國內(nèi)地鐵運(yùn)營信號(hào)系統(tǒng)方案分析

國內(nèi)地鐵運(yùn)營信號(hào)系統(tǒng)方案分析

根據(jù)地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范的要求，地鐵信號(hào)系統(tǒng)應(yīng)成為重要的鐵路運(yùn)營系統(tǒng)，必須具有很高的安全性、可靠性和可用性。為提高列車運(yùn)行的安全性,目前國內(nèi)移動(dòng)閉塞式的ATC系統(tǒng),大多采用將點(diǎn)式列車控制模式(IntermittentATP)、或基于軌道電路的列車控制模式(Interlockingcontrol)作為后備列車運(yùn)行控制模式,每種方案對(duì)信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈方案要求不盡相同。本文在對(duì)國內(nèi)地鐵正線軌旁信號(hào)機(jī)顯示方案進(jìn)行總結(jié)的基礎(chǔ)上,以杭州地鐵1號(hào)線及大連地鐵1、2號(hào)線為例,對(duì)點(diǎn)燈方案進(jìn)行設(shè)計(jì)和分析。1信號(hào)道岔城市軌道交通正線上的信號(hào),按功能分為主體信號(hào)(黃燈、綠燈、紅燈,除復(fù)示信號(hào)機(jī))與輔助狀態(tài)信號(hào)(藍(lán)燈),分別用于降級(jí)的非CBTC列車運(yùn)行憑證和CBTC列車憑證,以區(qū)分CBTC和非CBTC及信號(hào)機(jī)故障狀態(tài)下的顯示;按位置分為出站信號(hào)機(jī)、道岔防護(hù)信號(hào)機(jī)、道岔防護(hù)兼出站信號(hào)機(jī)、折返阻擋信號(hào)機(jī)、線路終端的阻擋信號(hào)機(jī)及復(fù)示信號(hào)機(jī)。信號(hào)的具體含義如下。黃燈:允許信號(hào),至下一個(gè)信號(hào)機(jī)的進(jìn)路已空閑并且鎖閉,且進(jìn)路內(nèi)至少有一組道岔開通側(cè)向。紅燈+黃燈:開放引導(dǎo)信號(hào),警示司機(jī)根據(jù)調(diào)度命令行車,不具備任何速度含義。紅燈:絕對(duì)停止信號(hào),禁止列車越過此信號(hào)機(jī)。藍(lán)燈:CBTC車可越過此信號(hào)機(jī),這個(gè)顯示將道岔已經(jīng)電氣鎖閉的信息傳達(dá)給CBTC列車,主信號(hào)滅燈并點(diǎn)亮藍(lán)燈。藍(lán)燈由ZC安全控制并通過MicroLok實(shí)現(xiàn)。裝備有全套車載設(shè)備并在CBTC運(yùn)行模式下的列車,定義為CBTC列車;車載設(shè)備故障的列車或沒有裝備車載設(shè)備的列車,或該列車駕駛模式已轉(zhuǎn)換成非CBTC模式,如iATP,RM或NRM,定義為非CBTC列車。非CBTC列車按照軌旁信號(hào)機(jī)的顯示行車。2點(diǎn)燈電路分析目前的CBTC系統(tǒng)項(xiàng)目中,信號(hào)機(jī)的機(jī)構(gòu)和顯示模式有3種方案:(1)CBTC模式下信號(hào)機(jī)滅燈;(2)CBTC模式下信號(hào)機(jī)按照移動(dòng)授權(quán)的狀態(tài)點(diǎn)燈;(3)在原有信號(hào)機(jī)機(jī)構(gòu)上增加藍(lán)燈燈位,當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行在CBTC模式下,信號(hào)機(jī)點(diǎn)CBTC的狀態(tài)表示燈(藍(lán)燈)。目前,方案(1)無法自動(dòng)持續(xù)檢測(cè)燈絲狀態(tài),且不利于司機(jī)了解信號(hào)機(jī)位置;方案(2)中信號(hào)機(jī)同樣的顯示,在CBTC模式下和后備模式下的定義不同,遇系統(tǒng)設(shè)備故障時(shí),存在顯示升級(jí)、不符合設(shè)計(jì)原則的缺點(diǎn)?