广州地铁CBTC系统特殊区段NCO延伸分析和验证

邓建华

广州地铁9号线、21号线、14号线（含支线）信号系统,均采用Seltrac®基于通信列车自动控制技术的城市轨道交通CBTC系统（以下简称“CBTC系统”）［1］。如果列车定位丢失或通信丢失,移动授权单元（MAU）在其控制范围内将无法追踪该列车的精确位置信息,只能根据计轴区段的占用状态确定列车所在区段。此时MAU若检测到一个区段被非通信列车（NCT）占用,则将创建一个非通信障碍物（NCO）［2］。简单地说,在CBTC系统模式下,NCO就是真正的“占用”,未清扫的NCO是移动授权的障碍物,受控列车（ATO、ATPM、DTB）将无法正常通过带有NCO的区段。

对于NCO,CBTC系统无法判断NCO区域的NCT列车状态,按照故障-安全原则［3］,MAU将扩大NCO区域,即延伸至邻近通信列车（CT）或相邻空闲区段边界,将NCO区段的相邻区段作为防护区段,一旦有CT占用该相邻区段,为确保NCO区域列车不与NCO区域相邻区段CT列车发生冲突,CBTC将触发CT列车紧急制动。此现象为系统的正常防护机制,称之为NCO延伸。

该保护机制的作用:一是为了阻止列车进入NCO区域,系统将后续列车限制在NCO区域之外,并在相邻区段外设置NCO停车点［5］；二是将NCT后方同一区段,或者已进入相邻区段的CT移动授权限制（LMA）［6］进路回撤,使得CT因NCO延伸触发紧急制动。因此,为了降低NCO及NCO延伸对行车的影响,应尽快组织清扫NCO,且清扫时必须使用通信列车的RMF模式进行人工确认。如果NCO在正线位置,行调组织CT清扫即可；若NCO出现在折返道岔区域,将使故障处理难度升级。

针对调度及信号人员在实际工作中,对CBTC系统NCO的创建及延伸机制的理解偏差,尤其是折返线及联络线2种特殊区段在组织故障处理时,稍有不慎将会导致故障及影响扩大化,本文以广州地铁CBTC线路中,A站折返线NCO的延伸分析及B站联络线NCO延伸的验证测试为例,深入分析2种典型区段NCO的创建及延伸场景,从而进一步研究折返线及联络线NCO延伸对列车的影响及处置方法。

1 折返线NCO延伸场景分析及影响

如图1所示,一列非通信列车NCT 1出厂时,由于车载设备故障,列车一直为NCO状态,行调组织该车运行至A站3道退出服务,此时A站3道区段3为NCO区段,相邻区段4为空闲状态时,NCO未发生延伸。在此前提下,折返线特殊区段NCO延伸及影响主要为以下3种场景。

图1 NCO相邻区段4空闲，NCO未延伸

场景1,如图2所示,A站折返线道岔SW2与道岔SW3之间距离只有32 m。为了安全防护,应在2组道岔之间设置侵限绝缘［7］。依据《铁路信号联锁图表编制原则》,联锁编制时应将侵限绝缘区段的侧向进路保护考虑在内［8］。因此,当CT 2运行进入区段4时,A站的折返线设计NCO相邻区段4为道岔区域,且SW2道岔在反位,NCO延伸至整个道岔区段,此时系统将LMA进路回撤,导致CT 2列车发生紧急制动［9］。行调组织CT 2以RMF方式动车,出清区段4后,区段4 NCO消失；但区段3中的NCO在未完成清扫时,后续CT在A站折返过程中,只要进入区段4,则NCO将从区段3延伸至相邻区段4,导致CT紧急制动,严重影响运营。

