摘  要： 隨著國(guó)內(nèi)城市軌道交通的建設(shè)發(fā)展,，一些投入運(yùn)營(yíng)較早的軌道交通線路的信號(hào)系統(tǒng)已達(dá)到服役年限,，為消除隱患、提高運(yùn)營(yíng)能力,，迫切需要對(duì)信號(hào)系統(tǒng)進(jìn)行改造升級(jí),?；谕ㄐ诺牧熊?chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)（CBTC）已成為國(guó)內(nèi)外軌道交通主流的信號(hào)控制系統(tǒng)，本文主要結(jié)合北京地鐵1號(hào)線改造CBTC信號(hào)系統(tǒng)工程,，闡述信號(hào)系統(tǒng)改造過(guò)程中倒接方案的設(shè)計(jì),。

　　關(guān)鍵詞： 軌道交通；CBTC,；信號(hào)系統(tǒng)改造

0 引言

　　隨著軌道交通的建設(shè)發(fā)展,，北京、上海等一些城市的軌道交通已形成網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營(yíng),，日益增長(zhǎng)的客流給既有線路的運(yùn)營(yíng)組織帶來(lái)了巨大壓力[1],，提高運(yùn)力對(duì)信號(hào)系統(tǒng)提出了新的需求。另一方面,，隨著信號(hào)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(shè)備老化逐漸增大?；谝陨闲枨?，部分地鐵線路開(kāi)始進(jìn)行信號(hào)系統(tǒng)改造，以達(dá)到消除隱患,，提高運(yùn)營(yíng)能力的目的,。在信號(hào)系統(tǒng)改造的全過(guò)程中，倒接方案的設(shè)計(jì)與既有信號(hào)系統(tǒng)關(guān)系最為密切,，實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)最高,。本文主要結(jié)合北京地鐵1號(hào)線的信號(hào)系統(tǒng)改造工程，闡述信號(hào)系統(tǒng)改造過(guò)程中的倒接方案的設(shè)計(jì),。

　　北京地鐵1號(hào)線于1965年動(dòng)工,，西段1974年開(kāi)通，東段1999年通車(chē)運(yùn)營(yíng),。線路全長(zhǎng)約34 km,，25座車(chē)站、2個(gè)車(chē)輛段及一個(gè)控制中心,。既有1號(hào)線采用固定閉塞信號(hào)系統(tǒng),，包括國(guó)產(chǎn)繼電聯(lián)鎖設(shè)備，以及引進(jìn)的FS2500無(wú)絕緣軌道電路設(shè)備等,。目前線路行車(chē)最小間隔為125 s[1],，為了進(jìn)一步提高運(yùn)力,，將行車(chē)間隔縮短為120 s,，同時(shí)達(dá)到消除隱患的目的，對(duì)北京地鐵1號(hào)線信號(hào)系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造,。

　　本次信號(hào)系統(tǒng)改造采用基于通信的列車(chē)運(yùn)行控制（Communication Based Train Control,，CBTC）系統(tǒng)，主要包括列車(chē)自動(dòng)防護(hù)子系統(tǒng)（Automatic Train Protection，ATP）,、列車(chē)自動(dòng)運(yùn)行子系統(tǒng)（Automatic Train Operation,，ATO）、列車(chē)自動(dòng)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(hù)支持系統(tǒng)（Maintenance Support Subsystem,，MSS）,，如圖1所示。信號(hào)系統(tǒng)改造的全程將在保證既有信號(hào)系統(tǒng)不停運(yùn),、不降低既有運(yùn)輸能力的前提下實(shí)施,。在改造過(guò)渡期間，倒接方案的設(shè)計(jì)需保證新,、舊軌旁設(shè)備及車(chē)載設(shè)備獨(dú)立運(yùn)行,，實(shí)現(xiàn)新、舊信號(hào)系統(tǒng)的“無(wú)擾切換”,。

1 倒接方案設(shè)計(jì)基本原則

　　為了實(shí)現(xiàn)安全,、高效的信號(hào)系統(tǒng)倒接，根據(jù)改造線路的信號(hào)技術(shù)特點(diǎn),，倒接方案設(shè)計(jì)需滿足以下幾個(gè)原則：

　?。?）在信號(hào)系統(tǒng)安裝、調(diào)試期間,，以及后期對(duì)舊信號(hào)設(shè)備,、過(guò)渡設(shè)備的拆除過(guò)程中,，系統(tǒng)倒接方案的設(shè)計(jì)要保證不影響正常的商業(yè)運(yùn)營(yíng),。

　　（2）在信號(hào)系統(tǒng)安裝,、調(diào)試期間,，以及后期對(duì)舊信號(hào)設(shè)備、過(guò)渡設(shè)備的拆除過(guò)程中,，既有系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)效率,、運(yùn)營(yíng)安全不能因系統(tǒng)改造而降低。

