客专列控教材

1说明：第一章第一、二节由郜春海编写第一章第三、四、五节，第二章全部由王俊峰编写第一章绪论第一节发展列控系统的意义一、列控系统的发展铁路运输运输负有安全、迅速、正确和经济地运送旅客和货物的社会责任。铁路运输要安全、快速地运输，人的因素是首先应重视的。在同一个轨道上高速而且短行车间隔运行的列车，司机的一点点精神疏忽，都可能造成重大行车事故。而人的注意力范围是有限的，因此必须采用机械的、电气的、智能化的信号设备，以确保列车行车安全，保护生命财产。这些信号设备包括向司机指示列车运行条件保障行车安全的列车运行控制系统（以下简称列控系统）和联锁设备。列车控系统是由地面设备和车载设备构成，用于实现列车间隔控制和速度控制的、保证行车安全和提高运输能力的安全控制系统，具有线路空闲检测、危及行车安全因素的检测和间隔控制和速度控制功能。速度控制是保证列车不管在什么状态下都不能超过规定的限制速度，在实际运行中，列车的速度受到若干因素的限制，如受线路状态（结构、曲线和坡度）、道岔曲线、列车前方障碍物以及机车车辆的构造速度所限制。如果列车实际运行速度超过了限制速度，则会引起列车颠覆、冒进信号或撞车的危险。其次是间隔控制，列控系统必须保证列车间始终保持一个安全间距，保证后续列车不会与前行列车相撞，同时又必须尽量使该间距短，以便增加列车的密度，从而保证运输效率。铁路信号系统产生过几次革命性的变革。首先是1841年从无信号到手动闭塞信号的过渡，接着是向基于轨道进行信息传输的固定闭塞信号系统的演进，到目前大面积推广应用的基于轨道电路或点式信息传输的自动闭塞，以及目前正向基于通信的CBTC系统控制的虚拟闭塞或移动闭塞发展。总之，铁路列控系统的发展是随着列车与地面信息传输系统的发展而发展的，不同历史各阶段出现的典型信号速度控制和间隔控制的设备或系统包括：（1）地面人工信号（2）自动闭塞系统（3）机车信号（4）自动停车系统（5）速度码台阶控制的列控系统（6）基于速度-距离曲线控制的列控系统（7）基于虚拟/逻辑控制的列控系统（8）基于CBTC控制的列控系统二、国外典型列控系统国外列车运行控制系统应用比较普遍，各种速度的铁路都有运用，但建立一套满足高速铁路或客运专线的列车运行控制体系的系统还不多，主要集中在欧洲的德国、法国和亚洲的日本。典型的列控系统主要有法国TVM300和TVM430系列、日本ATC和数字ATC、德国LZB80系统、欧洲ETCS等系统，见表1-1；目前试验或设想中的高速铁路列控系统，见表21-2。表1-1已运营的典型高速铁路列控系统分析表设备名称法国TVM300法国TVM430德国LZB日本ATC运行速度最高：270km/h最高：320km/h最高：270km/h最高：270km/h运营里程850km150km432km1832km闭塞方式固定闭塞固定闭塞固定闭塞固定闭塞制动模式滞后式速度码台阶控制分级速度-距离曲线控制一次速度-距离曲线控制提前式速度码台阶控制控制方式人控为主，设备为辅人控为主，设备为辅可实行自动控制(ATC)设备控制优先，人控为辅安全信号传输媒介：无绝缘模拟轨道电路方向：地对车，单方向载频：1700Hz、2000Hz、2300Hz、2600Hz信息量：18个媒介：无绝缘模拟轨道电路方向：地对车，单方向载频：1700Hz、2000Hz、2300Hz、2600Hz信息量：27bit媒介：数字电道电缆方向：地-车间，双方向载频：36±0.4kHz56±0.kHz信息量：83.5bit媒介：有绝缘模拟轨道电路方向：地对车，单方向载频：750Hz、850Hz、900Hz、1000Hz信息量：10个其它信号传输媒介：环线、应答器方向：地对车或车对地，单向媒介：应答器、无线数传方向：地-车，双方向媒介：应答器、无线数传方向：地-车，双方向媒介：应答器、无线数传方向：地-车，双方向列车定位轨道电路、车载测距轨道电路、车载测距交叉环线、车载测距轨道电路、车载测距区段占用无绝缘模拟轨道电路无绝缘模拟轨道电路无绝缘模拟轨道电路无绝缘模拟轨道电路设备器件晶体管分立元件小零星模集成电路大规模集中电路超大规模集成晶体管分立元件小规模集成电路晶体管分立元件小规模集成电路系统评价系统的结构简单、造价低谦：与移频自闭有较好的兼容；需有保护区段对能力有一定的限制。