场景2,如图2所示,若A站折返线道岔SW2与SW3之间距离足够,不会造成侧面侵入界限,SW2与SW3之间未设置侵限绝缘,当CT 2运行进入区段4时,NCO从区段3延伸至相邻区段4,在条件允许的情况下,考虑到运营情况,系统会设置软NCO功能,可以理解为因CT 2已经进入到区段4中,MAU判断NCO延伸至区段4是由CT 2自身导致,而该区段实际状态是安全的,系统不会将区段4视为真实的障碍物。软NCO的设置可以有效防止因为在折返线区域,或越行线区域产生NCO而使运营中断的情况发生。正常情况下,软NCO不会导致授权的LMA进路回撤。因此,CT 2以受控模式通过区段4,出清区段4后,区段4的NCO消失。

图2 NCO相邻区段4占用，NCO发生延伸

场景3,如图2所示,虽然A站折返线道岔SW2与SW3之间距离不会造成侧面侵入界限,SW2与SW3之间未设置侵限绝缘,但若此时区段4受扰,由于NCT 1邻近区段4,NCO将延伸至整个折返岔区,此时道岔SW2锁闭,也无法执行解除过岔锁闭命令［5］,调度必须组织人员手摇道岔进行折返,CT 2以RMF方式动车,出清区段4后,区段4的NCO消失。该场景下,折返效率极低,对组织运营影响严重。因此,为降低特殊区段NCO延伸,或与特殊区段受扰叠加故障的风险,调度应提前预想,避免将NCT 1放置在折返站3道位置。

2 联络线NCO延伸验证及影响

为避免上述A站场景1及场景3严重影响运营的情况出现,广州地铁对采用Seltrac®无线CBTC系统线路所有特殊区段进行NCO延伸验证测试,从而全面掌握特殊区段NCO延伸对列车的影响,并制定改进方案及处置措施。

2.1 NCO延伸验证测试

图3所示为X线路与Y线路联络线特殊区段,该场景为地铁不同线路间典型的联络线设计,可以按照以下步骤开展NCO延伸验证测试。

1）受控列车CT 1停放在S1信号机前,保持ATO模式；为列车排列S1-S2进路（拖排含S1-S2进路,下同）,信号人员设置区段2受扰,S1信号机正常开放,列车进路不受影响,列车通过受扰区段后出清［10］。

2）信号人员设置区段4占用,由于X线路与Y线路为2套独立的CBTC系统,X线路CBTC系统无法确定Y线路区段4占用的情况。因此X线路CBTC系统将占用的区段4设为NCO区段,此时,NCO会延伸至SW1道岔反位分支及区段2中,S1信号机关闭,列车进路变为待办状态,影响S1-S2进路。CT 1无法以受控模式越过区段2,调度组织司机以RMF方式越过区段2。

3）在此基础上,信号人员设置区段3受扰,NCO延伸至区段2后,未继续延伸至区段3中,由于SW2道岔为定位,开通直股,NCO只会延伸到SW2道岔区段,不会再向两边延伸。

4）信号人员恢复区段2及区段3为空闲状态,区段4保持占用为NCO区段,组织CT 1列车以ATO模式动车,区段4 NCO延伸至区段2中,但LMA未发生回撤,列车正常运行,没有影响。

2.2 NCO延伸对行车的影响

通过对各线路联络线或越行站特殊区段的NCO延伸验证测试分析,总结提炼出不同场景下CBTC系统反应和对CT 1列车的行车影响,汇总成表见表1（如图3场景）。另外,对于设置了中间区段的联络线,NCO延伸测试结果与表1测试结论一致,通过核查该联络线联锁表,该中间区段的状态已列入进路授权的特殊条件。因此,在开展CBTC系统各线路特殊区段NCO延伸验证试验过程中,实际验证结论与联锁表一致性核查也是关键步骤。

表1 特殊区段NCO延伸验证测试结论

图3 B站联络线特殊区段场景

3 特殊区段NCO延伸处置

3.1 NCO通用处置

如图3所示,以B站联络线场景为例,SW1定位,区段4为NCO区段,同时区段2受扰,将会影响正线列车信号开放。调度需提前预想,开放S1引导信号,组织列车以RMF60模式,凭引导信号动车,直至可以恢复为ATO模式。同时,组织Y线CT列车以RMF模式完整驶过NCO区段,从而排除该区域内NCT的可能性,完成NCO区段的清扫。虽然调度人员及维修人员已掌握该NCO清扫处置的基本原理,但是在NCO清扫过程中,往往还需要细化到具体步骤,只有正常操作每一步才能快速完成NCO清扫,降低对运营的影响。

