采用车地融合方式开展列控过分相计算研究

时间：2024-07-28

方明亮，卫旭初，严之伟

（1.怀邵衡铁路有限责任公司，长沙 410027；2.中铁第四勘察设计院集团有限公司，武汉 430063）

新建高铁引入枢纽是高铁建设难点中的难点。随着中国高铁建设的范围越来越广，新建高铁引入既有枢纽的场景越来越多，需要解决列控等级切换、大号码道岔应答器设置、开/关灯衔接站点灯等众多问题，本文则聚焦于动车组过分相问题。

张吉怀铁路线路全长246.909 km，线路北端从黔张常铁路张家界西站引出，南端引入沪昆高铁及怀邵衡铁路并场的怀化南站，桥隧比90.1%，设计速度目标值350 km/h。张吉怀铁路沿线地形起伏大、地质条件复杂，是一条典型山区高速铁路，引入怀化枢纽前需上跨沪昆高铁及怀衡铁路，因地形限制，相关线路坡度超过了20‰。怀化枢纽内线路允许速度较低、联络线线路较短、分相设置在长上坡区段，本文对动车组自动过分相场景进行系统研究，探讨更优的系统方案应用于后续高铁设计中。

1 怀化南下行分相设置情况

张吉怀铁路下行线龙形村所至怀化南怀邵衡场之间线路设计速度目标值80 km/h，在2437BG 设置有分相区一处（图示均为断标），动车组反向运行方向分相区入口线路纵向坡度18‰（上坡）、出口位于下坡道上。另外怀邵衡场道岔均为12 号，道岔侧向过岔速度限速45 km/h，相关工程概况如图1所示。本章对出现问题的下行线反方向分相设置情况进行描述。

图1 怀化南下行线分相布置示意Fig.1 Layout of the neutral section of the down line of Huaihuanan Railway Station

1.1 分相设置位置规范满足情况

《高速铁路设计规范》（TB 10621-2014）规定“接触网电分相的设置应经过列车过分相能力检算而确定。电分相不宜设置在连续大坡道、变坡点、大电流及出站加速区段，列车过分相断电区距最近信号机不宜小于550 m”。该分相断标位置距车站进站信号机距离为588 m，且根据传统的行车过分相能力检算，接触网电分相设置位置合理且满足设计规范要求。

1.2 分相检算原则和主要参数

动车组由怀邵衡场侧线发车经张吉怀下行线至龙形村所运行时，传统的自动过分相模拟算法如下。

列车加速计算起点：车尾越过反向进站信号机开始加速。

动车组列车长度：按重联420 m 取值。

列车牵引模拟断电、取电位置按上述设计分相断合标里程取值。

1.3 检算结果

各车型正线反向行车分相检算结果如表1 所示。

由表1 可知，怀化南分区所下行方向分相反向行车入口速度CRH380AL 可达到56 km/h，其出口速度为20 km/h；CRH2-350 可达到53 km/h，其出口速度为8 km/h；CRH5 可达到54 km/h，其出口速度为11 km/h。

表1 各车型正线反向行车分相检算结果Tab.1 Calculation results of different trains passing the neutral section in the reverse direction on the main line

2 动车组动态验证实际场景

实际动车组动态验证的过程中，部分序列存在动车组不能加速到55 km/h 的情况，导致在动车组自动过分相时停车。自动过分相失败的表现形式有以下方面。

1）动车组在自动过分相时，在断标前一定距离就切断了牵引，可加速的距离比原计算方法到断标点要短，导致动车组在自动过分相前不能充分加速。

2）列控数据中对于道岔直向的速度描述按线路最高速度80 km/h 描述，而装配300S 和300H 的动车组，在发车进路咽喉区发JC 码时，车尾侧向越过201#道岔侧岔尖后动车组仍不能加速。

3）装配300T 车载的动车组驶入进站口外方线路允许速度80 km/h 的区段仍保持在45 km/h 的速度不能加速。

4）动车组车头越过合电标后，仍不能获得牵引力。

3 过分相失败原因分析

3.1 装配有300H或300S的动车组（以CR400AF-A车型+300H车载（长编组）为例）

3.1.1 第一个序列现象

如图2 所示，由怀化南站16G 发车，发车进路发JC 码（跨上下行线运行），列车从XZ 信号机处开始车尾保持，在K244+694 处车尾保持结束（速度为42.6 km/h），在K244+615 处切牵引（速度为47.3 km/h），在K244+025 处停车，过分相区失败。

图2 第一个序列回放示意Fig.2 Schematic diagram of the playback of the first sequence

上述序列实际运行情况与分相检算情况的差异为，一是动车组头部距离分相断标还有39 m（动车组当前速度运行3 s 的距离）时，ATP 就输出了切牵引的指令；二是动车组车尾越过XZ 进站信号机后，车尾保持距离为470 m，较检算取值多50 m（经了解该50 m 为车载余量）。上述两个差异导致动车组比原计算方式少加速89 m，因此未能达到自动过分相所需的最低入口速度（55 km/h），因此自动过分相失败。

