ccs-2级和ccs-3级在动车组上的列控系统模式

ccs-2级和ccs-3级在动车组上的列控系统模式

1动车组的速度和长度高速铁路列车采用一台动车组，列车采用八组或两组八组的重组，并重复连接。单列动车组长度大约210m。动车组有250km/h和350km/h2种速度。动车组接车作业主要有侧向接车和直向接车。要求动车组接车时必须整车停于站台内,不得越过信号机,绝对不可以越过警冲标。2c3列控系统中国铁路列车运行控制系统(CTCS)共分为5级,目前适用于高速铁路的列控系统为CTCS-2级(C2)和CTCS-3级(C3)列控系统。C2主要用于时速200～250km的客运专线和时速200km的客货共线铁路,C3主要应用于时速300～350km的高速铁路,其功能包含C2。2个列控系统控制原理相近,均采用一次模式曲线控制列车运行,即以前方列车距本车的距离由车载设备实时计算本车控制曲线,给出允许速度值。主要不同点是车-地信息传输媒介不同,C2采用轨道电路加点式应答器单向传递列控系统信息,C3采用GSM-R无线通信双向传递列控信息。列控系统是铁路信号的核心安全设备,其安全完善度等级要满足SIL4级要求。极端情况下,即使设备遭遇停电或完全损毁,其输出也必须导向安全侧:禁止列车运行或产生紧急制动。列控系统设计应符合故障-安全原则,采用硬件多重冗余的安全计算机平台作为主逻辑运算单元。3地面下站信号机至警冲标距离高速铁路车站到发线有效长(股道两端警冲标之间的距离)650m,采用16辆编组时站台长度450m。道岔侧向允许速度80km/h。出站信号机至警冲标的距离(含过走防护距离50m)一般采用55m。站坪宜设在平道上,困难条件下可设在不大于1‰的坡道上。4控车安全保障研究根据科技运136号《CTCS-2级列控系统应答器应用原则(V2.0)》和铁集成124号《客运专线C2车载和地面设备配置及运用技术原则(暂行)》的规定,进站外方接近区段和站内的应答器以及出站信号机的布置情况如下:进站口外方30m处设置进站有源应答器组,用于向车载提供进路信息、临时限速等相关控车信息;进站口外方250m处设置定位应答器用于列车定位;车站到发线上的应答器组一般要求设置在距出站信号机(30±0.5)m处;出站信号机设置在距警冲标不小于55m(含过走防护距离50m)的地点(见图1)。C2工作模式主要有完全监控模式(FS)、部分监控模式(PS)、目视行车模式(OS)、调车监控模式(SH)、隔离模式(IS)5种。隔离模式是列控车载设备制动功能停用的模式,因此不将隔离模式作为设备安全分析对象进行研究。动车组车站接车作业过程运用的列车自动防护(ATP)模式仅包括完全监控模式、部分监控模式和目视行车模式3种。不同模式采用不同的安全保护方式,动车组接车作业安全策略研究的重点是,分析动车组在上述几种模式下依据现行规范是否存在冒进出站信号或冒进警冲标的可能,如果存在冒进的可能,需要进一步研究其他配套工程措施或制定相应运输管理规定,以提高动车组接车作业的安全性。以下分析均基于动车组制动性能处于良好状态,C3研究也是如此。4.1基于距离模式的制动信号完全监控模式是列车正常运行模式。列车按高于允许速度2km/h报警、5km/h常用制动、10km/h紧急制动设置。在完全监控模式下,车载设备可以获得控制列车运行的各项数据,能够判断列车位置和停车位置,在保证列车速度满足线路固定限速、车辆构造速度、停车位置、限速等条件下,生成目标-距离模式曲线,并连续监控列车速度,与模式速度比较,自动输出紧急制动或常用制动命令,同时,通过人机界面显示列车实际速度、允许速度、目标速度和目标距离等信息。列车以完全监控模式侧线进站停车时,ATP以进站口限速80km/h(1/18及以上号码道岔)或45km/h(1/18以下号码道岔)计算速度-距离曲线;当动车组越过进站信号机后,车载ATP按照在出站信号前停车(V=0)计算速度-距离曲线,计算停车点时C2车载设备考虑60m(常用制动)或50m(紧急制动)的测速测距等误差作为其安全防护距离。在该模式下,如果进站接近区段收到黄黄(UU)或黄黄闪(UUS)码,越过进站信号机处有源应答器后,即使地面轨道电路低频信息码转为无码,也不产生0km/h的制动模式,而仍以出站信号机为打靶点生成制动曲线。