方明亮，衛(wèi)旭初，嚴之偉

（1.懷邵衡鐵路有限責(zé)任公司，長沙 410027；2.中鐵第四勘察設(shè)計院集團有限公司，武漢 430063）

新建高鐵引入樞紐是高鐵建設(shè)難點中的難點。隨著中國高鐵建設(shè)的范圍越來越廣，新建高鐵引入既有樞紐的場景越來越多，需要解決列控等級切換、大號碼道岔應(yīng)答器設(shè)置、開/關(guān)燈銜接站點燈等眾多問題，本文則聚焦于動車組過分相問題。

張吉懷鐵路線路全長246.909 km，線路北端從黔張常鐵路張家界西站引出，南端引入滬昆高鐵及懷邵衡鐵路并場的懷化南站，橋隧比90.1%，設(shè)計速度目標值350 km/h。張吉懷鐵路沿線地形起伏大、地質(zhì)條件復(fù)雜，是一條典型山區(qū)高速鐵路，引入懷化樞紐前需上跨滬昆高鐵及懷衡鐵路，因地形限制，相關(guān)線路坡度超過了20‰。懷化樞紐內(nèi)線路允許速度較低、聯(lián)絡(luò)線線路較短、分相設(shè)置在長上坡區(qū)段，本文對動車組自動過分相場景進行系統(tǒng)研究，探討更優(yōu)的系統(tǒng)方案應(yīng)用于后續(xù)高鐵設(shè)計中。

1 懷化南下行分相設(shè)置情況

張吉懷鐵路下行線龍形村所至懷化南懷邵衡場之間線路設(shè)計速度目標值80 km/h，在2437BG 設(shè)置有分相區(qū)一處（圖示均為斷標），動車組反向運行方向分相區(qū)入口線路縱向坡度18‰（上坡）、出口位于下坡道上。另外懷邵衡場道岔均為12 號，道岔側(cè)向過岔速度限速45 km/h，相關(guān)工程概況如圖1所示。本章對出現(xiàn)問題的下行線反方向分相設(shè)置情況進行描述。

圖1 懷化南下行線分相布置示意Fig.1 Layout of the neutral section of the down line of Huaihuanan Railway Station

1.1 分相設(shè)置位置規(guī)范滿足情況

《高速鐵路設(shè)計規(guī)范》（TB 10621-2014）規(guī)定“接觸網(wǎng)電分相的設(shè)置應(yīng)經(jīng)過列車過分相能力檢算而確定。電分相不宜設(shè)置在連續(xù)大坡道、變坡點、大電流及出站加速區(qū)段，列車過分相斷電區(qū)距最近信號機不宜小于550 m”。該分相斷標位置距車站進站信號機距離為588 m，且根據(jù)傳統(tǒng)的行車過分相能力檢算，接觸網(wǎng)電分相設(shè)置位置合理且滿足設(shè)計規(guī)范要求。

1.2 分相檢算原則和主要參數(shù)

動車組由懷邵衡場側(cè)線發(fā)車經(jīng)張吉懷下行線至龍形村所運行時，傳統(tǒng)的自動過分相模擬算法如下。

列車加速計算起點：車尾越過反向進站信號機開始加速。

動車組列車長度：按重聯(lián)420 m 取值。

列車牽引模擬斷電、取電位置按上述設(shè)計分相斷合標里程取值。

1.3 檢算結(jié)果

各車型正線反向行車分相檢算結(jié)果如表1 所示。

由表1 可知，懷化南分區(qū)所下行方向分相反向行車入口速度CRH380AL 可達到56 km/h，其出口速度為20 km/h；CRH2-350 可達到53 km/h，其出口速度為8 km/h；CRH5 可達到54 km/h，其出口速度為11 km/h。

表1 各車型正線反向行車分相檢算結(jié)果Tab.1 Calculation results of different trains passing the neutral section in the reverse direction on the main line

2 動車組動態(tài)驗證實際場景

實際動車組動態(tài)驗證的過程中，部分序列存在動車組不能加速到55 km/h 的情況，導(dǎo)致在動車組自動過分相時停車。自動過分相失敗的表現(xiàn)形式有以下方面。

