ccs-2級(jí)和ccs-3級(jí)在動(dòng)車組上的列控系統(tǒng)模式

ccs-2級(jí)和ccs-3級(jí)在動(dòng)車組上的列控系統(tǒng)模式

1動(dòng)車組的速度和長度高速鐵路列車采用一臺(tái)動(dòng)車組，列車采用八組或兩組八組的重組，并重復(fù)連接。單列動(dòng)車組長度大約210m。動(dòng)車組有250km/h和350km/h2種速度。動(dòng)車組接車作業(yè)主要有側(cè)向接車和直向接車。要求動(dòng)車組接車時(shí)必須整車停于站臺(tái)內(nèi),不得越過信號(hào)機(jī),絕對不可以越過警沖標(biāo)。2c3列控系統(tǒng)中國鐵路列車運(yùn)行控制系統(tǒng)(CTCS)共分為5級(jí),目前適用于高速鐵路的列控系統(tǒng)為CTCS-2級(jí)(C2)和CTCS-3級(jí)(C3)列控系統(tǒng)。C2主要用于時(shí)速200～250km的客運(yùn)專線和時(shí)速200km的客貨共線鐵路,C3主要應(yīng)用于時(shí)速300～350km的高速鐵路,其功能包含C2。2個(gè)列控系統(tǒng)控制原理相近,均采用一次模式曲線控制列車運(yùn)行,即以前方列車距本車的距離由車載設(shè)備實(shí)時(shí)計(jì)算本車控制曲線,給出允許速度值。主要不同點(diǎn)是車-地信息傳輸媒介不同,C2采用軌道電路加點(diǎn)式應(yīng)答器單向傳遞列控系統(tǒng)信息,C3采用GSM-R無線通信雙向傳遞列控信息。列控系統(tǒng)是鐵路信號(hào)的核心安全設(shè)備,其安全完善度等級(jí)要滿足SIL4級(jí)要求。極端情況下,即使設(shè)備遭遇停電或完全損毀,其輸出也必須導(dǎo)向安全側(cè):禁止列車運(yùn)行或產(chǎn)生緊急制動(dòng)。列控系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)符合故障-安全原則,采用硬件多重冗余的安全計(jì)算機(jī)平臺(tái)作為主邏輯運(yùn)算單元。3地面下站信號(hào)機(jī)至警沖標(biāo)距離高速鐵路車站到發(fā)線有效長(股道兩端警沖標(biāo)之間的距離)650m,采用16輛編組時(shí)站臺(tái)長度450m。道岔側(cè)向允許速度80km/h。出站信號(hào)機(jī)至警沖標(biāo)的距離(含過走防護(hù)距離50m)一般采用55m。站坪宜設(shè)在平道上,困難條件下可設(shè)在不大于1‰的坡道上。4控車安全保障研究根據(jù)科技運(yùn)136號(hào)《CTCS-2級(jí)列控系統(tǒng)應(yīng)答器應(yīng)用原則(V2.0)》和鐵集成124號(hào)《客運(yùn)專線C2車載和地面設(shè)備配置及運(yùn)用技術(shù)原則(暫行)》的規(guī)定,進(jìn)站外方接近區(qū)段和站內(nèi)的應(yīng)答器以及出站信號(hào)機(jī)的布置情況如下:進(jìn)站口外方30m處設(shè)置進(jìn)站有源應(yīng)答器組,用于向車載提供進(jìn)路信息、臨時(shí)限速等相關(guān)控車信息;進(jìn)站口外方250m處設(shè)置定位應(yīng)答器用于列車定位;車站到發(fā)線上的應(yīng)答器組一般要求設(shè)置在距出站信號(hào)機(jī)(30±0.5)m處;出站信號(hào)機(jī)設(shè)置在距警沖標(biāo)不小于55m(含過走防護(hù)距離50m)的地點(diǎn)(見圖1)。C2工作模式主要有完全監(jiān)控模式(FS)、部分監(jiān)控模式(PS)、目視行車模式(OS)、調(diào)車監(jiān)控模式(SH)、隔離模式(IS)5種。隔離模式是列控車載設(shè)備制動(dòng)功能停用的模式,因此不將隔離模式作為設(shè)備安全分析對象進(jìn)行研究。