由于C2采用闭口的模式曲线控车方式,因此,其完全监控模式能有效防止列车超速、防止列车冒进出站信号机,列车运行安全可控。4.2发线股道采用单条线路监控模式,增加列车有机可靠性部分监控模式是列车车载设备接收到轨道电路允许行车信息,而缺少应答器提供的线路数据或限速数据时使用的模式。该模式在列车进站内侧线停车时又分如下3类情况。(1)经道岔侧向接车:列车在区间运行,车载设备处于完全监控模式。当列车运行到进站信号机前方,车载设备收到地面轨道电路UU码或UUS码信息后,立即生成目标速度为45km/h或80km/h的模式限速曲线控制列车安全驶向进站信号机。如果车载设备未能收到进站应答器信息或只收到默认信息,则ATP立即转入部分监控模式。列车在接收到UU码或UUS码信息之后如果没有收到任何码,则按45km/h或80km/h的顶棚速度控车,80km/h顶棚速度控车保持的总距离为1500m,之后限制在45km/h。列车进入股道,车载设备如果收到HU码,则立即输出最大常用制动,使列车停车。由于列车进站时没有收到进站应答器信息或只收到默认报文,说明地面列控设备出现故障,如果不再考虑故障的叠加(或积累,下同),即不再考虑发生站内轨道电路发码故障,则列车进站后,最迟在车载同步传输模块(STM)接收天线(距车头5m)驶入到发线股道后应能收到HU码,进而实施最大常用制动。以常用制动距离较大的CRH2-200型动车组为例,其以NBP85km/h的速度在连续2‰(规范规定车站内坡道设计困难情况下不得大于1‰)下坡上的最大常用制动距离为540m(含空走距离)。客运专线到发线股道上两出站信号机的距离最小为540m,由此可见,该情况下列车仍能在出站信号机前方停下来,列车运行安全可控。但如果继续考虑站内轨道电路全部发码故障,列车进站后,车载设备一直没有收到任何码,则会按45km/h或80km/h的顶棚速度控车;如果此时司机减速停车控制不当,列车将有可能冒进出站信号机。在此种情况下,列控系统还有最后一道安全措施,即列车经过出站应答器时,车载设备收到“绝对停车”报文,会立即实施紧急制动。实施紧急制动的初速度可能的最大值为EBP90km/h或55km/h。以紧急制动性能较好的CRH2-200型动车组为例,计算其在平坡处的紧急制动模式曲线(EBP)85km/h和50km/h的紧急制动距离值分别为307m和129m(均含空走距离),此外还应考虑车载应答器天线安装位置(距车头8～15m)因素。由于应答器距警冲标的距离只有85～120m,小于列车的紧急制动距离,因此存在列车冒进警冲标、形成列车侧面冲突的可能。由此可见,在考虑单一故障的情况下,经道岔侧向接车,完全监控因故转为部分监控模式,部分监控模式可控制列车在出站信号机前方停下来,列车运行安全可控;但如果继续考虑后续故障叠加,而且司机有操作不当的情况,则有可能出现列车冒进出站,甚至冒进警冲标的危险。因此有必要从管理规章上规定司机必须严格驾驶。(2)引导接车:列车在区间运行,车载设备处于完全监控模式。列车运行到进站信号机外方,车载设备接收到红白(HB)码(进站开放引导信号),当列车越过进站信号机后,即转入引导接车的部分监控模式,车载设备生成固定限速20km/h的限速线控制列车运行,同时要求司机在列车运行200m或60s内按压警惕按键,否则,列车车载设备即生成目标速度为0的模式曲线,输出紧急制动。在该情况下,司机如果在列车每运行200m或60s内按压警惕按键但控车不当,列车将有可能冒进出站信号。不过,即使列车冒进出站信号机,列控系统也还有上面所述的最后一道安全措施,即当列车经过出站应答器组时,车载设备收到“绝对停车”报文后,立即实施紧急制动。以CRH3型动车组为例,计算其在连续2‰下坡上的EBP25km/h的紧急制动距离值为53m(含空走距离)。可见,因制动距离小于应答器组至警冲标的距离,列车没有冒进警冲标,仍属安全范围内。但如果这最后一道安全措施也因故失效(如出站应答器组故障或丢失),则列控系统不能防止列车冒进警冲标。因此,为策安全,引导接车的部分监控模式需要从管理层面要求司机承担防冒进的职责。(3)列车在前方车站或本站站外区间运行时,车载设备因缺少线路数据或限速数据而已经转为部分监控模式。此时,车载设备生成45km/h的限速线控制列车限速运行,在进站过程中,若仍未接收到进站应答器信息,进站后,车载设备若收到允许码则保持45km/h的速度运行,若未收到轨道电路信息或收到HU码,则立即输出最大常用制动控制列车停车。