，F(xiàn)以杭州地鐵1號(hào)線四燈位常態(tài)點(diǎn)藍(lán)燈為例,對(duì)方案(3)進(jìn)行設(shè)計(jì)分析。杭州地鐵1號(hào)線信號(hào)系統(tǒng)無故障時(shí),區(qū)域控制器ZC(ZoneController)輸出一個(gè)命令,由MicroLok驅(qū)動(dòng)CBTC工作狀態(tài)繼電器,將此繼電器接點(diǎn)用于點(diǎn)燈電路中,使該信號(hào)機(jī)主信號(hào)滅燈并點(diǎn)亮狀態(tài)藍(lán)燈。當(dāng)狀態(tài)藍(lán)燈滅燈時(shí),信號(hào)系統(tǒng)自動(dòng)改點(diǎn)紅燈,燈絲監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)故障藍(lán)燈進(jìn)行報(bào)警提示。此設(shè)計(jì)可有效改善方案(1)的缺點(diǎn)。同時(shí),軌旁ATP設(shè)備向車載信號(hào)設(shè)備發(fā)送對(duì)應(yīng)地面紅燈顯示的移動(dòng)授權(quán)信號(hào),車載設(shè)備收到此信息后,將采取制動(dòng)措施并確保列車完全停下來。杭州地鐵1號(hào)線信號(hào)系統(tǒng)無線通信故障時(shí),運(yùn)行中的CBTC列車轉(zhuǎn)換為非CBTC列車,司機(jī)駕駛列車需以地面信號(hào)作為主體信號(hào)運(yùn)行,藍(lán)燈視為禁止信號(hào),將不允許越過。此時(shí)MicroLok根據(jù)列車占用計(jì)軸區(qū)段狀態(tài)檢測(cè)列車位置,設(shè)置區(qū)段閉塞,分別使非CBTC列車運(yùn)行前方和后方各兩架信號(hào)機(jī),主顯示為點(diǎn)燈狀態(tài),輔助信號(hào)藍(lán)燈為滅燈狀態(tài)。此設(shè)計(jì)可避免方案(2)中的故障升級(jí)風(fēng)險(xiǎn)。綜上所述,方案(3)可成為CBTC模式下的最佳方案。3在退化控制模式下，地方信號(hào)顯示方案3.1信號(hào)機(jī)設(shè)計(jì)方案1.出站信號(hào)機(jī)。目前的出站信號(hào)機(jī)機(jī)構(gòu)設(shè)置方案有3種:(1)二燈位,紅色、綠色,大連地鐵1、2號(hào)線應(yīng)用;(2)三燈位,紅色、綠色、黃色,成都地鐵1、2號(hào)線應(yīng)用;(3)四燈位,藍(lán)色、紅色、綠色、黃色,杭州地鐵1、2號(hào)線應(yīng)用。2.道岔防護(hù)信號(hào)機(jī)及道岔防護(hù)兼出站信號(hào)機(jī)。因道岔區(qū)段有速度限制及進(jìn)路的不唯一性,此2種信號(hào)機(jī)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)均需開放黃燈。目前有2種方案:(1)三燈位,紅色、綠色、黃色,成都地鐵1、2號(hào)線應(yīng)用;(2)四燈位,紅色、綠色、黃色、藍(lán)色,杭州地鐵1、2號(hào)線應(yīng)用。3.區(qū)間信號(hào)機(jī)。通常在車輛段、停車場(chǎng)和其他線路進(jìn)入正線入口處,以及滿足降級(jí)控制模式下,在長大區(qū)間列車運(yùn)行間隔需要的區(qū)間分割點(diǎn)處,設(shè)置區(qū)間防護(hù)信號(hào)機(jī)。該信號(hào)機(jī)機(jī)構(gòu)設(shè)置有3種方案:(1)二燈位,紅色、綠色,大連地鐵1、2號(hào)線、北京地鐵8、10號(hào)線應(yīng)用;(2)三燈位,紅色、綠色、黃色,成都地鐵1、2號(hào)線、廣州地鐵4號(hào)線應(yīng)用;(3)四燈位,藍(lán)色、紅色、綠色、黃色,杭州地鐵1、2號(hào)線應(yīng)用。