1）動車組在自動過分相時，在斷標前一定距離就切斷了牽引，可加速的距離比原計算方法到斷標點要短，導(dǎo)致動車組在自動過分相前不能充分加速。

2）列控數(shù)據(jù)中對于道岔直向的速度描述按線路最高速度80 km/h 描述，而裝配300S 和300H 的動車組，在發(fā)車進路咽喉區(qū)發(fā)JC 碼時，車尾側(cè)向越過201#道岔側(cè)岔尖后動車組仍不能加速。

3）裝配300T 車載的動車組駛?cè)脒M站口外方線路允許速度80 km/h 的區(qū)段仍保持在45 km/h 的速度不能加速。

4）動車組車頭越過合電標后，仍不能獲得牽引力。

3 過分相失敗原因分析

3.1 裝配有300H或300S的動車組（以CR400AF-A車型+300H車載（長編組）為例）

3.1.1 第一個序列現(xiàn)象

如圖2 所示，由懷化南站16G 發(fā)車，發(fā)車進路發(fā)JC 碼（跨上下行線運行），列車從XZ 信號機處開始車尾保持，在K244+694 處車尾保持結(jié)束（速度為42.6 km/h），在K244+615 處切牽引（速度為47.3 km/h），在K244+025 處停車，過分相區(qū)失敗。

圖2 第一個序列回放示意Fig.2 Schematic diagram of the playback of the first sequence

上述序列實際運行情況與分相檢算情況的差異為，一是動車組頭部距離分相斷標還有39 m（動車組當前速度運行3 s 的距離）時，ATP 就輸出了切牽引的指令；二是動車組車尾越過XZ 進站信號機后，車尾保持距離為470 m，較檢算取值多50 m（經(jīng)了解該50 m 為車載余量）。上述兩個差異導(dǎo)致動車組比原計算方式少加速89 m，因此未能達到自動過分相所需的最低入口速度（55 km/h），因此自動過分相失敗。

3.1.2 第二個序列現(xiàn)象

如圖3 所示，由懷化南站11G 發(fā)車（變更進路），發(fā)車進路發(fā)L 碼（有效碼）列車從201#道岔岔尖處開始車尾保持，在K244+744 處車尾保持結(jié)束（速度為43.5 km/h），在K244+621 處切牽引（速度為55.4 km/h），在K244+049（速度為29.8 km/h）撤銷指令，過分相區(qū)成功。

圖3 第二個序列回放示意Fig.3 Schematic diagram of the playback of the second sequence

上述序列實際運行情況與分相檢算情況的差異同第一個序列，動車組頭部距離分相斷標還有45 m（動車組當前速度運行3 s 的距離）時，ATP就輸出了切牽引的指令；本序列車尾保持從201#岔尖開始，車尾保持距離較檢算長度多了50 m。該場景下動車組可加速距離較原計算方式（斷標至XZ）僅減少45 m，動車組在當前場景下可以加速到自動過分相最低入口速度（55 km/h），因此自動過分相成功。經(jīng)了解，300H 和300S 的車載設(shè)備在收到地面有效碼時，動車組車尾保持從其最后越過的道岔岔尖起開始計算（本序列中從201#道岔岔尖開始計算），因此該場景下車尾保持結(jié)束比原計算方式條件變好。

3.2 裝配有300T的動車組（CRH3C-3061+3064車型+300T車載（重聯(lián)）舉例）

第1 個序列由懷化南站11G（變更）發(fā)車。第2 個序列由懷化南站12G 發(fā)車。第3 個序列由懷化南站16G 發(fā)車。無論發(fā)車進路是否發(fā)有效碼，3 個序列中動車組在切牽引前都未結(jié)束45 km/h 的車尾保持，列車過分相均失敗。如圖4 所示。

如 圖4 所 示，300T 列 車 在XZ、BXZ 以 及B2449 處車尾保持均會重新計算。經(jīng)了解300T 車載類型動車組的車尾保持情況與列車收到的應(yīng)答器信息有關(guān)，只要收到含有線路速度包的應(yīng)答器、且此時正在車尾保持中，車載都會從應(yīng)答器位置開始重新計算車尾保持的起點。

