高速铁路的信号与通信[详细]

8 高速铁路的信号与通信

8.1 概述

高速铁路的服务宗旨是“安全、正点、快速、舒适”.发展高速铁路不可能也不应只突出快速,更需要建立全新的运输模式,要在安全、正点、舒适上做文章.高速铁路信号系统是保障列车运行安全、提高运输效率的关键技术装备,对全面实现高速铁路的服务宗旨举足轻重.

当今信息产业正以超出人们预料的速度迅速发展,通信和控制领域正发生一系列深刻变化,这必会对铁路信号、通信产品和服务产生积极影响.这种影响主要表现在两方面:第一方面是产品的硬件和软件不断升级换代,产品安全性、可靠性、可用性和可维护性逐步提高,追求更高的性能价格比.第二是向综合自动化方向发展,向更便利的人机对话方向发展,向全面提高运输质量和路网运输能力的方向发展,以满足运营的要求.

高速铁路信号系统是完成行车控制、运营管理的综合自动化系统,主要是由用于指挥行车的综合调度系统,用于控制列车行车间隔的列车运行控制系统(简称列控系统),用于控制进路的联锁系统以及代用信号设备和专用通信设备组成.这是一套完整的信号安全制式,如图8-l所示.高速铁路信号系统的设备主要布置在调度中心、车站、区间信号室、车辆段、维修基地、线路旁和列车上.

8.2 高速铁路的信号技术

铁路信号技术是随着百年铁路的发展以及继电器、半导体、电子信息技术的变化而不断演进的.随着运行速度的提高,列控系统、超速防护系统以及综合调度系统等成为高速铁路必不可少的信号技术.

高速铁路与普通铁路不同之处主要有:①高速铁路设置综合调度系统,对列车运营指挥实行集中控制方式;②取消传统的地面信号机,采用列控系统;③采用计算机网络传输和交换与行车、旅客服务相关的信息.

高速铁路信号系统由综合调度系统、列控系统、计算机联锁系统等几个部分组成,各部分之间通过具有保护功能的广域网联接,并传输信息.传统的话音、信号凭证指挥方式不再适用于高速铁路.以下简要介绍一下综合调度系统、列控系统、计算机联锁

系统.

列控系统

调度系统

图8-1 高速铁路信号系统组成

1．高速铁路综合调度系统

世界各国高速铁路的行车调度系统基本可以分为两类:一类集多种业务组织和管理功能于一体,全线建设一个行车指挥为中心的综合调度系统,适用于列车在本线到发的高速客运专线.另一类则采用按区域设置行车调度中心的方式,适用于列车类别多,与既有线行车组织和管理的关系密切的线路.

京沪高速铁路是一条与既有京沪线平行修建的高速客运专线.高速线建成以后,运输组织模式采用本线旅客列车和跨线旅客列车共线运行的客运专线模式,既有线将主要为货物运输使用.设置综合调度指挥中心是保证高速列车运营的基本需求,而中速列车跨越高速线与既有线运行,又要求调度系统必须解决跨线运行列车调度指挥的衔接问题.

综合调度系统是高速铁路运营管理指挥中枢,其业务有以下几个方面:

(1)根据运输的需要,编制行车、车辆运用、乘务值班计划,制成运营计划;

(2)当行车次序出现混乱时,制成临时运行图,调整运营计划;

(3)监视沿线列车运行状况并对各车站进路实行集中控制;

(4)统计各站旅客集散情况,调整行车计划,并向旅客提供有关信息服务.

随着计算机、通信和远程控制技术的发展,综合调度中心的系统技术也己经由传统的集中控制模式发展到网络化、智能化的集中管理、分散控制型,主要有运输管理系统、运行调度系统、牵引供电调度系统、动车组调度管理系统、基础设施调度管理系统、客运调度系统、安全监督系统等.

随着高速铁路技术在整个铁路网中的普及和推广,高速线与既有线之间开行跨线运行列车,已成为近年来日本和欧洲普遍的发展趋势.跨线运输中,因与既有线行车组织和管理的关系密切,列车运行秩序易受引入线、相邻既有线列车运行不正常情况的影响.

2．高速铁路列控系统

铁路沿线设置的闭塞分区长1.5～2千米,当列车时速超过200千米时,司机每二十几秒就要辨认一次信号显示,这超出了人正常的承受能力,识别信号的错误率会显著增加.因此,传统的地面信号机显示作为指挥列车运行的凭证己不能适用,必须以列控系统车载设备的输出作为指挥高速列车司机安全运行的凭证,保障高速列车安全运行.欧洲铁路行车速度超过160千米/h时,均以列控系统作为行车指挥凭证.这是高速列车运行必须满足的基本要求.

列控系统直接控制列车运行,主要由车载设备和地面设备两大部分组成.地面设备与车载设备一起才能完成列车运行控制的功能.

列控系统在车站设有控制中心,如果车站距离过大,则每15～20 千米还要在区间设立控制中心.图8-2是列控系统地面设备框图.控制中心通过电缆与铁路线上的轨道电路、信号机等设备相连,主要完成列车位置检测,形成速度信号,并将此信号传递给列车.车载设备将按照速度信号控制列车制动.

图8-2 列控系统地面设备框图

车载设备主要由天线、信号接收单元、制动控制单元、司机显示器、速度传感器等组成,设备框图见图8-3.机车头部的天线接收到地面的速度命令信号,经过信号接收单元放大、滤波、解调后,将此命令的数据送到司机显示器和制动控制单元.制动控制单元收到速度传感器传来的信号,测量出列车的实际速度,将实际速度与信号命令比较,如果判断列车需要制动则产生制动信号,直接启动列车制动系统.列车就会自动减速或停车.

图8-3 列控系统车载设备框图

列控系统主要功能是:

(1)防止列车冒进关闭的信号机;

(2)防止列车错误出发;

(3)防止列车退行;

(4)防止列车超速通过道岔;

(5)防止列车超过线路允许的最大速度;

(6)监督列车通过临时限速区段;

(7)在出入库无信号区段限制列车速度.

为保证列控系统不间断地工作和加强设备的维修与管理,在列控系统的地面和车上都安装有监视设备.地面监视系统可以检测信号机、轨道电路、地面控制中心的接收和发送设备等.检测结果可以在维修工区显示及储存,也可以通过通信网送往维修基地和调度中心.设备异常前数小时内,信号设备动作情况可以保存下来,供故障分析用.车上监视设备可以将列车运行过程中速度信号、制动装置动作、列车实际速度和司机操作等状态保存下来,一般可保存12～72h.出现重大事故,这些资料可用于事故分析.

目前,国外高速铁路采用的列控系统主要有日本新干线ATC系统,法国TGV铁路的TV米300及TV米430系统,德国及西班牙铁路采用的LZB系统,瑞典铁路的EBICAB900系统等.各国的列控系统都有自己的特点,有不同的技术条件和适应范围.

列控系统按照地面向机车传送信号的连续性来分类,可分为点式和连续式两大类.瑞典EBICAB900系统属于点式列控系统.德国LZB系统、法国TV米系统、日本数