高铁信号工程相邻轨道电路相同基准载频布置的研究

邵乐乐，聂 磊，陈 滨

(北京和利时系统工程有限公司，北京 100176)

引言

高速铁路列控系统是铁路安全的重要保证。中国借鉴了欧洲列车控制系统(European Train Control System， ETCS)[1]结合中国铁路的实际情况形成了中国列车控制系统(Chinese Train Control System， CTCS)体系。

列车运行控制系统CTCS包括地面列控系统和车载列控设备两部分。CTCS-2级列控系统基于轨道电路、点式应答器向车载传输列车运行许可信息，采用目标-距离模式监控列车安全运行。列控系统的运行许可信息作为列车行驶的凭证，是高速列车安全运行的保证[2-4]。

2004年原铁道部发布了《CTCS技术规范总则(暂行)》[5]，在总则指引下，中国铁路逐步完善了CTCS列控系统的技术标准，形成从总体方案、设计、生产、测试、施工、验收一系列标准，为CTCS系统在中国高铁的运用起到保驾护航的作用[6-8]。

截至2019年年底，我国高铁开通运营里程将达3.5万km，CTCS系统在实践中得到普遍运用，目前，CTCS系统各种标准满足了高铁列控系统从设计、施工、开通到运营维护全生命周期的要求[9-11]。

然而，在某些工程的特殊情况，尤其是枢纽引入时，设计规范没有涵盖所有情形，此时，工程设计人员需要结合列控产品的技术要求，在保证地面系统的可靠工作外，同时满足车载列控设备的要求。

1 问题提出

在CTCS-2级列控系统中，移频轨道电路是地面列控系统的基础设备。移频轨道电路载频布置是工程设计的重要环节。高速铁路接入枢纽或复杂站场工程，会出现相邻移频轨道电路相同基准载频的情况。例如大西线高速铁路与既有何寨站接轨(图1)，在何寨站进站信号机处布置了相同基准载频。相关列控数据按照相同基准载频进行配置，数据的验证、静态测试、现场静态验收均正常。在何寨站车地系统联调联试时，排列了SN信号机至IG的正线接车进路，列车车载因何寨站进站信号机处相同基准载频触发最大常用制动。

图1 何寨信号平面示意

在联调联试过程中发现此类问题时，需要重新变更信号平面布置及列控原始数据，原始数据变更又会导致列控软件数据重新编制、轨道电路调谐单元重新布置、使用单位重新验证与确认等一系列变更，耗费人力、物力，增加工程投资。

工程设计阶段应结合车载ATP系统统筹考虑区间及站内移频轨道电路的载频布置，遇到区间及站内相邻移频轨道电路相同基准载频的场景，应结合地面轨道电路及列控车载控制逻辑进行分析。

2 车载设备对移频轨道电路处理逻辑分析

2.1 移频轨道电路地面基准载频配置原则

目前，高铁轨道电路一般采用ZPW-2000系列移频轨道电路。根据技术条件规定，ZPW-2000系列移频轨道电路共有4种基准载频：1 700，2 000，2 300，2 600 Hz。基准载频派生-1型载频及-2型载频。相同载频是基准载频和派生类型均相同。

机械绝缘节两侧区段应采用不同载频轨道电路，如：1700-1；2300-1或1700-1；1700-2。

电气绝缘节两侧区段应采用不同基准载频的轨道电路，如：1700-1；2300-1。

区间车站轨道电路载频类型应统筹布置，下行按照1700-1，2300-1，1700-2，2300-2排列，上行按照2000-1，2600-1，2000-2，2600-2排列。

车站下行股道(到发线)应采用1 700 Hz及2 300 Hz基准载频；车站上行股道(到发线)应采用2 000 Hz及2 600 Hz基准载频。

站内轨道电路基准载频不能交错排列情况在目前设计规范中没有明确规定。

2.2 车载ATP轨道电路边界切换逻辑分析

轨道电路的边界采用不同载频是为防止轨道电路绝缘破损失效，而对车载ATP设备来说通过地面绝缘节时，解析不同的基准载频，来更新车载定位在股道电路的边界，不区分移频轨道电路的-1、-2型载频。

车载ATP能够通过基准载频变化来确定自身从一个轨道电路运行到了另外一个轨道电路上，同时更新自己所处轨道电路边界，以便正确计算MA。如图2所示，当车载ATP锁定2 300 Hz的基准载频后，立即更新自身所处的轨道电路边界。

图2 车载设备轨道电路边界切换逻辑(一)

2.3 相邻轨道区段不同基准载频的轨道电路边界切换

列车越过应答器后，根据D_SIGNAL距离且判断出经过轨道电路绝缘节后，更新列车所处轨道电路的边界。车载判断经过绝缘节的逻辑如下：当列车运行到D_SIGNAL-X处时，VC(车载安全计算机)将开始同时接收、解调[CTCS-1]包信息中所描述的TC1(1 700 Hz)和TC2(2 300 Hz)所指定的基准载频，当列车接收到TC2(2 300 Hz)的基准载频时，判断列车经过绝缘节。列车判断自身在区间时，X取值为100 m；列车判断自身在站内时，X取值为50 m。如图3所示。

图3 车载设备轨道电路边界切换逻辑(二)

2.4 相邻轨道区段相同基准载频的轨道电路边界切换

如果相邻轨道区段相同基准载频，列车是无法通过基准载频变化判断自身越过绝缘节的，也就无法通过基准载频变化更新轨道电路边界。那么在相同基准载频下，车载对于更新轨道边界是按如下逻辑处理的：车载判断列车越过应答器后运行D_SIGNAL距离再走行X强制更新轨道电路边界。列车判断自身在区间时，X取值为100 m，列车判断自身在站内时，X取值为50 m。