该制动距离远小于进、出站信号机之间的距离,故列车可以安全地停在出站信号机前方。4.3视合理机模式下地面低频信息码输出目视行车是司机控车的固定限速模式,限速20km/h。列控车载设备显示停车信号停车后,通过司机操作转入目视行车模式。该模式要求司机在列车每运行200m或60s内按压警惕按键,否则,列车车载设备生成0限速模式曲线输出制动。目视行车模式下地面低频信息码不起作用,但应答器中“目视行车危险”报文有效。目视行车模式和引导接车的部分监控模式基本一样,司机如果在列车每运行200m或60s内按压警惕按键,但控车不当,列车将有可能冒进出站信号。因此,此模式下车载设备只有防超速功能,而无防冒进功能,需从管理层面要求司机承担防冒进的职责。5c、将c作为车载设备,国外汽车还可通过车辆将cC3区间、车站内轨道电路和应答器设置方式与C2描述内容相同,其出站应答器组设置则根据科技运21号《关于印发CTCS-3级列控系统应答器应用原则(V2.0)的通知》第“3.3.2.1”条规定,车站有高站台的到发线出站信号机外方设置由1个有源应答器和1个无源应答器构成的应答器组,该应答器组宜靠近站台端设置,距离出站信号机不应小于20m(从靠近绝缘节的应答器计算),与C2略有差异(见图2)。根据列控系统车载设备技术规范,C3工作模式主要有完全监控模式(FS)、目视行车模式(OS)、引导模式(CO)、调车模式(SH)、隔离模式(IS)、休眠模式(SL)共6种。当RBC或GSM-R设备等故障时可转换到C2后备控车模式。动车组车站接车作业过程运用到的ATP模式仅包括完全监控模式、引导模式、目视行车模式、部分监控模式共4种。5.1生产目标-距离模式侧线进站停车时,C3列控车载设备能够判断列车位置和停车位置,在保证列车速度满足线路固定限速、车辆构造速度、停车位置、限速等条件的前提下,ATP以进站内方第一个侧向对向道岔岔尖限速80km/h(1/18及以上号码道岔)或45km/h(1/18以下号码道岔)计算速度-距离曲线;当动车越过进站信号机前的应答器后,ATP按照在出站信号机前停车(V=0)计算速度-距离曲线,生产目标-距离模式曲线,车载设备考虑了实时测速测距等误差因素在内的最大安全前端防护距离,并连续监控列车速度。该模式采用闭口控车方式,能有效防止列车超速,防止列车冒进出站信号机,列车运行安全可控。C3完全监控模式与C2类似,区别是安全防护距离的取值方法不同,C3采用最大安全前端防护距离,最大安全前端防护距离不是固定数值,它由车载设备实时计算,该值一般小于C2安全防护距离。5.2动态速度控制引导模式是在进站或出站建立引导进路后,列控车载设备按照限速40km/h控车,车载设备能显示动态速度曲线和目标距离。该模式和完全监控模式一样,采用闭口控车的模式曲线,能有效防止列车超速,防止列车冒进出站信号机,列车运行安全可控。5.3制动距离不足导致列车冒进目视行车模式限速40km/h。列控车载设备显示停车信号或位置不确定时,在停车状态下司机按压专用按钮使列控车载设备转入目视行车模式。车站侧线接车时,列控车载设备生成40km/h的固定限速线,监控列车速度;如果司机在列车每运行300m或60s内未按压警惕按键,车载设备即生成目标速度为0的模式曲线,输出紧急制动。如果司机在列车每运行300m或60s内按压了警惕按键,但控车不当,列车将有可能冒进出站信号。不过,在列车冒进出站信号机时,列控系统还有最后一道安全措施:当列车越过出站应答器组时,由于出站信号机关闭,出站应答器组发“目视行车危险”报文,车载设备收到该报文立即触发紧急制动,此时可能达到的最高速度为45kmh。CRH3型动车组在平坡处45km/h的紧急制动距离(含空走距离)约为130m,大于规定的应答器至警冲标距离75m。可见由于该制动距离不足已经导致列车冒进警冲标。即便车载收到“绝对停车”报文,设备也无法保证列车的安全。只能从管理层面要求司机承担防冒进的职责。6结论和建议6.1列车立法层面能有效防列车冲突(1)列控系统完全监控模式、部分监控模式(仅用于C2)下的大部分场景以及C3的引导模式可以控制列车进入股道安全停车,能有效防列车超速、冒进。(2)部分监控模式下的引导接车