　?。?）在信號(hào)系統(tǒng)安裝,、調(diào)試期間，以及后期對(duì)舊信號(hào)設(shè)備,、過(guò)渡設(shè)備的拆除過(guò)程中,，要保證新,、舊信號(hào)設(shè)備獨(dú)立運(yùn)行，以保證過(guò)渡期間的新信號(hào)系統(tǒng)調(diào)試工作,。

　?。?）在保證安全的前提下，要求倒接設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單,，操作便捷,，便于后期拆除。

2 倒接原理

　　2.1 信號(hào)系統(tǒng)倒接階段劃分

　?。?）既有系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)階段,。在該階段進(jìn)行信號(hào)系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計(jì)、現(xiàn)場(chǎng)定測(cè)及安裝以及系統(tǒng)靜態(tài)調(diào)試工作,。

　?。?）影子模式運(yùn)營(yíng)階段。在該階段進(jìn)行夜間的動(dòng)車(chē)測(cè)試,，以及白天在既有系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)期間,，對(duì)新系統(tǒng)設(shè)備上電進(jìn)行數(shù)據(jù)采集工作。

　?。?）新系統(tǒng)試運(yùn)營(yíng)及拆舊階段,。完成新系統(tǒng)綜合聯(lián)調(diào)等各項(xiàng)測(cè)試，具備載客試運(yùn)營(yíng)條件后,，進(jìn)入該階段,。該階段開(kāi)始對(duì)舊信號(hào)設(shè)備進(jìn)行拆除。

　?。?）系統(tǒng)正式運(yùn)營(yíng)階段,。試運(yùn)營(yíng)結(jié)束，舊設(shè)備及過(guò)渡設(shè)備拆除完畢后進(jìn)入該階段,。各階段劃分如圖2所示,。

　　2.2 倒接分析

　　對(duì)軌旁信號(hào)系統(tǒng)特點(diǎn)進(jìn)行分析，新信號(hào)系統(tǒng)設(shè)備可以完全獨(dú)立于既有系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行安裝,，兩個(gè)系統(tǒng)間的接口僅限于對(duì)道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)的控制,。除轉(zhuǎn)轍機(jī)外，新系統(tǒng)的室內(nèi)設(shè)備,、區(qū)間設(shè)備、站臺(tái)設(shè)備的安裝,、調(diào)試均不影響既有系統(tǒng),。針對(duì)道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)的控制，為保證系統(tǒng)過(guò)渡期的調(diào)試,，設(shè)計(jì)專用的日夜轉(zhuǎn)換設(shè)備以保證轉(zhuǎn)轍機(jī)可由新,、舊信號(hào)系統(tǒng)交替控制,。白天運(yùn)營(yíng)期間由舊信號(hào)系統(tǒng)控制,，夜間調(diào)試由新信號(hào)系統(tǒng)控制。

　　對(duì)車(chē)載信號(hào)系統(tǒng)組成進(jìn)行分析,，對(duì)于同時(shí)裝有新,、舊車(chē)載信號(hào)系統(tǒng)的車(chē)輛，設(shè)計(jì)信號(hào)倒接開(kāi)關(guān),，用于切換新、舊車(chē)載信號(hào)系統(tǒng)對(duì)列車(chē)的控制,。夜間調(diào)試切換到新車(chē)載信號(hào)系統(tǒng),，白天運(yùn)營(yíng)切換到舊信號(hào)系統(tǒng)控制。在影子運(yùn)行階段,，運(yùn)營(yíng)期間將倒接開(kāi)關(guān)切至既有信號(hào)系統(tǒng)控制,，同時(shí)新車(chē)載信號(hào)系統(tǒng)設(shè)備上電，可以對(duì)新系統(tǒng)性能進(jìn)行監(jiān)測(cè),。

3 軌旁設(shè)備倒接方案設(shè)計(jì)

　　3.1 外部電路設(shè)計(jì)

　　基于以上分析,，軌旁新信號(hào)系統(tǒng)與既有舊信號(hào)系統(tǒng)的接口主要實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖子系統(tǒng)對(duì)道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)的控制及狀態(tài)采集。根據(jù)道岔電路原理,，設(shè)計(jì)“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(duì)道岔的信息采集及控制,。日/夜倒接裝置設(shè)置在既有信號(hào)系統(tǒng)機(jī)械室內(nèi)的分線盤(pán)處，將新信號(hào)系統(tǒng)及既有信號(hào)系統(tǒng)的道岔控制電路分別引入日/夜倒接裝置的對(duì)應(yīng)端子上,，通過(guò)日/夜倒接裝置連接至室外轉(zhuǎn)轍機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)新,、舊信號(hào)系統(tǒng)對(duì)同一道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)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(shè)計(jì)