動(dòng)車組車站接車作業(yè)過程運(yùn)用的列車自動(dòng)防護(hù)(ATP)模式僅包括完全監(jiān)控模式、部分監(jiān)控模式和目視行車模式3種。不同模式采用不同的安全保護(hù)方式,動(dòng)車組接車作業(yè)安全策略研究的重點(diǎn)是,分析動(dòng)車組在上述幾種模式下依據(jù)現(xiàn)行規(guī)范是否存在冒進(jìn)出站信號(hào)或冒進(jìn)警沖標(biāo)的可能,如果存在冒進(jìn)的可能,需要進(jìn)一步研究其他配套工程措施或制定相應(yīng)運(yùn)輸管理規(guī)定,以提高動(dòng)車組接車作業(yè)的安全性。以下分析均基于動(dòng)車組制動(dòng)性能處于良好狀態(tài),C3研究也是如此。4.1基于距離模式的制動(dòng)信號(hào)完全監(jiān)控模式是列車正常運(yùn)行模式。列車按高于允許速度2km/h報(bào)警、5km/h常用制動(dòng)、10km/h緊急制動(dòng)設(shè)置。在完全監(jiān)控模式下,車載設(shè)備可以獲得控制列車運(yùn)行的各項(xiàng)數(shù)據(jù),能夠判斷列車位置和停車位置,在保證列車速度滿足線路固定限速、車輛構(gòu)造速度、停車位置、限速等條件下,生成目標(biāo)-距離模式曲線,并連續(xù)監(jiān)控列車速度,與模式速度比較,自動(dòng)輸出緊急制動(dòng)或常用制動(dòng)命令,同時(shí),通過人機(jī)界面顯示列車實(shí)際速度、允許速度、目標(biāo)速度和目標(biāo)距離等信息。列車以完全監(jiān)控模式側(cè)線進(jìn)站停車時(shí),ATP以進(jìn)站口限速80km/h(1/18及以上號(hào)碼道岔)或45km/h(1/18以下號(hào)碼道岔)計(jì)算速度-距離曲線;當(dāng)動(dòng)車組越過進(jìn)站信號(hào)機(jī)后,車載ATP按照在出站信號(hào)前停車(V=0)計(jì)算速度-距離曲線,計(jì)算停車點(diǎn)時(shí)C2車載設(shè)備考慮60m(常用制動(dòng))或50m(緊急制動(dòng))的測速測距等誤差作為其安全防護(hù)距離。在該模式下,如果進(jìn)站接近區(qū)段收到黃黃(UU)或黃黃閃(UUS)碼,越過進(jìn)站信號(hào)機(jī)處有源應(yīng)答器后,即使地面軌道電路低頻信息碼轉(zhuǎn)為無碼,也不產(chǎn)生0km/h的制動(dòng)模式,而仍以出站信號(hào)機(jī)為打靶點(diǎn)生成制動(dòng)曲線。由于C2采用閉口的模式曲線控車方式,因此,其完全監(jiān)控模式能有效防止列車超速、防止列車冒進(jìn)出站信號(hào)機(jī),列車運(yùn)行安全可控。4.2發(fā)線股道采用單條線路監(jiān)控模式,增加列車有機(jī)可靠性部分監(jiān)控模式是列車車載設(shè)備接收到軌道電路允許行車信息,而缺少應(yīng)答器提供的線路數(shù)據(jù)或限速數(shù)據(jù)時(shí)使用的模式。該模式在列車進(jìn)站內(nèi)側(cè)線停車時(shí)又分如下3類情況。(1)經(jīng)道岔側(cè)向接車:列車在區(qū)間運(yùn)行,車載設(shè)備處于完全監(jiān)控模式。當(dāng)列車運(yùn)行到進(jìn)站信號(hào)機(jī)前方,車載設(shè)備收到地面軌道電路UU碼或UUS碼信息后,立即生成目標(biāo)速度為45km/h或80km/h的模式限速曲線控制列車安全駛向進(jìn)站信號(hào)機(jī)。如果車載設(shè)備未能收到進(jìn)站應(yīng)答器信息或只收到默認(rèn)信息,則ATP立即轉(zhuǎn)入部分監(jiān)控模式。列車在接收到UU碼或UUS碼信息之后如果沒有收到任何碼,則按45km/h或80km/h的頂棚速度控車,80km/h頂棚速度控車保持的總距離為1500m,之后限制在45km/h。