摘  要： 隨著國內(nèi)城市軌道交通的建設發(fā)展，一些投入運營較早的軌道交通線路的信號系統(tǒng)已達到服役年限，為消除隱患、提高運營能力，迫切需要對信號系統(tǒng)進行改造升級。基于通信的列車運行控制系統(tǒng)（CBTC）已成為國內(nèi)外軌道交通主流的信號控制系統(tǒng)，本文主要結(jié)合北京地鐵1號線改造CBTC信號系統(tǒng)工程，闡述信號系統(tǒng)改造過程中倒接方案的設計。

　　關(guān)鍵詞： 軌道交通；CBTC；信號系統(tǒng)改造

0 引言

　　隨著軌道交通的建設發(fā)展，北京、上海等一些城市的軌道交通已形成網(wǎng)絡化運營，日益增長的客流給既有線路的運營組織帶來了巨大壓力[1]，提高運力對信號系統(tǒng)提出了新的需求。另一方面，隨著信號系統(tǒng)投入使用年限的增加，發(fā)生故障隱患的幾率也隨著設備老化逐漸增大。基于以上需求，部分地鐵線路開始進行信號系統(tǒng)改造，以達到消除隱患，提高運營能力的目的。在信號系統(tǒng)改造的全過程中，倒接方案的設計與既有信號系統(tǒng)關(guān)系最為密切，實施風險最高。本文主要結(jié)合北京地鐵1號線的信號系統(tǒng)改造工程，闡述信號系統(tǒng)改造過程中的倒接方案的設計。

　　北京地鐵1號線于1965年動工，西段1974年開通，東段1999年通車運營。線路全長約34 km，25座車站、2個車輛段及一個控制中心。既有1號線采用固定閉塞信號系統(tǒng)，包括國產(chǎn)繼電聯(lián)鎖設備，以及引進的FS2500無絕緣軌道電路設備等。目前線路行車最小間隔為125 s[1]，為了進一步提高運力，將行車間隔縮短為120 s，同時達到消除隱患的目的，對北京地鐵1號線信號系統(tǒng)進行升級改造。

　　本次信號系統(tǒng)改造采用基于通信的列車運行控制（Communication Based Train Control，CBTC）系統(tǒng)，主要包括列車自動防護子系統(tǒng)（Automatic Train Protection，ATP）、列車自動運行子系統(tǒng)（Automatic Train Operation，ATO）、列車自動監(jiān)控子系統(tǒng)（Automatic Train Supervision，ATS）、聯(lián)鎖子系統(tǒng)（Computer Based Interlocking，CBI）和維護支持系統(tǒng)（Maintenance Support Subsystem，MSS），如圖1所示。信號系統(tǒng)改造的全程將在保證既有信號系統(tǒng)不停運、不降低既有運輸能力的前提下實施。在改造過渡期間，倒接方案的設計需保證新、舊軌旁設備及車載設備獨立運行，實現(xiàn)新、舊信號系統(tǒng)的“無擾切換”。

1 倒接方案設計基本原則

　　為了實現(xiàn)安全、高效的信號系統(tǒng)倒接，根據(jù)改造線路的信號技術(shù)特點，倒接方案設計需滿足以下幾個原則：

　?。?）在信號系統(tǒng)安裝、調(diào)試期間，以及后期對舊信號設備、過渡設備的拆除過程中，系統(tǒng)倒接方案的設計要保證不影響正常的商業(yè)運營。

　?。?）在信號系統(tǒng)安裝、調(diào)試期間，以及后期對舊信號設備、過渡設備的拆除過程中，既有系統(tǒng)運營效率、運營安全不能因系統(tǒng)改造而降低。

　?。?）在信號系統(tǒng)安裝、調(diào)試期間，以及后期對舊信號設備、過渡設備的拆除過程中，要保證新、舊信號設備獨立運行，以保證過渡期間的新信號系統(tǒng)調(diào)試工作。

　　（4）在保證安全的前提下，要求倒接設計簡單，操作便捷，便于后期拆除。

2 倒接原理

　　2.1 信號系統(tǒng)倒接階段劃分

　?。?）既有系統(tǒng)運營階段。在該階段進行信號系統(tǒng)的詳細設計、現(xiàn)場定測及安裝以及系統(tǒng)靜態(tài)調(diào)試工作。

　?。?）影子模式運營階段。在該階段進行夜間的動車測試，以及白天在既有系統(tǒng)運營期間，對新系統(tǒng)設備上電進行數(shù)據(jù)采集工作。

　?。?）新系統(tǒng)試運營及拆舊階段。完成新系統(tǒng)綜合聯(lián)調(diào)等各項測試，具備載客試運營條件后，進入該階段。該階段開始對舊信號設備進行拆除。