不要保护区段，通能力较TVM300有一定的提高；采用大规模集成电路，生产、调试、维护较容易连续控制、通过能力有较大提高；轨道电缆作传输媒介，区间有源设备较多，系统造价高，生产、调试、维护较困难分级阶梯式，设备优先，不需保护区段，通过能力有提高；电源同步抗干扰手段不适合我国供电情况；绝缘节与我国也不相同。表1-2试验或设想中的高速铁路列控系统设备名称法国TVM430意大利ETCS(1)日本D-ATC欧洲ETCS(2)中国CTCS闭塞方式固定闭塞固定闭塞固定闭塞固定闭塞固定闭塞制动模式连续速度曲线连续速度曲线连续速度曲线连续速度曲线连续速度曲线控制方式人控为主设备为辅人控为主设备为辅设备为主人控为辅可由设备实行自动控制可由设备实行自动控制3安全信息传输媒介轨道电路轨道电路轨道电路GSM-R无线通信轨道电路+应答器，或无线通信传输方式及信息量地对车：21bit地对车：100bit车对地：56bit地对车：43bit地对车车对地地对车车对地载频1700、20002300、2600Hz2.1～4.1KHz6通道625Hz、575Hz1700、20002300、2600Hz其它信息传输应答器、无线数传地、车双向应答器、无线数传地、车双向应答器,无线数传地、车双向应答器应答器、无线数传地、车双向列车定位轨道电路车载测距轨道电路车载测距轨道电路车载测距应答器轨道电路或计轴轨道电路、应答器、车载测距成熟程度已工程应用工程设计试验段成功已工程应用试验段成功西、意、德等国已工程应用开通CTCS2，研究CTCS31.法国U/T系统法国高速铁路TGV区段的列控系统，车载信号设备采用TVM300或TVM430，地对车的信息传输以无绝缘轨道电路UM71为基础，该列控系统简称U/T系统。TVM300系统在1981年于巴黎—里昂首先投入使用，随后在东南新干线和大西洋新干线也得到应用，地面信息传输设备采用UM71轨道电路，该系统构成简单，造价较低。该系统中UM71轨道电路不仅反映列车对区段的占用和完整性检查，而且向机车上传输机车信号信息。无绝缘轨道电路UM71，地对车的信息传输容量仅有18个，速度监控是滞后阶梯式的控制方式，TVM300系统只检查列车进入轨道区段的入口速度，为确保安全，它需要有一个安全保护区段，这对线路的通过能力有一定影响，运行间隔一般为4~5分钟。法国TVM430系统是在TVM300基础上研制的一种列车运行控制系统。TVM430系统在1993年于法国第三条北方线高速铁路首先投入使用。随着列车速度不断提高，时速已达320km/h，法国CS公司对模拟电路构成的U/T系统进行了数字化改造：数字电路技术使设备结构小型化、模块化；采用无绝缘轨道电路UM2000、数字通信技术使车－地间的信息传输数字编码化；其速度监控方式改为分段速度-距离曲线控制模式，该控制方式是在每个分区按速度-距离分段制动的，其列车追踪间隔主要与闭塞分区的划分和列车速度有关，而闭塞分区长度的确定是以线路上运行的最坏性能的列车为依据，对高中速列车混合运行的线路采用这种模式能力是要受到较大影响的，运行间隔一般为3分钟。近年来，法国CS公司又开发了计算机联锁（SEI）和列控(ATC）一体化的系统，在地中海线和海峡—伦敦线开通使用，我国秦沈客运专线也采用了该系统。2.日本ATC系统日本高速铁路自1964年10月东海道新干线开通运行以来，随着技术不断发展，列车运行速度已达300km/h，40多年来未发生一起人身伤亡事件，ATC系统对保证行车安全，提高运输效率起了重要作用。