列車進(jìn)入股道,車載設(shè)備如果收到HU碼,則立即輸出最大常用制動(dòng),使列車停車。由于列車進(jìn)站時(shí)沒有收到進(jìn)站應(yīng)答器信息或只收到默認(rèn)報(bào)文,說明地面列控設(shè)備出現(xiàn)故障,如果不再考慮故障的疊加(或積累,下同),即不再考慮發(fā)生站內(nèi)軌道電路發(fā)碼故障,則列車進(jìn)站后,最遲在車載同步傳輸模塊(STM)接收天線(距車頭5m)駛?cè)氲桨l(fā)線股道后應(yīng)能收到HU碼,進(jìn)而實(shí)施最大常用制動(dòng)。以常用制動(dòng)距離較大的CRH2-200型動(dòng)車組為例,其以NBP85km/h的速度在連續(xù)2‰(規(guī)范規(guī)定車站內(nèi)坡道設(shè)計(jì)困難情況下不得大于1‰)下坡上的最大常用制動(dòng)距離為540m(含空走距離)?？瓦\(yùn)專線到發(fā)線股道上兩出站信號(hào)機(jī)的距離最小為540m,由此可見,該情況下列車仍能在出站信號(hào)機(jī)前方停下來,列車運(yùn)行安全可控。但如果繼續(xù)考慮站內(nèi)軌道電路全部發(fā)碼故障,列車進(jìn)站后,車載設(shè)備一直沒有收到任何碼,則會(huì)按45km/h或80km/h的頂棚速度控車;如果此時(shí)司機(jī)減速停車控制不當(dāng),列車將有可能冒進(jìn)出站信號(hào)機(jī)。在此種情況下,列控系統(tǒng)還有最后一道安全措施,即列車經(jīng)過出站應(yīng)答器時(shí),車載設(shè)備收到“絕對停車”報(bào)文,會(huì)立即實(shí)施緊急制動(dòng)。實(shí)施緊急制動(dòng)的初速度可能的最大值為EBP90km/h或55km/h。以緊急制動(dòng)性能較好的CRH2-200型動(dòng)車組為例,計(jì)算其在平坡處的緊急制動(dòng)模式曲線(EBP)85km/h和50km/h的緊急制動(dòng)距離值分別為307m和129m(均含空走距離),此外還應(yīng)考慮車載應(yīng)答器天線安裝位置(距車頭8～15m)因素。由于應(yīng)答器距警沖標(biāo)的距離只有85～120m,小于列車的緊急制動(dòng)距離,因此存在列車冒進(jìn)警沖標(biāo)、形成列車側(cè)面沖突的可能。由此可見,在考慮單一故障的情況下,經(jīng)道岔側(cè)向接車,完全監(jiān)控因故轉(zhuǎn)為部分監(jiān)控模式,部分監(jiān)控模式可控制列車在出站信號(hào)機(jī)前方停下來,列車運(yùn)行安全可控;但如果繼續(xù)考慮后續(xù)故障疊加,而且司機(jī)有操作不當(dāng)?shù)那闆r,則有可能出現(xiàn)列車冒進(jìn)出站,甚至冒進(jìn)警沖標(biāo)的危險(xiǎn)。因此有必要從管理規(guī)章上規(guī)定司機(jī)必須嚴(yán)格駕駛。(2)引導(dǎo)接車:列車在區(qū)間運(yùn)行,車載設(shè)備處于完全監(jiān)控模式。列車運(yùn)行到進(jìn)站信號(hào)機(jī)外方,車載設(shè)備接收到紅白(HB)碼(進(jìn)站開放引導(dǎo)信號(hào)),當(dāng)列車越過進(jìn)站信號(hào)機(jī)后,即轉(zhuǎn)入引導(dǎo)接車的部分監(jiān)控模式,車載設(shè)備生成固定限速20km/h的限速線控制列車運(yùn)行,同時(shí)要求司機(jī)在列車運(yùn)行200m或60s內(nèi)按壓警惕按鍵,否則,列車車載設(shè)備即生成目標(biāo)速度為0的模式曲線,輸出緊急制動(dòng)。在該情況下,司機(jī)如果在列車每運(yùn)行200m或60s內(nèi)按壓警惕按鍵但控車不當(dāng),列車將有可能冒進(jìn)出站信號(hào)。