　?。?）系統(tǒng)正式運營階段。試運營結(jié)束，舊設備及過渡設備拆除完畢后進入該階段。各階段劃分如圖2所示。

　　2.2 倒接分析

　　對軌旁信號系統(tǒng)特點進行分析，新信號系統(tǒng)設備可以完全獨立于既有系統(tǒng)設備進行安裝，兩個系統(tǒng)間的接口僅限于對道岔轉(zhuǎn)轍機的控制。除轉(zhuǎn)轍機外，新系統(tǒng)的室內(nèi)設備、區(qū)間設備、站臺設備的安裝、調(diào)試均不影響既有系統(tǒng)。針對道岔轉(zhuǎn)轍機的控制，為保證系統(tǒng)過渡期的調(diào)試，設計專用的日夜轉(zhuǎn)換設備以保證轉(zhuǎn)轍機可由新、舊信號系統(tǒng)交替控制。白天運營期間由舊信號系統(tǒng)控制，夜間調(diào)試由新信號系統(tǒng)控制。

　　對車載信號系統(tǒng)組成進行分析，對于同時裝有新、舊車載信號系統(tǒng)的車輛，設計信號倒接開關(guān)，用于切換新、舊車載信號系統(tǒng)對列車的控制。夜間調(diào)試切換到新車載信號系統(tǒng)，白天運營切換到舊信號系統(tǒng)控制。在影子運行階段，運營期間將倒接開關(guān)切至既有信號系統(tǒng)控制，同時新車載信號系統(tǒng)設備上電，可以對新系統(tǒng)性能進行監(jiān)測。

3 軌旁設備倒接方案設計

　　3.1 外部電路設計

　　基于以上分析，軌旁新信號系統(tǒng)與既有舊信號系統(tǒng)的接口主要實現(xiàn)聯(lián)鎖子系統(tǒng)對道岔轉(zhuǎn)轍機的控制及狀態(tài)采集。根據(jù)道岔電路原理，設計“日/夜倒接裝置”用于切換既有舊聯(lián)鎖與新系統(tǒng)聯(lián)鎖對道岔的信息采集及控制。日/夜倒接裝置設置在既有信號系統(tǒng)機械室內(nèi)的分線盤處，將新信號系統(tǒng)及既有信號系統(tǒng)的道岔控制電路分別引入日/夜倒接裝置的對應端子上，通過日/夜倒接裝置連接至室外轉(zhuǎn)轍機，從而實現(xiàn)新、舊信號系統(tǒng)對同一道岔轉(zhuǎn)轍機的分別控制及狀態(tài)采集。如圖3所示。

　　3.2 新舊系統(tǒng)倒接裝置設計

　　為保證切換安全可靠、操作簡單，新舊系統(tǒng)倒接裝置設計主要由新舊系統(tǒng)倒接開關(guān)、轉(zhuǎn)換確認開關(guān)、雙穩(wěn)態(tài)繼電器、指示燈以及外箱5部分組成。日/夜倒接裝置采用SIL4安全等級的雙穩(wěn)態(tài)繼電器作為主要部件，在繼電器完成切換后，切斷繼電器線圈的供電，繼電器的觸點將會鎖閉在當前狀態(tài)下。利用該繼電器的特性，由每組相應觸點的中接點連接室外轉(zhuǎn)轍機的控制、表示線，前觸點及后觸點分別連接新、舊聯(lián)鎖設備的控制電路，從而達到新、舊聯(lián)鎖系統(tǒng)對轉(zhuǎn)轍機切換控制的目的。如圖4所示。

　　“新、舊系統(tǒng)倒接開關(guān)”主要用于新舊設備的倒接操作。當需要轉(zhuǎn)換到新系統(tǒng)或舊系統(tǒng)時，只須將“新、舊系統(tǒng)倒接開關(guān)”扳至對應位置，雙穩(wěn)態(tài)繼電器勵磁接通相應電路，該開關(guān)必須與“轉(zhuǎn)換確認開關(guān)”配合使用才能進行新、舊系統(tǒng)切換。

　　“轉(zhuǎn)換確認開關(guān)”主要用于切斷、接通雙穩(wěn)態(tài)繼電器的勵磁電源。在轉(zhuǎn)換時，將“轉(zhuǎn)換確認開關(guān)”扳至對應位置以接通繼電器勵磁電源；當轉(zhuǎn)換過程結(jié)束，開關(guān)扳至對應位置切斷繼電器勵磁電源。從電路設計上強制要求兩次操作確認，能夠有效防止轉(zhuǎn)換過程中發(fā)生的人為誤操作。新、舊系統(tǒng)對道岔信息采集及控制與倒接開關(guān)位置關(guān)系，參見表1。

　　雙穩(wěn)態(tài)繼電器作為新舊系統(tǒng)倒接裝置的主要部件，對其選擇要充分考慮觸點的瞬間電流沖擊能力。如北京地鐵1號線采用ZD6型雙機牽引轉(zhuǎn)轍機，在直流220 V負載的情況下，雙穩(wěn)態(tài)繼電器觸點所承受的瞬間電流沖擊須大于8 A。同時為保證繼電器各觸點狀態(tài)一致，建議選擇有強制導向觸點的雙穩(wěn)態(tài)繼電器。