　　為保證切換安全可靠,、操作簡(jiǎn)單，新舊系統(tǒng)倒接裝置設(shè)計(jì)主要由新舊系統(tǒng)倒接開(kāi)關(guān),、轉(zhuǎn)換確認(rèn)開(kāi)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(jí)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(diǎn)將會(huì)鎖閉在當(dāng)前狀態(tài)下,。利用該繼電器的特性，由每組相應(yīng)觸點(diǎn)的中接點(diǎn)連接室外轉(zhuǎn)轍機(jī)的控制,、表示線,，前觸點(diǎn)及后觸點(diǎn)分別連接新、舊聯(lián)鎖設(shè)備的控制電路,，從而達(dá)到新,、舊聯(lián)鎖系統(tǒng)對(duì)轉(zhuǎn)轍機(jī)切換控制的目的。如圖4所示,。

　　“新,、舊系統(tǒng)倒接開(kāi)關(guān)”主要用于新舊設(shè)備的倒接操作。當(dāng)需要轉(zhuǎn)換到新系統(tǒng)或舊系統(tǒng)時(shí),，只須將“新,、舊系統(tǒng)倒接開(kāi)關(guān)”扳至對(duì)應(yīng)位置，雙穩(wěn)態(tài)繼電器勵(lì)磁接通相應(yīng)電路,，該開(kāi)關(guān)必須與“轉(zhuǎn)換確認(rèn)開(kāi)關(guān)”配合使用才能進(jìn)行新,、舊系統(tǒng)切換。

　　“轉(zhuǎn)換確認(rèn)開(kāi)關(guān)”主要用于切斷,、接通雙穩(wěn)態(tài)繼電器的勵(lì)磁電源,。在轉(zhuǎn)換時(shí)，將“轉(zhuǎn)換確認(rèn)開(kāi)關(guān)”扳至對(duì)應(yīng)位置以接通繼電器勵(lì)磁電源,；當(dāng)轉(zhuǎn)換過(guò)程結(jié)束,，開(kāi)關(guān)扳至對(duì)應(yīng)位置切斷繼電器勵(lì)磁電源。從電路設(shè)計(jì)上強(qiáng)制要求兩次操作確認(rèn),，能夠有效防止轉(zhuǎn)換過(guò)程中發(fā)生的人為誤操作,。新、舊系統(tǒng)對(duì)道岔信息采集及控制與倒接開(kāi)關(guān)位置關(guān)系,，參見(jiàn)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(duì)其選擇要充分考慮觸點(diǎn)的瞬間電流沖擊能力,。如北京地鐵1號(hào)線采用ZD6型雙機(jī)牽引轉(zhuǎn)轍機(jī),，在直流220 V負(fù)載的情況下，雙穩(wěn)態(tài)繼電器觸點(diǎn)所承受的瞬間電流沖擊須大于8 A,。同時(shí)為保證繼電器各觸點(diǎn)狀態(tài)一致,，建議選擇有強(qiáng)制導(dǎo)向觸點(diǎn)的雙穩(wěn)態(tài)繼電器。

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

4 車(chē)載倒接設(shè)計(jì)

　　對(duì)于之前未配備車(chē)載信號(hào)系統(tǒng)的車(chē)輛，不涉及到新,、舊信號(hào)系統(tǒng)的倒接,。在進(jìn)行車(chē)輛信號(hào)電路設(shè)計(jì)時(shí)，只需在電路中增加車(chē)載信號(hào)倒接開(kāi)關(guān),，用于在影子運(yùn)營(yíng)期間切斷新信號(hào)設(shè)備對(duì)車(chē)載的控制命令,。以下主要針對(duì)之前配備了既有信號(hào)系統(tǒng)的車(chē)輛進(jìn)行倒接方案討論。

　　對(duì)于之前已經(jīng)配備了車(chē)載信號(hào)系統(tǒng)的車(chē)輛,，車(chē)載信號(hào)倒接設(shè)備的設(shè)計(jì),，需保證對(duì)既有車(chē)載信號(hào)系統(tǒng)與新車(chē)載信號(hào)系統(tǒng)的切換,。車(chē)載信號(hào)倒接設(shè)備電路設(shè)計(jì)要確保新車(chē)載信號(hào)系統(tǒng)不會(huì)影響到既有車(chē)載信號(hào)系統(tǒng)的功能,，易于操作，以保證新車(chē)載調(diào)試的要求,。因此選擇安全開(kāi)關(guān)作為車(chē)載設(shè)備倒接的主要部件,，該安全開(kāi)關(guān)包含既有信號(hào)系統(tǒng)和新信號(hào)系統(tǒng)兩個(gè)選擇位。進(jìn)行新,、舊系統(tǒng)切換時(shí),，只需將倒接開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換到相應(yīng)位置即完成對(duì)車(chē)載信號(hào)系統(tǒng)的倒接。新信號(hào)系統(tǒng)和既有信號(hào)系統(tǒng)并行采集車(chē)輛信息,，輸出命令將使用Y形安全開(kāi)關(guān)進(jìn)行選擇,，當(dāng)開(kāi)關(guān)置于“舊系統(tǒng)”時(shí)，既有信號(hào)系統(tǒng)對(duì)車(chē)輛進(jìn)行控制,；當(dāng)?shù)菇娱_(kāi)關(guān)置于“新系統(tǒng)”時(shí),，新車(chē)載信號(hào)系統(tǒng)對(duì)車(chē)輛進(jìn)行控制。如圖5所示,。

