中国铁路列控系统现状及发展

3北方交通大学经管学院　博士生,铁道科学研究院通信信号研究所　研究员,100081　北京　33铁道科学研究院通信信号研究所　研究员,100081　北京专论与综述中国铁路列控系统现状及发展刘虎兴3 范　明33摘要:中国铁路列控系统(CT CS )的发展经历了一个漫长而曲折的过程,对这一过程进行了全面分析,提出应认真总结几十年来我国ATP 发展的经验教训,积极研究引进的新技术。

并提出实行等级配置的CT CS 发展建议。

关键词:铁路　列车控制　建议Abstract :The development of CT CS ev olved with turns and twists.Based on thorough analysis ,the experi 2ence and less on about the development of ATP in our country over the past decades were sumed up.And new technologies im ported required researching enthusiastically.Als o a proposal of constituting hierarchical config 2uration to develop CT CS were put forward.K ey w ords :Railway ,T rain control ,Proposal 安全和效率是铁路运输生产永恒的主题,通信信号系统就是这个主题的重要组成部分。

日本于1964年交付使用了世界上第一条高速铁路———东海道新干线,其以机控为主、设备优先的列车自动控制系统,使列车在高速度、高密度运行的条件下,安全运行30多年。

法国的UT 列车超速防护系统在法国有着成熟的运用经验。

我国的郑武、京郑线引进了UM712T VM300系统,加快了我国列控技术的发展。

目前,秦沈客运专线引进的T VM4302SEI 系统正在秦沈线山绥试验段进行试验,将对我国自动闭塞和列控系统的发展产生积极的影响。

目前中国铁路营业里程7万多km ,其中自动闭塞区段2万多km ,半自动闭塞区段4万多km ,居世界第三,亚洲第一。

我国铁路运输特点是客货列车混跑、不同速度列车共线运行;高密度、大重量运输和地面信号制式混杂、线路限速多样,其运输强度和复杂度为世界之最。

在这种复杂的运用模式下,没有适合中国国情的列车运行控制系统,要保障运输的安全和高效是根本不可能的。

1　中国铁路列控系统发展回顾回顾中国铁路列控系统的发展,20世纪80年代初,全路大部分机车都安装了机车“三大件”,即机车信号、自动停车和无线列调,行车安全形势大有好转,但还存在不少问题。

随之国内多家单位积极开展列车超速防护系统(ATP )的研究,探索中国铁路列控系统发展之路。

但是既有闭塞制式的复杂多样性,大大增加了系统研制的难度。

特别是既有观念上的束缚,使得列车超速防护系统的研究止步于试验阶段。

1985年我国开始酝酿引进国外的无绝缘轨道电路和车载ATP 系统。

郑武线电气化工程中率先引进UM71无绝缘轨道电路自动闭塞和T VM300超速防护系统,推动了我国多信息速差式自动闭塞和列车超速防护的发展。

郑武线的引进不仅使我们接触到国外的先进技术,更主要的是学习到新的理念。

作为车载超速防护的基础———地面UM71系统以及国产化的UM71系列设备,随着郑武、京郑、广深、哈大、武广、京山、沈山等繁忙干线的成功运用,以其轨道电路可做到一次调整、有断轨检查、抗干扰性强和工作稳定等显著优势,得到用户的广泛认可,逐步成为我国铁路自动闭塞制式的主流。

同样受中国国情所限和诸多非技术原因,如,郑武线站内高压不对称脉冲轨道电路与UM71不匹配、与列车制动的接口较简单,只采用了紧急制动方式等等,使得在法国时速300km/h 高速列车上成功运用的T VM300系统,在中国时速120km/h 的列车上运用并不理想。

因此,这方面的经验和教训值得认真总结。

1995年,国家“八五”攻关项目“LSK 旅客列车速度分级控制系统”在广深线160～200km/h 的—1—列车上投入运营,对列车安全、高速地运行起到了保障作用。

LSK系统作为我国自行研制的准高速旅客列车超速防护系统,在“人机联控、人控优先”的设计原则下,综合信号安全技术、机电控制技术、计算机和网络通信技术,以及可靠性与故障安全理论,构成新型人机关系的信号安全防护系统,并首次以车载信号作为行车凭证,实现了我国超速防护系统历史性的突破。

LSK系统由主机、速差式显示器、信号感应器、速度传感器以及相应的按钮、开关等接口单元组成。

系统采用3U结构,双机(A机、B机)冗余方式,主机系统包括电源、信息接收和速度控制单元。

系统可以接收地面UM71连续信息、点式信息和移频信息,根据列控要求显示目标速度和色灯信号,并给出语音提示。

系统实时监测并显示列车速度,对于不同的信号命令采取相应的控车模式。

无论在任何情况下,只要列车速度超过信号的限制速度时,设备即采取有效的减速措施,保证列车运行的绝对安全。

与此同时,LCF列车超速防护系统在京九线进行了功能试验。

1995年以后,由列车运行记录器发展起来的列车运行监控装置,以其特有的车载线路数据存储方式,受到应用主管部门的肯定并迅速在全路推广。

至目前,LK J293监控装置加通用式机车信号的车载控制模式已覆盖全路绝大部分机车(包括时速200km/h的高速列车)。

2001年,LK J293的替代产品LK J22000车载控制设备投入使用,监控模式在我国进一步发展。

但这种控制方式与国际公认的超速防护系统存在一定距离:作为LK J控制的基础———机车信号(连续信息接收)系统,尚不能达到主体化的要求;作为连续信息的补充———点式信息,尚未在列控系统中广泛采用;作为安全的控制输出,还必须依赖司机的正确操作;等等这些,将是安全隐患,并随列车速度的提高而突出。