　　指示燈電路主要用于多個繼電器之間的狀態(tài)一致性確認。該指示燈串聯(lián)在雙穩(wěn)態(tài)繼電器的節(jié)點回路中，用于提示接通的是既有系統(tǒng)還是新信號系統(tǒng)。

4 車載倒接設計

　　對于之前未配備車載信號系統(tǒng)的車輛，不涉及到新、舊信號系統(tǒng)的倒接。在進行車輛信號電路設計時，只需在電路中增加車載信號倒接開關(guān)，用于在影子運營期間切斷新信號設備對車載的控制命令。以下主要針對之前配備了既有信號系統(tǒng)的車輛進行倒接方案討論。

　　對于之前已經(jīng)配備了車載信號系統(tǒng)的車輛，車載信號倒接設備的設計，需保證對既有車載信號系統(tǒng)與新車載信號系統(tǒng)的切換。車載信號倒接設備電路設計要確保新車載信號系統(tǒng)不會影響到既有車載信號系統(tǒng)的功能，易于操作，以保證新車載調(diào)試的要求。因此選擇安全開關(guān)作為車載設備倒接的主要部件，該安全開關(guān)包含既有信號系統(tǒng)和新信號系統(tǒng)兩個選擇位。進行新、舊系統(tǒng)切換時，只需將倒接開關(guān)轉(zhuǎn)換到相應位置即完成對車載信號系統(tǒng)的倒接。新信號系統(tǒng)和既有信號系統(tǒng)并行采集車輛信息，輸出命令將使用Y形安全開關(guān)進行選擇，當開關(guān)置于“舊系統(tǒng)”時，既有信號系統(tǒng)對車輛進行控制；當?shù)菇娱_關(guān)置于“新系統(tǒng)”時，新車載信號系統(tǒng)對車輛進行控制。如圖5所示。

　　北京地鐵1號線車輛改造有兩種車型，分別是DKZ4車型及SFM04車型，采用6輛編組，3動3拖[2]，車輛的信號接口電路設計如圖6所示。信號與車輛接口電路中接入車載倒接開關(guān)（SC12），該倒接安全開關(guān)有12級共48個觸點，通過該安全開關(guān)實現(xiàn)新、舊車載信號系統(tǒng)的切換。

　　進行新、舊車載信號倒接時，需要破鉛封后，由兩人共同完成倒接開關(guān)位置的確認。倒接完成后對倒接開關(guān)進行鉛封并鎖閉倒接開關(guān)機柜。

5 舊設備及過渡設備拆除

　　舊信號設備及過渡設備拆除是在新設備倒接完成后，新信號系統(tǒng)試運營階段進行。設備拆除包括軌旁舊信號設備及過渡設備拆除，以及車載舊設備及過渡設備拆除。

　　5.1 軌旁舊設備拆除

　　軌旁舊信號設備包括信號機、軌道電路、電源設備、聯(lián)鎖設備及電纜等，這些設備與新信號系統(tǒng)沒有接口，在新系統(tǒng)投入試運營后可以分段初步進行拆除。

　　日/夜轉(zhuǎn)換開關(guān)及既有室外道岔電路作為過渡設備，拆除前需將預先敷設好的轉(zhuǎn)轍機室外配線接至新信號系統(tǒng)的分線盤，并完成道岔的室內(nèi)外一致性測試后，才可將日/夜轉(zhuǎn)換開關(guān)及舊組合配線拆除。

　　5.2 車載舊設備拆除

　　車載過渡設備主要為倒接開關(guān)，在舊的車載信號停用后進行拆除?；谲囕d倒接開關(guān)的電路設計，只需逐車將倒接開關(guān)及配線從端子排上拆除即可。

　　在新信號系統(tǒng)啟用后按施工圖逐車將舊信號設備拆除，之后需對新信號設備重新進行靜態(tài)、動態(tài)測試，通過后才允許該車再次投入載客運營。

6 結(jié)論

　　本文結(jié)合北京地鐵1號線信號改造CBTC工程，淺談改造過程中倒接方案的設計。結(jié)合地鐵改造線路的特點，討論如何在不間斷商業(yè)運行的情況下，進行CBTC信號系統(tǒng)的工程實施。詳細分析了軌旁設備的倒接以及車載信號設備倒接過程，以實現(xiàn)保證安全、便于操作、對商業(yè)運營影響最小的倒接方案設計，為后續(xù)軌道交通信號系統(tǒng)改造提供參考。

　　參考文獻

　　[1] 潘曉軍．北京地鐵1號線運輸能力挖掘研究[J].交通運輸系統(tǒng)工程與信息，2013，13（4）：200-204.

　　[2] 錢麗芳，譚喜堂，申朝旭．北京地鐵1號線運能現(xiàn)狀及提高措施[J].城市軌道交通研究，2012，15（2）：69-73．