4.線路終端阻擋信號(hào)機(jī)。其主要機(jī)構(gòu)設(shè)置方案有2種:(1)單燈位,紅色;(2)二燈位,紅色、封燈。此2種方案在地鐵系統(tǒng)內(nèi)均有應(yīng)用。5.復(fù)示信號(hào)機(jī)。因《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》《城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)通用技術(shù)條件》等城市軌道交通相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)中,均無復(fù)示信號(hào)機(jī)的設(shè)置及顯示標(biāo)準(zhǔn),目前在已設(shè)計(jì)過的地鐵線路中,例如杭州地鐵1、2號(hào)線、成都地鐵1、2號(hào)線、大連地鐵1、2號(hào)線及鄭州地鐵1號(hào)線中,均參照《鐵路信號(hào)設(shè)計(jì)規(guī)范》的定義,復(fù)示信號(hào)機(jī)僅復(fù)示主體信號(hào)機(jī)的允許信號(hào)(綠燈、黃燈),以無顯示為定位,當(dāng)其主體信號(hào)機(jī)為關(guān)閉時(shí),復(fù)示信號(hào)機(jī)自動(dòng)恢復(fù)定位。機(jī)構(gòu)采用方形背板以區(qū)別于主體信號(hào)機(jī)。3.2動(dòng)態(tài)信標(biāo)控制電路出站信號(hào)機(jī)及長大區(qū)間分割信號(hào)機(jī)二燈位顯示方案,較三燈位及四燈位顯示方案節(jié)約成本,有便于維護(hù)的優(yōu)點(diǎn)。但此方案遇線路限速時(shí),無法開放引導(dǎo)信號(hào),不具有引導(dǎo)防護(hù)功能。針對(duì)此問題,在設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)信標(biāo)控制電路時(shí),增加臨時(shí)限速切除按鈕(TSRA),如圖1所示。遇線路限速時(shí),信號(hào)機(jī)開放允許信號(hào),通過限速區(qū)段臨時(shí)限速按鈕,切斷與信號(hào)機(jī)相關(guān)聯(lián)的動(dòng)態(tài)信標(biāo)激活電路。當(dāng)在iATP模式的列車運(yùn)行至限速區(qū)段時(shí),采用RM模式或NRM模式通過限速區(qū)段。三燈位、四燈位信號(hào)機(jī),遇線路限速時(shí),由聯(lián)鎖采集限速信息,進(jìn)行進(jìn)路鎖閉,人工開放引導(dǎo)信號(hào)實(shí)現(xiàn)。其限速方案系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示。3.2.2虛擬信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈方案由于聯(lián)絡(luò)限界的原因,在聯(lián)絡(luò)線上無法設(shè)置室外信號(hào)機(jī),可設(shè)置虛擬信號(hào)機(jī)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)線作業(yè)的接口需求。聯(lián)鎖系統(tǒng)負(fù)責(zé)完成照查、進(jìn)路建立/解鎖/取消、信號(hào)機(jī)開放、道岔單鎖至定位等有關(guān)操作及正確聯(lián)鎖邏輯檢查。虛擬信號(hào)機(jī)按進(jìn)路的聯(lián)鎖關(guān)系,在車控室工作站界面上給出相應(yīng)點(diǎn)燈表示。下面以大連地鐵1號(hào)線為例,對(duì)其信號(hào)開放辦理方式及信號(hào)引導(dǎo)功能的設(shè)計(jì)進(jìn)行分析。