圖4 300T車載序列回放示意Fig.4 Schematic diagram of the playback of 300T onboard sequence

3.3 動車組越過無電區(qū)后的取電時機

動態(tài)驗證試驗標明，動車組并非如上述傳統(tǒng)分相計算原則中預(yù)期，在過分相后反向斷標處取電。該分相區(qū)出口位于下坡地段，動車試驗多個場景中發(fā)現(xiàn)動車組車頭越過合標后，雖有車速（下坡），但牽引電流并未恢復(fù)。經(jīng)向復(fù)興號動車組廠家落實，車載系統(tǒng)在車頭越過合標135 m（部分車型為135.5 m）后給出合閘信號。而車輛系統(tǒng)接收到車載系統(tǒng)合閘信號后，在動車組繼續(xù)行駛400 m（長編，短編為220 m）后控制真空主斷路器VCB 合閘，此時動車組車頭已越過合標約220 m，如圖5所示。

圖5 動車組過分相VCB相關(guān)開閉時機示意Fig.5 Schematic diagram of the timing of the opening and closing of Circuit Breaker VCB when an EMU passes over the neutral section

另據(jù)車輛廠家反饋，主斷開器VCB 合閘后，若車輛速度大于55 km/h，車輛即可獲得牽引力，開始加速。若車輛速度小于55 km/h，車輛牽引增加保持開啟，需逐一重啟后才獲得牽引力，重啟過程約15 ～25 s。

4 分相計算優(yōu)化

根據(jù)上述分析和研究發(fā)現(xiàn)，分相計算時需要充分考慮車載設(shè)備、車輛設(shè)備中相關(guān)控制邏輯對過分相過程的影響，相關(guān)計算參數(shù)取值需按照車地融合的思路進行調(diào)整，尤其針對高速鐵路困難地段分相計算關(guān)鍵參數(shù)的取值，應(yīng)在以下幾個方面進行優(yōu)化改進。

1）列車車長檢算長度

根據(jù)相關(guān)車載數(shù)據(jù)，檢算列車車長需增加一定安全余量?？紤]到未來17 輛編組列車的運營，檢算列車長度可按公式（1）計算。

其中：L檢——過分相檢算時的列車長度/m。

L列——列車實際長度/m。

M——安全余量，一般取50 m。

2）車尾保持起始位置

因不同車載設(shè)備車尾保持的設(shè)置方案不同，需按最不利型號車載需求對發(fā)車口車尾保持的起始位置進行確定?？紤]到進站信號機外方30 m 處一定設(shè)置有描述線路速度信息的應(yīng)答器組，因此出站口車尾保持起點按信號機外方500 m（30 m+420 m+50 m）考慮（按16 輛編組）。若在該500 m 范圍內(nèi)布置有含有速度包的應(yīng)答器組，應(yīng)重新計算，將新遇到的應(yīng)答器位置+470 m 后作為車尾保持起點，并迭代繼續(xù)以該點往外尋找是否有含有速度包的應(yīng)答器組。如果開行17 輛編組列車，上述車長增加20 m。

3）計算列車牽引斷電、取電位置

經(jīng)調(diào)查后，根據(jù)不同車載設(shè)備，列車輸出分相控制一般分為分相前3 s 和分相前10 s 兩種，計算是按10 s 取值。

列車過分相后輸出分相控制撤銷一般為列車車頭越過分相區(qū)130 m 或135.5 m。在復(fù)興號未修改過分相后VCB 合閘的走行距離時，取電位置宜按合標后再加220 m 考慮。同時在線路允許速度不高時，應(yīng)針對坡度情況適當考慮動車組出分相后速度低于55 km/h 時，車輛牽引增加保持開啟，增加15 ～25 s 的惰性距離（按25 s 取值）。

5 結(jié)束語

采用上述檢算思路和計算方法對高鐵分相進行計算，尤其是條件較為惡劣的速度較低的短聯(lián)絡(luò)線等場景，可以較高程度的仿真列車過分相的實際情況，盡早發(fā)現(xiàn)地面設(shè)備設(shè)置與車載過分相匹配的問題，可提早研究系統(tǒng)整體解決方案，為工程順利實施和開通奠定基礎(chǔ)。