图4为B站联络线Y线路区段4 NCO初始场景,通常该场景是由于NTC通过受扰计轴区段4故障叠加而产生的。尽管在实际运营过程中,NCO创建的区段及场景有所不同,但依据NCO清扫的基本原理及验证测试,可将NCO的处置总结为以下具体步骤。

图4 联络线Y线路区段4NCO初始场景

1）VOBC将ATO列车 （CT 1）的停车点（NCO停车点）设在区段3的边界；列车的LMA延伸至S2信号机（此时S1信号机显示绿灯开放信号）；ATO列车在S1前自动停下。

2）调度取消进路,复位班次,然后重新为列车拖排至前方S4信号机的进路。

3）司机转换到RMF模式（RMF60模式）。

4）司机驾驶列车以RMF模式通过S1信号机,并在S2信号机前停车。

5）调度员将S2信号机设置引导显示,开放引导信号。

6）司机驾驶列车以RMF模式,通过S2信号机以及区段4。

7）列车到达区段4和区段5的边界,NCO区域不断缩小,小于最小工程车车长时,NCO清扫完毕。此时,MAU给列车提供LMA；TOD显示ATO/ATPM可用。

8）调度员设置列车班次,司机操作恢复受控模式开始动车。

NCO通用处置的注意事项:NCO的清扫应按照列车运行方向,从前到后依次动车,可以理解为区段4（NCO区段）前方列车动车行驶到与后车（区段4中的NTC）相隔一个空闲区段后,后车才开始动车。当区段4中的NTC驶离区段4后,CT 1按照上述NCO通用处置步骤,完成区段4 NCO清扫,这样利用空闲区段,列车只需清扫其车头至区段边界的NCO即可,从而大大提高处置效率［5］。

3.2 预防NCO延伸处置

1）对于广州地铁14号线、21号线远郊线路,列车运行间距较大,密度小,列车间隔在1个空闲区段以上,调度可以通过组织调整列车驾驶模式或者列车停站时间,将所有CT列车限制在NCT相邻区段之外,避免列车进入NCT区段产生NCO延伸,导致故障扩大化。

2）当线路上有NCT时,调度应将NCT尽快就近返回车厂,对于线路上同时出现了受扰区段,可组织就近停放NCT在存车线或者进入避让线退出服务,避免NCT靠近受扰区段,尤其杜绝靠近受扰岔区,否则受扰岔区道岔将锁闭无法解除,对运营造成较大影响。若道岔区域计轴受扰且无NCO,只需对该区段执行解除过岔锁闭命令便可操岔（30 s内有效,并只可操作1次）,同时优先组织未进站列车选择站前折返。

3）若某个有出入厂线的控区单边（上行或者下行）全部计轴区段都受扰,此时需立即停止组织列车在受扰的出/入段线出入厂,同时不能组织非通信列车接近受扰区段,避免NCO延伸。

4 结束语

广州地铁对采用Seltrac®无线CBTC系统的所有特殊区段进行了NCO延伸验证测试,掌握了发生NCO延伸的实际状态,理清了可停放NCT的存车线、折返线、避让线等位置清单,从而大大提高调度故障应急处理和运营组织的灵活性。另外,针对不同线路的特殊区段,制定了标准化测试流程文档和NCO验证测试方案,并开发了《CBTC系统NCO延伸及处置》培训课程,增强调度及维修人员的理解,针对性地修订了《信号故障应急现场处置方案》等文件,指导科学开展NCO处置及避免NCO延伸发生。自2019年完成验证测试工作至今,广州地铁CBTC系统线路未发生一起因NCO引起的晚点故障,或因NCO延伸导致的故障或故障扩大化事件。