1.虛擬信號(hào)機(jī)開放辦理方式。如圖3所示,因1號(hào)線與2號(hào)線聯(lián)絡(luò)限界原因,在聯(lián)絡(luò)線中點(diǎn)處設(shè)置進(jìn)入雙方正線的入口防護(hù)虛擬信號(hào)機(jī)X0208/X2803。2號(hào)線向1號(hào)線轉(zhuǎn)線作業(yè)時(shí),在1號(hào)線建立了接車進(jìn)路,X0208開放允許信號(hào),并給出“同意接車”信息后,2號(hào)線方能辦理至聯(lián)鎖線的發(fā)車進(jìn)路,開放轉(zhuǎn)線防護(hù)信號(hào)機(jī)X2807,完成接、發(fā)車進(jìn)路辦理作業(yè)。2.虛擬信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈方案。虛擬信號(hào)機(jī)引導(dǎo)信號(hào)的設(shè)置,因所采用的信號(hào)系統(tǒng)開放引導(dǎo)信號(hào)條件的不同而不同。就大連地鐵1、2號(hào)線信號(hào)系統(tǒng)開放引導(dǎo)信號(hào)條件而言,要求進(jìn)路內(nèi)方計(jì)軸區(qū)段占用且緊鄰信號(hào)機(jī)的區(qū)段占用,對(duì)虛擬信號(hào)機(jī)設(shè)置引導(dǎo)信號(hào)無實(shí)際意義,可不設(shè)。以虛擬信號(hào)機(jī)X0208為例,對(duì)其不設(shè)置引導(dǎo)信號(hào)的3種情況分析如下:(1)X0208開放引導(dǎo)信號(hào)的條件是,信號(hào)機(jī)內(nèi)方進(jìn)路上的區(qū)段故障,且占用接近區(qū)段ST2801。若ST0104區(qū)段因故紅光帶,此時(shí)2號(hào)線辦理轉(zhuǎn)線請(qǐng)求,因接近區(qū)段空閑,進(jìn)路X0208→X0302引導(dǎo)信號(hào)無法開放,1號(hào)線的“同意轉(zhuǎn)線”信號(hào)亦無法發(fā)出,導(dǎo)致2號(hào)線發(fā)車信號(hào)不能開放。(2)進(jìn)路X0208→X0302接車信號(hào)開放,2號(hào)線的轉(zhuǎn)線發(fā)車信號(hào)也已開放,車尚未壓入發(fā)車信號(hào)機(jī)內(nèi)方,若X0208進(jìn)路內(nèi)方區(qū)段因故紅光帶,X0208接車信號(hào)關(guān)閉,1號(hào)線的“同意轉(zhuǎn)線”信號(hào)丟失,導(dǎo)致2號(hào)線轉(zhuǎn)線發(fā)車信號(hào)關(guān)閉,由于其接近區(qū)段ST2801空閑,同樣X0208不能開放引導(dǎo)信號(hào),1號(hào)線的“同意轉(zhuǎn)線”信號(hào)無法發(fā)出,2號(hào)線的發(fā)車信號(hào)不能開放。(3)進(jìn)路X0208→X0302接車信號(hào)已開放,2號(hào)線轉(zhuǎn)線的發(fā)車信號(hào)亦開放,當(dāng)轉(zhuǎn)線車列壓入ST2801區(qū)段,此時(shí)X0208進(jìn)路內(nèi)方區(qū)段因故紅光帶,X0208接車信號(hào)關(guān)閉,對(duì)于已進(jìn)入X0208內(nèi)方的司機(jī)而言,X0208的關(guān)閉無實(shí)際意義,并不影響正在進(jìn)行的轉(zhuǎn)線作業(yè),直至下一架信號(hào)機(jī)X0302才能對(duì)車列進(jìn)行阻擋,X0208也無需再開放引導(dǎo)信號(hào)。4信號(hào)機(jī)設(shè)置及顯示方案選擇信號(hào)系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)在