）的规定，在动车组未进入道岔区段之前，车载设备是以进站信号机为停车目标点。

如图 5所示，以等级转换执行点为基准，ν2为LKJ允许速度，ν1为车载设备的允许速度。LKJ和车载设备因停车目标点不一致，ν2和ν1的有较大的速度差。ν3为动车组列车实际运行速度，当动车组列车越过等级转换执行点后，ν3＞ν1，即列车实际运行速度远大于车载设备允许速度，故车载设备逻辑判定为超速，则触发紧急制动而停车。

图5 未设置限速前LKJ和车载设备制动模式曲线示意图Fig.5 Schematic diagram of braking mode curves of LKJ and onboard equipment without speed limit

解决上述问题的方案主要有：一是无论普速列车还是动车组，以C0/C2等级转换执行点为限速点，并纳入调度命令管理；二是修改LKJ数据，侧线接车时停车目标点为进站信号机；三是在行车组织上固定进路方式，即只使用直进弯出或直进弯出进路；四是除普速列车之外，人工控制动车组列车运行至C0/C2等级转换执行点前，人工控制运行速度至车载允许速度以下；五是要求司机在未越过等级转换点之前不输入股道信息。

通过故障条件下对运输组织的影响以及人工干预存在的安全风险等方面综合分析，推荐方案一。考虑限速对其他列车运行时分的影响，限速值档位设置应根据车载设备在等级转换执行点处的允许速度而定，长度为50 m考虑，确保允许速度和实际运行速度关系为ν1＞ν2＞ν3。设置限速后，LKJ和车载设备制动模式曲线关系，如图6所示。

图6 设置限速后LKJ和车载设备制动模式曲线示意图Fig.6 Schematic diagram of braking mode curves of LKJ and onboard equipment with speed limit

4 C2级转换C0级方案

车载设备至LKJ切换场景包括正线直向发车和侧线（含正线转线）发车。

4.1 正线直向发车

因区间无轨道电路，故车载设备制动模式曲线停车目标点为C2站接近区段边界，动车组在目标速度监视区（TSM）运行，如图7所示，制动模式曲线1。该区域司机人工实施制动频繁，动车组通过等级转换点时，若车载设备正在输出制动，则不能转换为C0级，导致动车组停车，待车载设备缓解后方可转换为C0级。

根据车载设备控制逻辑，正线运行时，若地面无码（含25.7 Hz（ZP）和27.9 Hz（JC）），且无码前为允许码，本案例是L码，则车载设备输出最大常用制动；当动车组在反向运行信息包[CTCS-3]描述的反向区段以FS模式运行时，若地面低频为JC码，则停车目标点为前方闭塞分区终点。因此，接近区段和咽喉区地面轨道电路发送JC码，同时在正线设置出站应答器组，TCC控制有源应答器发送[CTCS-3]包。

当动车组越过等级转换应答器组后，LKJ控制有效，速度监控曲线所需行车参数由LKJ提供，故可按照ZPW-2000系列轨道电路载频布置规则，将无轨道电路区段依次虚拟为数个有轨道电路信息区段，与站内区段长度之和为从C2站出站信号机至前方C0站进站信号机的距离，并作为[CTCS-3]信息包数据。接近区段和咽喉区发送JC码及出站应答器发送[CTCS-3]后速度监控曲线如图7所示曲线2，ν2＞ν1，动车组在顶棚速度监视区（CSM）运行，一定程度上提高了铁路运输能力。该方案不仅可保障车载设备和LKJ之间安全平稳转换，而且可提高动车组运输效率。

图7 LKJ和车载设备速度监控曲线示意图Fig.7 Schematic diagram of speed monitoring curves of LKJ and onboard equipment

4.2 侧线发车

根据车载设备侧线发车时控制逻辑的规定，车载设备在FS模式下接收到UU/UUS之后，若咽喉区无码，停车目标点是前方闭塞分区终点。在咽喉区，车载设备将以道岔侧向允许速度为固定限制速度监控动车组列车运行，直至运行至出站口接收到进站应答器组数据后，以接近区段边界为停车目标点重新计算速度控制曲线。同正线直向发车逻辑，可在进站有源应答器发送[CTCS-3]包，区间无轨道电路区段虚拟，作为[CTCS-3]信息包数据，停车目标点为前方C0站进站信号机。

5 临时限速

根据列控临时限速技术条件，C0站未设TCC，C2站所属调度台无法通过TSRS给C0站所属调度台下达临时限速命令，即C0站不能按照边界转换站处理。C2站所属调度台管辖范围内的临时限速命令按照CTC-TSRS-TCC顺序下达。对于管内无法覆盖的区段，C2站所属调度台可与C0站所属调度台之间通过电话、传真等方式联系确认，由C0站人工下达，但也可不设置限速，具体应根据运输组织实际需求确定。

对于下行运行方向，C2站TCC单方向临时限速管辖范围为CZ-C01/CZ-C02（FCZ-C01/FCZ-C02）有源应答器至BSN-JZ（BS-JZ）有源应答器，再加1个制动距离；对于上行运行方向，C2站BSN-JZ（BS-JZ）有源应答器至ZX0-2/FZX2-0，再加一个线路最高允许速度减速到45 km/h的制动距离，如图8所示。

图8 TSR管辖范围示意图Fig.8 Schematic diagram of TSR control area

6 结论

随着高速铁路以C2级引入既有铁路枢纽的情况越来越多，对于既有C0站暂无条件升级改造为C2站、动车组列车不能进入C0站的情况，本文介绍的C0/C2等级转换方法可解决此类问题。主要研究结论如下。

1）C0/C2等级转换应答器设于C2站接近区段，依次设置等级转换应答器组，其中[CZ-C0][FCZ-C0]应答器组由C2站TCC管辖。

2）C2站区间方向切换可通过既有64D半自动闭塞电路中的KTJ和TJJ组合逻辑来判别，且正线发车时设计发码通道，发送JC码。

3）C0级转换C2级场景，在等级转换执行点前设置限速，限速值档位设置应根据车载设备在等级转换执行点处的允许速度而定。

4）C2级转换C0级场景，TCC控制正线出站有源应答器和进站有源应答器组发送[CTCS-3]包；无轨道电路区段虚拟为有轨道电路区段，作为[CTCS-3]信息包数据。

5）C0站不作为边界转换站下达临时限速命令，C2站所述调度台管辖范围内的临时限速命令均通过TSRS下达给C2站TCC；对于管内无法覆盖的区段，由C0站所述调度台人工下达，或可不下达。