3.1.2 第二个序列现象

如图3 所示，由怀化南站11G 发车（变更进路），发车进路发L 码（有效码）列车从201#道岔岔尖处开始车尾保持，在K244+744 处车尾保持结束（速度为43.5 km/h），在K244+621 处切牵引（速度为55.4 km/h），在K244+049（速度为29.8 km/h）撤销指令，过分相区成功。

图3 第二个序列回放示意Fig.3 Schematic diagram of the playback of the second sequence

上述序列实际运行情况与分相检算情况的差异同第一个序列，动车组头部距离分相断标还有45 m（动车组当前速度运行3 s 的距离）时，ATP就输出了切牵引的指令；本序列车尾保持从201#岔尖开始，车尾保持距离较检算长度多了50 m。该场景下动车组可加速距离较原计算方式（断标至XZ）仅减少45 m，动车组在当前场景下可以加速到自动过分相最低入口速度（55 km/h），因此自动过分相成功。经了解，300H 和300S 的车载设备在收到地面有效码时，动车组车尾保持从其最后越过的道岔岔尖起开始计算（本序列中从201#道岔岔尖开始计算），因此该场景下车尾保持结束比原计算方式条件变好。

3.2 装配有300T的动车组（CRH3C-3061+3064车型+300T车载（重联）举例）

第1 个序列由怀化南站11G（变更）发车。第2 个序列由怀化南站12G 发车。第3 个序列由怀化南站16G 发车。无论发车进路是否发有效码，3 个序列中动车组在切牵引前都未结束45 km/h 的车尾保持，列车过分相均失败。如图4 所示。

如图4 所示，300T 列车在XZ、BXZ 以及B2449 处车尾保持均会重新计算。经了解300T 车载类型动车组的车尾保持情况与列车收到的应答器信息有关，只要收到含有线路速度包的应答器、且此时正在车尾保持中，车载都会从应答器位置开始重新计算车尾保持的起点。

图4 300T车载序列回放示意Fig.4 Schematic diagram of the playback of 300T onboard sequence

3.3 动车组越过无电区后的取电时机

动态验证试验标明，动车组并非如上述传统分相计算原则中预期，在过分相后反向断标处取电。该分相区出口位于下坡地段，动车试验多个场景中发现动车组车头越过合标后，虽有车速（下坡），但牵引电流并未恢复。经向复兴号动车组厂家落实，车载系统在车头越过合标135 m（部分车型为135.5 m）后给出合闸信号。而车辆系统接收到车载系统合闸信号后，在动车组继续行驶400 m（长编，短编为220 m）后控制真空主断路器VCB 合闸，此时动车组车头已越过合标约220 m，如图5所示。

图5 动车组过分相VCB相关开闭时机示意Fig.5 Schematic diagram of the timing of the opening and closing of Circuit Breaker VCB when an EMU passes over the neutral section

另据车辆厂家反馈，主断开器VCB 合闸后，若车辆速度大于55 km/h，车辆即可获得牵引力，开始加速。若车辆速度小于55 km/h，车辆牵引增加保持开启，需逐一重启后才获得牵引力，重启过程约15 ～25 s。

4 分相计算优化

根据上述分析和研究发现，分相计算时需要充分考虑车载设备、车辆设备中相关控制逻辑对过分相过程的影响，相关计算参数取值需按照车地融合的思路进行调整，尤其针对高速铁路困难地段分相计算关键参数的取值，应在以下几个方面进行优化改进。

1）列车车长检算长度

根据相关车载数据，检算列车车长需增加一定安全余量。考虑到未来17 辆编组列车的运营，检算列车长度可按公式（1）计算。

其中：L检——过分相检算时的列车长度/m。

L列——列车实际长度/m。

M——安全余量，一般取50 m。

2）车尾保持起始位置

因不同车载设备车尾保持的设置方案不同，需按最不利型号车载需求对发车口车尾保持的起始位置进行确定。考虑到进站信号机外方30 m 处一定设置有描述线路速度信息的应答器组，因此出站口车尾保持起点按信号机外方500 m（30 m+420 m+50 m）考虑（按16 辆编组）。若在该500 m 范围内布置有含有速度包的应答器组，应重新计算，将新遇到的应答器位置+470 m 后作为车尾保持起点，并迭代继续以该点往外寻找是否有含有速度包的应答器组。如果开行17 辆编组列车，上述车长增加20 m。

3）计算列车牵引断电、取电位置

经调查后，根据不同车载设备，列车输出分相控制一般分为分相前3 s 和分相前10 s 两种，计算是按10 s 取值。

列车过分相后输出分相控制撤销一般为列车车头越过分相区130 m 或135.5 m。在复兴号未修改过分相后VCB 合闸的走行距离时，取电位置宜按合标后再加220 m 考虑。同时在线路允许速度不高时，应针对坡度情况适当考虑动车组出分相后速度低于55 km/h 时，车辆牵引增加保持开启，增加15 ～25 s 的惰性距离（按25 s 取值）。