不過,即使列車冒進(jìn)出站信號(hào)機(jī),列控系統(tǒng)也還有上面所述的最后一道安全措施,即當(dāng)列車經(jīng)過出站應(yīng)答器組時(shí),車載設(shè)備收到“絕對停車”報(bào)文后,立即實(shí)施緊急制動(dòng)。以CRH3型動(dòng)車組為例,計(jì)算其在連續(xù)2‰下坡上的EBP25km/h的緊急制動(dòng)距離值為53m(含空走距離)?？梢?因制動(dòng)距離小于應(yīng)答器組至警沖標(biāo)的距離,列車沒有冒進(jìn)警沖標(biāo),仍屬安全范圍內(nèi)。但如果這最后一道安全措施也因故失效(如出站應(yīng)答器組故障或丟失),則列控系統(tǒng)不能防止列車冒進(jìn)警沖標(biāo)。因此,為策安全,引導(dǎo)接車的部分監(jiān)控模式需要從管理層面要求司機(jī)承擔(dān)防冒進(jìn)的職責(zé)。(3)列車在前方車站或本站站外區(qū)間運(yùn)行時(shí),車載設(shè)備因缺少線路數(shù)據(jù)或限速數(shù)據(jù)而已經(jīng)轉(zhuǎn)為部分監(jiān)控模式。此時(shí),車載設(shè)備生成45km/h的限速線控制列車限速運(yùn)行,在進(jìn)站過程中,若仍未接收到進(jìn)站應(yīng)答器信息,進(jìn)站后,車載設(shè)備若收到允許碼則保持45km/h的速度運(yùn)行,若未收到軌道電路信息或收到HU碼,則立即輸出最大常用制動(dòng)控制列車停車。該制動(dòng)距離遠(yuǎn)小于進(jìn)、出站信號(hào)機(jī)之間的距離,故列車可以安全地停在出站信號(hào)機(jī)前方。4.3視合理機(jī)模式下地面低頻信息碼輸出目視行車是司機(jī)控車的固定限速模式,限速20km/h。列控車載設(shè)備顯示停車信號(hào)停車后,通過司機(jī)操作轉(zhuǎn)入目視行車模式。該模式要求司機(jī)在列車每運(yùn)行200m或60s內(nèi)按壓警惕按鍵,否則,列車車載設(shè)備生成0限速模式曲線輸出制動(dòng)。目視行車模式下地面低頻信息碼不起作用,但應(yīng)答器中“目視行車危險(xiǎn)”報(bào)文有效。目視行車模式和引導(dǎo)接車的部分監(jiān)控模式基本一樣,司機(jī)如果在列車每運(yùn)行200m或60s內(nèi)按壓警惕按鍵,但控車不當(dāng),列車將有可能冒進(jìn)出站信號(hào)。因此,此模式下車載設(shè)備只有防超速功能,而無防冒進(jìn)功能,需從管理層面要求司機(jī)承擔(dān)防冒進(jìn)的職責(zé)。5c、將c作為車載設(shè)備,國外汽車還可通過車輛將cC3區(qū)間、車站內(nèi)軌道電路和應(yīng)答器設(shè)置方式與C2描述內(nèi)容相同,其出站應(yīng)答器組設(shè)置則根據(jù)科技運(yùn)21號(hào)《關(guān)于印發(fā)CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)應(yīng)答器應(yīng)用原則(V2.0)的通知》第“3.3.2.1”條規(guī)定,車站有高站臺(tái)的到發(fā)線出站信號(hào)機(jī)外方設(shè)置由1個(gè)有源應(yīng)答器和1個(gè)無源應(yīng)答器構(gòu)成的應(yīng)答器組,該應(yīng)答器組宜靠近站臺(tái)端設(shè)置,距離出站信號(hào)機(jī)不應(yīng)小于20m(從靠近絕緣節(jié)的應(yīng)答器計(jì)算),與C2略有差異(見圖2)。根據(jù)列控系統(tǒng)車載設(shè)備技術(shù)規(guī)范,C3工作模式主要有完全監(jiān)控模式(FS)、目視行車模式(OS)、引導(dǎo)模式(CO)、調(diào)車模式(SH)、隔離模式(IS)、休眠模式(SL)共6種。當(dāng)RBC或GSM-R設(shè)備等故障時(shí)可轉(zhuǎn)換到C2后備控車模式。