　　北京地鐵1號(hào)線車(chē)輛改造有兩種車(chē)型，分別是DKZ4車(chē)型及SFM04車(chē)型,，采用6輛編組,，3動(dòng)3拖[2]，車(chē)輛的信號(hào)接口電路設(shè)計(jì)如圖6所示,。信號(hào)與車(chē)輛接口電路中接入車(chē)載倒接開(kāi)關(guān)（SC12）,，該倒接安全開(kāi)關(guān)有12級(jí)共48個(gè)觸點(diǎn)，通過(guò)該安全開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)新,、舊車(chē)載信號(hào)系統(tǒng)的切換,。

　　進(jìn)行新、舊車(chē)載信號(hào)倒接時(shí),，需要破鉛封后,，由兩人共同完成倒接開(kāi)關(guān)位置的確認(rèn)。倒接完成后對(duì)倒接開(kāi)關(guān)進(jìn)行鉛封并鎖閉倒接開(kāi)關(guān)機(jī)柜,。

5 舊設(shè)備及過(guò)渡設(shè)備拆除

　　舊信號(hào)設(shè)備及過(guò)渡設(shè)備拆除是在新設(shè)備倒接完成后,，新信號(hào)系統(tǒng)試運(yùn)營(yíng)階段進(jìn)行,。設(shè)備拆除包括軌旁舊信號(hào)設(shè)備及過(guò)渡設(shè)備拆除，以及車(chē)載舊設(shè)備及過(guò)渡設(shè)備拆除,。

　　5.1 軌旁舊設(shè)備拆除

　　軌旁舊信號(hào)設(shè)備包括信號(hào)機(jī),、軌道電路、電源設(shè)備,、聯(lián)鎖設(shè)備及電纜等,，這些設(shè)備與新信號(hào)系統(tǒng)沒(méi)有接口，在新系統(tǒng)投入試運(yùn)營(yíng)后可以分段初步進(jìn)行拆除,。

　　日/夜轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)及既有室外道岔電路作為過(guò)渡設(shè)備,，拆除前需將預(yù)先敷設(shè)好的轉(zhuǎn)轍機(jī)室外配線接至新信號(hào)系統(tǒng)的分線盤(pán)，并完成道岔的室內(nèi)外一致性測(cè)試后,，才可將日/夜轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)及舊組合配線拆除,。

　　5.2 車(chē)載舊設(shè)備拆除

　　車(chē)載過(guò)渡設(shè)備主要為倒接開(kāi)關(guān)，在舊的車(chē)載信號(hào)停用后進(jìn)行拆除,?；谲?chē)載倒接開(kāi)關(guān)的電路設(shè)計(jì)，只需逐車(chē)將倒接開(kāi)關(guān)及配線從端子排上拆除即可,。

　　在新信號(hào)系統(tǒng)啟用后按施工圖逐車(chē)將舊信號(hào)設(shè)備拆除,，之后需對(duì)新信號(hào)設(shè)備重新進(jìn)行靜態(tài)、動(dòng)態(tài)測(cè)試,，通過(guò)后才允許該車(chē)再次投入載客運(yùn)營(yíng),。

6 結(jié)論

　　本文結(jié)合北京地鐵1號(hào)線信號(hào)改造CBTC工程，淺談改造過(guò)程中倒接方案的設(shè)計(jì),。結(jié)合地鐵改造線路的特點(diǎn),，討論如何在不間斷商業(yè)運(yùn)行的情況下，進(jìn)行CBTC信號(hào)系統(tǒng)的工程實(shí)施,。詳細(xì)分析了軌旁設(shè)備的倒接以及車(chē)載信號(hào)設(shè)備倒接過(guò)程,，以實(shí)現(xiàn)保證安全、便于操作,、對(duì)商業(yè)運(yùn)營(yíng)影響最小的倒接方案設(shè)計(jì),，為后續(xù)軌道交通信號(hào)系統(tǒng)改造提供參考。

　　參考文獻(xiàn)

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