武汉轨道交通1号线ATC后备信号系统升级改造

张 薇

（中铁第四勘察设计院集团有限公司，武汉 430063）

1 概述及问题提出

武汉市轨道交通1号线一期正线10.2 km的线路,设10座车站,2004年开通运营；二期工程在一期基础上再向东西两端延伸18.9 km，新增车站16座，2010年开通运营。

1号线正线信号系统采用THALES公司（原名ALCATEL）的Seltrac MB基于交叉感应电缆环线通信的移动闭塞ATC信号系统。Seltrac MB系统由系统管理中心（SMC）子系统、车辆控制中心（VCC）子系统、车载控制器（VOBC）和车站控制器（STC）组成。1号线THALES信号系统设备结构如图1所示。

THALES原有的Seltrac MB移动闭塞ATC系统无后备运营信号设备，在国内武汉轨道交通1号线的应用根据国内的要求开发了一套计轴站间闭塞后备运营信号系统：采用计轴设备与车站联锁设备完成联锁功能和站间自动闭塞功能，确保列车运行的安全。设备配置比较简单，在车站设置出发信号机完成站间行车的功能，车站联锁设备保证在后备运营模式下道岔的安全控制。

在后备模式下，列车运营由司机根据信号显示行车来保证列车运行的安全。后备系统用于VCC故障情况、运营特殊需要时使用。在保证安全的前提下，保证了一定的运输能力。它由STC、信号机、转辙机及计轴设备构成。

当VCC故障、或中央SMC与VCC的通道故障、或VCC与STC及FID的传输通道故障时，可后退至SMC子系统通过中央或车站设置进路，STC完成简单联锁的方式控制列车进路。

当需要人工驾驶时，通过人工“办理”（MRR）的方式，在检查符合联锁条件的情况下开放有关信号。如果道岔处在“直向”进路位置，并且至下一架信号机的所有计轴轨道区段都空闲等联锁条件均具备的情况下，则将道岔锁闭后，信号机开放绿灯。如果进路中有道岔开通“侧向”位置，并且至下一信号机的变更进路上的所有计轴轨道区段都空闲，则将道岔锁闭后，信号机开放黄灯。如果“直向”进路、“侧向”进路都未设置，或进路上的某个轨道区段处于占用状态，或收到SMC “红灯命令”，则信号将开放红灯。

在禁止信号“红灯”不能点亮的情况下，不允许开放任何允许信号。开放的允许信号实时检查联锁条件（如道岔位置、锁闭状态、计轴轨道空闲、敌对进路等），任何联锁条件丢失时，已开放的信号将关闭，并有相应的报警指示。在故障恢复后，只有人工命令才能重新开放此信号。

1号线一期工程后备信号系统是对主系统的补充和完善，在正常情况下，主系统的工作完全不受后备系统影响。结合Seltrac MB系统对道岔的控制方式，配备了简单、安全、实用的站间自动闭塞信号系统，仅在车站设置出发信号机，在检查区间空闲和道岔位置正确，并将道岔安全锁闭在固定的位置后，开放相应的信号，指示司机按信号显示方式行车，保证行车安全。

问题的提出：在武汉轨道交通1号线二期工程实施过程中，运营单位对一期工程的后备信号系统提出了升级改造的要求——在后备运营模式下，要求为站间自动闭塞信号设置保护区段，以保证人工驾驶操作时的运营安全。

2 后备信号系统升级改造方案

针对运营提出的要求，设计最初的方案是改造THALES系统，修改系统软件输出信号机点灯电路的AJ、HJ、LJ、UJ条件，由软件保障信号机开放时设置保护区段，轨旁的信号机及显示不做修改。但在与系统商的技术谈判过程中发现，THALES固有的信号系统在同一VCC及不同VCC下的STC之间都无法实现通信，为实现后备信号系统的升级必须较大范围地修改其正线ATC系统结构，该方案不利之处：一是造价极高；二是因系统软/硬件修改、系统安全需重新验证使得工期无法得到保证。

在此情况下，经过反复比选和多方论证，最后确定放弃修改THALES系统方案，采用造价低且易于实施的、在系统外部加设继电电路的后备信号系统升级改造方案：对既有一期工程后备信号系统进行改造——站间架设站间联系电缆，修改既有室内外电灯电路、采集电路等；对二期工程后备信号系统在一期方案基础上进行直接升级、加设的外部继电电路与THALES 信号系统同步建设实施。

后备信号系统升级改造方案中信号机的显示机构与一期工程相同。信号机设置为四灯位组合机构，自上而下的灯位为黄、绿、红、蓝。原方案显示含义如下。

蓝灯——表示系统运行在自动模式下，列车以ATO模式或ATP监督模式行驶，列车运行不受信号机的限制。但对在后备模式下运行的列车，蓝灯为禁止自动运行信号，司机控制列车在信号机前停车。