動(dòng)車組車站接車作業(yè)過程運(yùn)用到的ATP模式僅包括完全監(jiān)控模式、引導(dǎo)模式、目視行車模式、部分監(jiān)控模式共4種。5.1生產(chǎn)目標(biāo)-距離模式側(cè)線進(jìn)站停車時(shí),C3列控車載設(shè)備能夠判斷列車位置和停車位置,在保證列車速度滿足線路固定限速、車輛構(gòu)造速度、停車位置、限速等條件的前提下,ATP以進(jìn)站內(nèi)方第一個(gè)側(cè)向?qū)ο虻啦聿砑庀匏?0km/h(1/18及以上號(hào)碼道岔)或45km/h(1/18以下號(hào)碼道岔)計(jì)算速度-距離曲線;當(dāng)動(dòng)車越過進(jìn)站信號(hào)機(jī)前的應(yīng)答器后,ATP按照在出站信號(hào)機(jī)前停車(V=0)計(jì)算速度-距離曲線,生產(chǎn)目標(biāo)-距離模式曲線,車載設(shè)備考慮了實(shí)時(shí)測速測距等誤差因素在內(nèi)的最大安全前端防護(hù)距離,并連續(xù)監(jiān)控列車速度。該模式采用閉口控車方式,能有效防止列車超速,防止列車冒進(jìn)出站信號(hào)機(jī),列車運(yùn)行安全可控。C3完全監(jiān)控模式與C2類似,區(qū)別是安全防護(hù)距離的取值方法不同,C3采用最大安全前端防護(hù)距離,最大安全前端防護(hù)距離不是固定數(shù)值,它由車載設(shè)備實(shí)時(shí)計(jì)算,該值一般小于C2安全防護(hù)距離。5.2動(dòng)態(tài)速度控制引導(dǎo)模式是在進(jìn)站或出站建立引導(dǎo)進(jìn)路后,列控車載設(shè)備按照限速40km/h控車,車載設(shè)備能顯示動(dòng)態(tài)速度曲線和目標(biāo)距離。該模式和完全監(jiān)控模式一樣,采用閉口控車的模式曲線,能有效防止列車超速,防止列車冒進(jìn)出站信號(hào)機(jī),列車運(yùn)行安全可控。5.3制動(dòng)距離不足導(dǎo)致列車冒進(jìn)目視行車模式限速40km/h。列控車載設(shè)備顯示停車信號(hào)或位置不確定時(shí),在停車狀態(tài)下司機(jī)按壓專用按鈕使列控車載設(shè)備轉(zhuǎn)入目視行車模式。車站側(cè)線接車時(shí),列控車載設(shè)備生成40km/h的固定限速線,監(jiān)控列車速度;如果司機(jī)在列車每運(yùn)行300m或60s內(nèi)未按壓警惕按鍵,車載設(shè)備即生成目標(biāo)速度為0的模式曲線,輸出緊急制動(dòng)。如果司機(jī)在列車每運(yùn)行300m或60s內(nèi)按壓了警惕按鍵,但控車不當(dāng),列車將有可能冒進(jìn)出站信號(hào)。不過,在列車冒進(jìn)出站信號(hào)機(jī)時(shí),列控系統(tǒng)還有最后一道安全措施:當(dāng)列車越過出站應(yīng)答器組時(shí),由于出站信號(hào)機(jī)關(guān)閉,出站應(yīng)答器組發(fā)“目視行車危險(xiǎn)”報(bào)文,車載設(shè)備收到該報(bào)文立即觸發(fā)緊急制動(dòng),此時(shí)可能達(dá)到的最高速度為45kmh。CRH3型動(dòng)車組在平坡處45km/h的緊急制動(dòng)距離(含空走距離)約為130m,大于規(guī)定的應(yīng)答器至警沖標(biāo)距離75m?？梢娪捎谠撝苿?dòng)距離不足已經(jīng)導(dǎo)致列車冒進(jìn)警沖標(biāo)。即便車載收到“絕對停車”報(bào)文,設(shè)備也無法保證列車的安全。只能從管理層面要求司機(jī)承擔(dān)防冒進(jìn)的職責(zé)。6結(jié)論和建議6.1列車立法層面能有效防列車沖突(1)列控系統(tǒng)完全監(jiān)控模式、部分監(jiān)控模式(僅用于C2)下的大部分場景以及C3的引導(dǎo)模式可以控制列車進(jìn)入股道安全停車,能有效防列車超速、冒進(jìn)。(2)部分監(jiān)控模式下的引導(dǎo)接車