日本新干线现有的ATC系统普遍采用提前阶梯式速度监控，它的制动方式是设备优先的模式，即列控车载设备根据轨道电路传送来的速度信息，对列车进行减速或缓解控制，使列车出口速度达到本区段的要求，它没有滞后控制方式所需的保护区段，在线路能力和自动化程度上较滞后控制有所提高。日本的ATC系统由地面设备和车载设备构成。地面设备由轨道电路和点式设备构成。轨道电路不仅反映列车对区段的占用和列车完整性检查，而且向列车传送ATC信息。轨道电路采用电源同步单边带音频（SSB〕，为了提高抗牵引电流干扰的能力采用了双频组合轨4道电路。日本新干线ATC系统控制模式与法国TVM300系统相似，也是采用速度码台阶方式，所不同的是TVM300是采用人控优先的控制方式，即列车的运行速度一般由司机完成，只有在司机未按速度控制及时将列车速度降低时设备才起作用。而日本新干线ATC系统采用设备优先的控制模式，即列控车载设备根据从地面收到的速度控制命令，自动发出制动命令使列车减速，速度达到本区段的要求时自动发出命令使列车缓解。因此，它不需要设置保护区段，在线路通过能力上较TVM300系统有所提高。为解决现行ATC系统的缺点，九十年代初日本就开始数字ATC的研究，数字ATC系统也是采用安全性能高的轨道电路来检查列车占用，由地面向车上传送数字编码信息。传送的信息内容不是现有ATC系统所传送的速度信息（限制速度），而是传送至前方列车的距离。具体内容是：轨道电路编号、至前方列车所空闲的区间数、到站/出站股道、临时限速和其他信息。车载设备除了具有轨道编号和空闲区间数为计算距离前方列车距离所需要的数据外，车上还存储有限制曲线、道岔限速、坡度等线路数据。列车依据地面传来的轨道电路编号、空闲区间数等信息计算出与前方列车的距离，实施一次速度-距离曲线控制。由于传送的距离前方列车的距离，因而车载设备能生成与各列车制动性能相适应的制动曲线，能够实施最佳控制，使列车在前方列车之后的闭塞分区内停车。数字ATC系统的整体特点有：使用了具有实际使用业绩的轨道电路来检查列车占用，并由地面向车上传送信息；车载设备实现智能化，此外由于采用了一次制动控制方式，列车能够按照适合于各自制动性能的制动模式曲线实施最佳运行；能够缩短运行间隔时间和提高列车速度；能够方便地适应电动车组和机车牵引，高速列车与既有线列车的混合运行。3.德国LZB系统德国铁路早在60年代就开始研究用于最高行车速度200km/h的连续式列车运行自动控制系统LZB，它是德国铁路、西门子公司及劳伦茨公司合作研究的成果，70年代后期开始推广。LZB系列是目前世界上典型的连续式列车速度控制系统之一，这种连续式列控系统不但能反映地面信号的显示，而且能自动控制列车的牵引和制动。LZB系统主要由地面列控中心、车—地双向信息传输设备、列控车载设备三大部分组成。地面控制中心是LZB系统的核心，它负责实时追踪、确定所管辖范围内各列车的安全运行速度，产生的控制命令通过通信网发送到轨旁发送/接收设备，经过信号放大后通过轨道电缆传输向车载设备发送信息，控制列车安全运行。同时利用每100米交叉一次的铺设方法可以实现列车准确定位。LZB系统车载设备包括中央计算机、测速测距设备及制动控制设备等。LZB系统最突出的特点之一就是利用铺设在钢轨之间的轨道电缆实现车—地之间的双向信息传输。通过车—地信息传输系统，LZB车载设备可以将列车的精确位置、实际速度、机车及列车工作状况（设备状况、轴温、供电及故障）等信息及时送到地面列控中心。列控中心的计算机根据综合调度中心下达的列车运行计划、列车运行线路状况信息（坡度、曲线半径、限制速度等）、相邻联锁中心送来的列车进路信息等经计算、比较处理后，确定出在保证行车安全的前提下使列车运行间隔最小的列车运行速度，并立即通过LZB地—车双向传输系统将这一速度控制命令传送到LZB车载设备，由此实现对列车运行速度的控制。但是LZB系统利用轨道电缆作为车-地间双向信息传输的通道，另要轨道电路来检查列车占用，轨旁设备较多，给维修带来不便。LZB以地面控制中心为主计算制动曲线，车载信号设备智能化不够，与其它列控系统兼容比较困难。4