浅谈高速铁路信号系统
发表时间：2018-06-20T15:28:32.577Z 来源：《建筑学研究前沿》2018年第2期作者：张广智
[导读] 高速铁路最重要的指导理念是动车组在经过特殊建造的专用线路上高速、高密度安全运行并得到最佳匹配。
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摘要：中国高速铁路自九十年代到如今，经过了十多年的科学研究和时间积累，依靠国内自身的技术力量，走过了学习、引进、创新、超越的一个不平凡的道路，形成了中国高速铁路技术体系，中国高铁是中国改革开放成果的一个成功典范。目前中国高速铁路营运里程两万五千多公里，占世界营运里程三分之二，“复兴号”动车组奔驰在祖国的大江南北，中国高铁为中国国民经济发展插上腾飞的翅膀。而高速铁路信号系统是高铁核心技术，被形象的比喻为高铁的眼睛。
关键词：高速铁路；信号
1.高速铁路与普速铁路的区别
高速铁路最重要的指导理念是动车组在经过特殊建造的专用线路上高速、高密度安全运行并得到最佳匹配。与普速铁路的主要区别有：1.列车运行速度大于200KM/h；2.列车晚点在1-2分钟；3.列车追踪间隔在3-5分钟；4.采用全封闭式、全立交；5.采用列车自动控制（ATC）系统，地面不设信号机，司机按车载信号显示行车，具有超速防护系统；6.车站进路不用值班员办理而是由调度中心的计算机统一控制；7.站间距离较大，区间建有无人值守的中继站；8.具有安全监控系统，监视轴温、线路、风、雨、地震灾害并进行报警。
2.保证高速列车运行安全的主要手段
火车是靠车轮在钢轨上运行的，停止时靠车轮踏面产生摩擦力使列车减速。考虑最不利条件下，也能安全停车并顾及旅客乘车舒适性，司机制动时的平均速度一般只有0.5-0.8m/s时，时速120KM/s.时，时速120km/h的列车制动距离约为800m，列车制动距离与列车制动初速的平方成正比。制动初速高，制动距离较长。
高速列车采用普通自动闭塞，红灯停、绿灯行，闭塞分区要达到6~8KM，才能保证安全。这样线路上的列车间隔加大，降低了通行能力。因此高速铁路闭塞分区设为1~2km，但是信号要分成若干速度等级，这样才能保证安全又满足行车密度的要求。
普速铁路地面信号机显示距离为1000m，时速120km/h的列车走过这段距离为30s，如果列车时速为320120km/h则只有11s。如果闭塞分区为1.5km，则高铁列车司机每十几秒就要辨认一次信号显示，既紧张又不安全。国外曾做过实验，当列车速度超过200120km/h时，司机辨识信号的错误率会大大增加，据此不可以使用地面信号机指挥列车运行。
司机靠地面信号驾驶列车需要经过识别信号、理解信号、按照信号要求操纵列车。司机从看信号到做出正确反应需要4~5s左右，任何环节出现错误，都会造成事故。据此高速铁路闭塞改为列车自动控制系统（ATC），其特点是：1.以车载信号显示为行车凭证；2.用速度命令代替色灯含义；3.信号直接控制列车制动。
3.高速铁路信号安全系统
高速铁路信号安全系统是完成行车控制、运营管理的综合自动化系统。这个系统主要由行车、指挥系统、列车运行自动控制系统、车站联锁系统等组成。
3.1综合调度系统：高速铁路有许多车站，线路上有许多列车要协调一致运行，必须实行统一的行车指挥，高速铁路的服务宗旨是：快速、舒适、安全、正点。要做到这八个字光靠总调度协调调度员、调度员向所属基层站、段下计划、下命令，再向各站、段值班人员实施，这套管理需要人数众多，环节也多。为了取得高效率，需要利用先进的通信网和计算机组成综合调度系统。全线所有列车位置、进路、信号及各种行车设备状态、列车及旅客售检票情况、接触网及供电设备状况显示在调度中心。
为了使各列车均能按运行图正点运行，调度中心的计算机自动排列进路，控制车站的信号设备，直接通过列控系统向列车发出速度命令。这一切都自动进行，只有在特殊情况下例如设备故障、天灾、人祸等，调度员才干预计算机计算机控制亲自下达命令。计算机系统在涉及安全或者不允许中断工作时多采用多系统设置。调度中心一般采用两套或者三套系统，并且供电和通信网也有冗余并形成闭环。保证高速列车的指挥一般不会中断，列车的正点率也会大大提高。
调度中心主要任务是：行车计划编制、行车调度、机车车辆调度、电力调度、客运调度及旅客服务、行车设备监视及维修管理、维修点及天窗点管理、安全监控和应急抢险指挥。
3.2列车运行自动控制系统（ATC）：列车运行控制系统直接控制列车运行，主要由车载设备和地面设备组成。列车控制系统在车站设有控制中心，如果距离较大，则每15~20公里还要设置单独的控制中心。控制中心通过电缆与铁路上的轨道电路、信号机等设备相连。主要王城列车位置检测、形成速度信号并将此信号传递给列车。车载设备将按照速度信号控制列车制动。地面设备与车载设备一起才能完成列车运行控制功能。
3.3车载设备主要由天线、信号接收单元、制动控制单元、司机操作显示屏、速度传感器等组成。地面信号命令通过轨道电路向机车传送。机车头部的天线接收速度信号命令，经过信号接收机放大、滤波、解调后将此命令的数据送到司机显示器和制动控制单元。制动控制单元收到速度传感器传来的信号，测量出列车的实际速度，将超级速度与信号命令比较，如果判断列车需要制动则产生制动信号，直接控制列车制动系统，列车就会自动减速和停车。列控系统主要任务是：1.防止列车冒进信号；2.防止列车错误出发；3.防止列车超速通过道岔；
4.防止列车超过线路允许的最大速度；
5.监督列车通过临时限速区段；6在出入库无信号区段限制列车速度。为保证列车运行控制系统不间断的工作和加强设备维修和管理，列车运行控制系统中在地面和车上都安装有监视设备。地面监视系统可以检测信号机、轨道电路、地面控制中心的接收和发送设备等。检测结果可以在维修工区显示、储存，也可以通过通信网送往调度中心。
车上监视设备可以将列车运行过程中速度信号、制动装置动作以及列车实际速度和司机操作等状态保存下来。
3.4列控系统是高速铁路信号控制核心，目前国内普遍使用的高速铁路列控系统基于GSM-R无线传输方式的CTCS3级和ZPW-2000轨道电路与点式应答器构成的CTCS2级组成的冗余配置的列控系统，预留CTCS3级系统接口。CTCS2级系统与既有200km/h提速线列控系统兼容。同时作为CTCS3级系统备用系统，CTCS2级系统中的轨道电路、点式应答器等在CTCS3级系统中作为列车占用检查和列车定位对标的平台。CTCS2级列控系统由车站列控中心，ZPW2000轨道电路、点式应答器设备及车载列控设备等组成。CTCS3级列控系统在