红灯——列车运行在后备模式下，禁止列车越过该信号机。

绿灯——列车运行在后备模式下，进路锁闭，且进路中的所有道岔均开通直向，允许列车以正常速度越过该信号机至下一站台停车。

黄灯——列车运行在后备模式下，进路锁闭，且进路中至少有一组道岔开通侧向，允许列车以规定的速度越过该信号机至下一站台停车。

增加保护区段后，增加绿黄显示，升级改造后的后备信号系统显示含义修改如下。

绿灯——列车运行在后备模式下，进路锁闭，且进路中的所有道岔均开通直向，前方至少有两个区间空闲，允许列车以正常速度越过该信号机至下一站台停车。

绿+黄灯——列车运行在后备模式下，进路锁闭，且进路中的所有道岔均开通直向，前方只有一个区间空闲，允许列车以规定速度越过该信号机至下一站台停车。

蓝灯、红灯、黄灯的ATC系统驱动条件与显示含义与一期保持一致。

3 后备信号系统升级改造方案的实施

正线信号机的布置与一期相同。信号机的显示机构和ATC软件显示含义与1号线一期工程相同。ATC系统软件采集输出的AJ、HJ、LJ、UJ条件不变。信号机设置为四灯位组合机构，自上而下的灯位为黄、绿、红、蓝。

根据1号线二期的工程实际，考虑到建设、运营及造价等因素，升级改造电路修改方案的实施：一期轨旁封闭的U灯因LU显示需开放，室外需加电缆芯线；室内增加UDJ防雷组件；一期信号机（前方直向有信号机）增加XHQC组合；增加UDJ组合；STC站间增加信号机站联接口电路；增加信号机站联组合；修改DJ采集电路；修改信号机断丝报警电路及室内外配线。

一期工程信号机点灯条件AJ、HJ、LJ、UJ条件由ATC系统输出并采集监测，一期工程原信号机点灯电路如图2所示。

升级改造后同一STC下信号机显示实施方案：增加UDJ以增加LU显示,利用本站范围内前方信号机AJ、HJ、LJ、UJ条件，利用继电电路搭建修改本架信号机L、LU开放条件。一期改造及二期升级后信号机点灯电路如图3所示。

升级改造跨站不同STC下信号机显示实施方案：增加UDJ以增加LU显示,增设站联电路及电缆传递不同STC控制下的信号机AJ、HJ、LJ、UJ条件，利用继电电路搭建前方信号机HUJ、LUJ条件。

搭建继电电路修改本架信号机L、LU开放条件。一期改造及二期升级后信号机点灯电路如图4所示。

一期改造及二期升级后，在即有U显又有LU显的信号机要修改DJ的采集条件（UJ吸起检查UDJ，UJ落下检查DJ），同时还应修改对应的各信号机灯丝报警室内、外配线电路及配线，此处略。

4 该升级改造方案的利弊

该升级改造方案弊端：

1）后备系统升级改造后，ATC软硬件未变，但后备模式下，ATS与现场实际显示不一致，即当室外信号机显示LU时，ATS显示L，运营调度人员操作时需注意。

2）LU显示时，L灯与U灯相邻显示，有违国铁规范相关要求。

3）以整个站间作为保护区段，虽保证了行程安全，但降低了效率。

该升级改造方案优点：

1）二期是一期的延伸线，二期后备信号系统与一期后备信号系统一致，组成完整的一号线后备信号系统。一期与二期信号系统在线路上不存在运营边界，全线信号显示意义一致，消除了安全隐患。

2）不受正线ATC系统到货、安装、调试的影响，在ATC系统未能完全投入运营时，系统可以后备模式先期投入运营，工期得到保证。

3）提高可靠性。在ATC系统投入运营后，当ATC系统出现故障时，保障系统在后备模式下继续运营，同时保证了非通信列车在线路上的安全运营

4） 因ATC系统不变，采用传统继电电路使造价增加不多。符合节省投资的要求。

5） 满足武汉地区轨道交通网在后备模式下跨线运营的构想。当整个武汉地区轨道交通形成线网后，不同线路间的联通联运及资源共享的需求问题将凸现，在目前不同ATC信号系统无法实现跨线运营的情况下，可考虑各线在后备信号系统模式下，不计车辆编组形式，以地面信号为主体信号，实现列车的临时跨线运营。

总而概之，该升级改造方案利大于弊。

5 升级改造后的后续使用情况

1号线采用的具有保护区段的站间计轴自动闭塞后备系统，设计简单实用，不影响ATC系统的正常工作。

在局部后退模式下，该后备系统在一期时存在一定问题，如黄浦站的折返、列车由MRR区重新进入AUTO区需停车切换驾驶模式，这些问题在保证系统安全的前提下，已在二期工程信号系统实施中完善解决。

1号线后备信号系统一期的10个站改造与二期16个站升级，与二期工程ATC系统同步建设实施，并于2010年全线一次性全功能开通，运营至今，该后备系统仅在系统调试期间、环线出现故障时启用过若干次，运行情况良好。

运营人员定期在阶段性运营周期末的半小时，将信号系统切换到全后退模式，测试运行情况良好。

结论：该ATC后备系统升级改造实施方案经济合理可行。