作为超速防护系统,如基本功能、人机界面、相应的规范和标准不完善;管理者、研制者、使用者和维护者认知水平存在较大差异,将很难使我国铁路列控系统的研究达到一个新层次。

今天,随着既有线提速、准高速及客运专线的开工建设,ATP在保证列车安全运行方面显得尤为重要。

事实证明,在列车高速运行的条件下地面信号难以辨认,没有ATP的车载信号方式难以适应缩小的行车间隔。

以地面自动闭塞为基础,以车载信号为行车凭证的列车运行控制系统势在必行。

目前我国铁路信号领域能适应的客运专线、高速铁路以及地铁运输需要的列控系统相对落后,已经成为制约发展的瓶颈。

随着既有线提速、高速线、客运专线及青藏线开工建设需要,深入研究ET CS标准并结合中国铁路现状提出适合中国国情的CT CS标准已成为当务之急。

未来铁路的发展是面向高速、安全、高效和一体化(区间2车站一体化、地面2车载一体化)。

无论是基于轨道电路的列车运行控制系统(T BT C),还是基于无线通信的列车运行控制系统(RBT C),都应保障列车高速高效安全地运行。

而一体化、数字化、网络化、智能化等高新技术是系统的核心。

新事物的诞生伴随着旧事物的消亡,我国自动闭塞的发展将逐步淘汰旧制式,如极频、交流计数等,加快发展经实践证明了的新型自动闭塞系统,并逐步在干线上实现制式的统一。

车载设备应按层次不同配置不同。

对于列车超速防护系统,机车信号显示器宜采用速度信号取代色灯信号;系统不因人为介入而安全失效;有良好的人机界面;司机凭车载信号行车(在地面保证条件下),设备不干预司机正常操作;由过去对列车的开环控制发展到闭环控制。

机车信号主体化由车载及地面设备组成,它将是车站联锁及区间自动闭塞技术的延伸。

基于无线移动通信的列车运行控制系统,可以作为一项新技术开始研究,并在有条件的地区试验,如青藏线。

通过试验比较,并建立一系列标准,从而得出ET CS在中国的发展思路。

但这是一个中远期目标,现阶段轨道传输仍将是各国列控系统发展的主流。

我们要认真总结几十年ATP发展的经验教训,积极研究引进的新技术,使列车超速防护系统从根本上保证安全。

2　发展中国铁路列控系统的总体原则根据我国路情,借鉴国内外经验,多方合作,确定总体技术方案,实行等级配置。

3　分级建议参照ERT MS/ET CS规范,建议我国铁路列控系统分级如下。

0级:适用于既有线改造。

针对我国主要干线信号装备现状,在不改变现有运行模式下强化设备改造。

因为目前我国铁路区间交流计数自动闭塞有3100多km,极频自动闭塞有近1700km,4信息移频4500多km,这些制式存在信息量不足、应变时间过长、抗干扰能力差、不适应电气化等问题。

18信息移频自动闭塞设备采用了大规模集成电路和CPU技术,信息量达到了18个,与20世纪60年代末相比,技术上有了很大进步,但仍存—2—图1　LE VE L0(点2连模式)系统构成图2　点2连模式在轨道电路传输特性差、邻线干扰、半边侵入和低频信息不统一等问题,特别是不具备断轨检查功能,甚至移走一段钢轨,信号仍能开放。

此外,丧失分路、邻线干扰导致机车信号升级时有发生,安全上存在一定隐患。

关于站内电码化方面,我国目前多数站内轨道电路制式与区间轨道电路制式不同,站内轨道电路频率单一,只具有列车占用检查功能。

为保证机车信号在站内接收信息的连续性,对站内正线和股道进行了电码化改造。

目前的站内电码化存在三大问题:一是不能形成闭环检查;二是侧线接发车尚未做到进路电码化;三是为满足调车作业需要,站内轨道区段过多过短,当列车速度超过一定值时,信息接收完整性无法保证,机车信号容易出现掉码闪白灯问题。

关于主体化机车信号与ATP 同步发展问题,中华人民共和国《铁路技术管理规程》第92条明确定义:“作为行车凭证的机车信号为主体机车信号,是由车载信号和地面信号设备共同构成的系统,必须符合故障2安全原则。

”ATP 车载系统是由信息接收、显示和车载信息交互以及列车速度控制三大部分组成,ATP 与机车信号是包容关系。

主体化机车信号是ATP 系统中最重要的组成部分,其实质内涵是能够满足以设备为主的ATP 系统要求。

机车信号主体化的外部特征是:作为行车凭证、速差式信号显示、符合故障导向安全原则。

机车信号主体化的基本条件是:信息的连续性、高可靠性和高安全性,ATP 的发展应当与机车信号主体化研究同步进行。

因此,实现主体化机车信号必须对区间、站内轨道电路进行强化改造,在此基础上,通过补充点式信息,实现具有中国特色的点连式ATP ,系统结构及运用模式如图1、图2所示。

1级:适用于准高速线路或既有线提速,为基于轨道电路的列车控制系统(T BT C )。

地面、车载一体化,车载信号作为行车凭证。