结合车载ATP轨道电路边界切换逻辑分析，从车载ATP控车逻辑对相邻轨道电路相邻载频的场景进行分析研究。

3 相邻轨道电路相同基准载频场景问题研究

3.1 对ATP正常控车有影响的相邻轨道电路相同基准载频布置

3.1.1 接近区段与接车咽喉区相同基准载频

图4 相邻轨道电路同基准载频场景(一)

如图4所示，站场相同基准载频场景为接近区段与接车咽喉区设置相同基准载频，分别为 1700-1，1700-2，地面排列X至IG接车进路，轨道电路发送U码，接车咽喉区段、股道发送HU码。

车载ATP根据应答器接收的[CTCS-1]信息包，获得接近区段基准载频信息及轨道电路长度Lm。ATP结合应答器报文信息与基准载频变化判断进入接近区段，在接近区段上解析轨道电路低频信息U码并按照U码计算目标停车点在XI出站信号机前方一定安全距离处。

列车继续前行，由于接近区段与接车咽喉区同基准载频，ATP不能根据基准载频变化的方式及时判断自身是否驶入咽喉区端，当动车组运行于咽喉区段前100 m内时，ATP判断自身仍然处于接近区段上。但是ATP解析轨道电路低频信息为咽喉区的HU码。ATP结合自身位置(接近区段)及低频信息HU码，将目标停车点缩短至X进站信号机前方一定安全距离处，ATP判断自身位置超出目标停车点而施加紧急制动，导致动车组停车。

3.1.2 股道与发车咽喉区相同基准载频

如图5所示，站场相同基准载频场景为股道与发车咽喉区设置相同基准载频，分别为 2300-1，2300-2，地面排列XI至SF发车进路，二离去区段有车占用，股道轨道电路发送U码，发车咽喉区、离去区段发送HU码。

图5 相邻轨道电路同基准载频场景(二)

车载ATP应答器接收的[CTCS-1]信息包获得股道基准载频信息及轨道电路长度Lm。ATP结合应答器报文信息与基准载频变化判断进入股道区段，在股道上解析轨道电路低频信息U码并按照U码计算目标停车点在一离去末端通过信号机前方一定安全距离处。

列车继续前行，由于股道与发车咽喉区相同基准载频，当动车组运行于发车咽喉区段前100 m内时，ATP判断自身仍然处于股道上。但是ATP解析轨道电路低频信息为发车咽喉区的HU码。ATP结合自身位置(股道内方)及低频信息HU码，将目标停车点缩短至XI出站信号机前方一定安全距离处，ATP判断自身位置超出目标停车点而施加紧急制动，导致动车组停车。

3.1.3 侧线股道布置有源应答器，接车咽喉与侧线股道相同基准载频

根据《列控数据管理暂行办法》等规范[12-16]“列控工程数据表格式及填写说明”中1.6节第8项的规定，“报文编制时，一个闭塞分区内含多个区段，且相邻轨道区段载频相同(仅区分-1和-2载频)，则轨道区段应合并填写”。因此JZ报文在描述图6中的同基准载频场景时，将接车咽喉区和股道描述为一段轨道区段。

在图6情景中办理3G侧线通过进路时，JZ应答器中[CTCS-1]描述轨道电路终点信号机类型是带有源应答器的出站信号机(0111b)。300H型车载ATP经过FCZ应答器时，收到包含d_signal=0的[CTCS-1]包且判断距离进站信号机绝缘节大于100 m，会将FCZ应答器识别为CZ应答器。由于FCZ应答器较CZ应答器缺少坡度信息，车载判定侧线出站应答器丢失，转入部分模式，并触发最大常用制动至停车。

图6 相邻轨道电路同基准载频场景(三)

3.2 车载ATP正常控车无影响的相邻轨道电路相同基准载频布置

3.2.1 侧线咽喉区相同基准载频

在咽喉区移频轨道电路(一般绝缘节两侧没有布置应答器)，此时布置相同基准载频对车载ATP控车没有影响。

如图7所示，以上站场有两种载频排列方式，第二种方案虽然不存在相邻轨道电路相同基准载频的情况，但是却存在相邻股道相同基准载频的问题，存在邻线干扰的安全隐患。第一种方案存在相同基准载频，而对轨道电路还是车载ATP却均无影响，因此，图7中第一种方案为最佳设计方案。

图7 相邻轨道电路同基准载频场景(四)

3.2.2 侧线股道无有源应答器，接车咽喉和侧线股道相同基准载频

如图8所示，当侧线股道上没有布置应答器或者仅布置了无源应答器时，接车咽喉区与侧线股道同基准载频对车载ATP正常控车无影响。

图8 相邻轨道电路同基准载频场景(五)

4 结论

CTCS系统在我国高铁有广泛的应用，各种标准基本满足工程建设的需要。随着各种工程经验的积累，列控标准可以进一步细化及明确。移频轨道电路的应用情况比较复杂，在今后工程中也需要进一步规范、统一[17-21]。

目前，高速铁路工程设计规范中没有明确规定轨道电路相同基准载频排列的具体要求。从车载ATP逻辑的角度，分析了地面列控系统中轨道电路相同基准载频布置对车载列控系统的影响，并提出解决方案，避免将此类设计问题遗留到车-地联调联试阶段，为同类工程设计提供借鉴和指导作用。