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36 TRAFFIC&TRANSPORTATION2023 年 11 月 第 39 卷第 6 期（总第 230 期）Nov.2023,Volume 39No.6(Serial No.230)收稿日期：2023-07-19第一作者简介：梁 波（1978-），男，汉族，湖南涟源人，硕士，正高级工程师，主要研究方向：通信、信号与自动控制领域的技术研究、应用开发和项目管理工作。既有线信号系统改造新旧联锁设备倒切方案研究梁 波1，郑 旻2，蔡长江1（1.湖南中车时代通信信号有限公司，长沙 410005；2.长沙市轨道交通集团有限公司，长沙 410005）摘 要：由于城市轨道交通国产化技术发展以及信号系统周期迭代的要求，需对部分城市早期线路进行信号系统更新替代，为保证既有信号系统正常运营，提高可利旧设备的比例，并降低投资的目标，通过新设倒切装置的方法，完成新旧系统的倒切。新旧系统的联锁设备倒切为信号系统改造关键技术，以长沙地铁 2 号线改造为例，结合新旧系统的特点，从安全性、可靠性、实施性、经济性等因素，进行新旧联锁系统倒切研究，通过现场实际验证，本方案能够满足既有线新旧联锁倒切的目标要求。关键词：信号系统；改造；倒切装置中图分类号：U491文献标志码：A文章编号：1671-3400(2023)06-0036-05Switching Scheme of Old and New Interlocking Equipment in the Transformation of Existing Line Signal SystemLIANG Bo1,ZHENG Min2,CAI Changjiang1(1.Hunan CRRC Times Signaling&Communication Co.,Ltd,Changsha 41005,China;2.Changsha Metro Group Co.,Ltd,Changsha 41005,China)Abstract:Due to the development of domestic technology for urban rail transit and the requirements for periodic iteration of signal systems,it is necessary to update and replace some early urban lines with signal systems.In order to ensure the normal operation of existing signal systems,increase the proportion of available old equipment,and reduce investment goals,a new switching device is installed to complete the switching of new and old systems.The switching of interlocking equipment between new and old systems is a key technology for signal system transformation.This article takes the transformation of Changsha Line 2 as an example,and combines the characteristics of the new and old systems of Changsha Line 2.From factors such as safety,reliability,implementation,and economy,a study is conducted on the switching of new and old interlocking systems.Through on-site practical verification,this plan can meet the target requirements of switching between new and old interlocking on existing lines.Keyword:Signalling system;Reform;Switching device8着城市轨道交通设备的国产化进程，对早期信号系统的更新改造已势在必行1。截止到 2022 年底，国内已有54 个城市开通城轨运营，其中，2010 年前开通的线路接近 48 条，按照信号设备 20 年寿命周期以及技术提升等要求，上述线路面临着信号系统更新换代。目前国内外主流倒切方式有以下几种。（1）根据既有线制式，采用新旧板卡轮替与倒切装置结合的方案，对既有线路升级改造。如广州地铁 1 号线信号系统改造项目。（2）根据既有线制式，兼容地面点式或环线制式，对车辆进行融合开发，通过新旧软件轮替或兼容完成倒切。如上海地铁 2 号线信号系统改造项目、重庆地铁 2号线信号系统改造项目。0 引言 我国部分城市轨道交通信号系统发展起步较晚，早期建设的线路基本引进的是国外技术。对于早期的信号系统，既要面临日益增长的客流给城市轨道交通运营组织带来的巨大压力，也要面临系统设备老化、故障率高且部分关键设备停产，给维修管理部门带来高额维修成本的问题，已难以满足现代地铁高密度的运营要求。随2023 年第 6 期 37 （3）国内部分线路，由于既有线设备对等开发性小、兼容性困难等问题，需采用独立新旧系统切换的方式。考虑经济要求，轨旁终端设备和线缆充分利旧，通过倒切装置实现新旧系统的联锁倒切2。如长沙地铁 2 号线信号系统改造项目。在城市轨道交通信号系统改造期间，新设信号系统在调试过程中不能影响既有信号系统的运行，对于新设信号系统的设备调试都选在非运营时段进行。采用倒切装置方式满足快速倒切、快速恢复要求，一般用于地铁信号系统新旧系统改造3。倒切装置现行的包括使用倒切开关或采用继电器搭建倒切电路来实现倒切。地铁既有线改造，须做到对于乘客的“无感”，须保障正常运营时间的系统安全性、可靠性和可用性。对利旧设备（包含信号机、站台设备和转辙机）的倒切是长沙 2 号线改造项目必须解决的问题。1 倒切要求 长沙地铁 2 号线改造项目的既有系统为国外早期?图 1 新旧系统倒切原理图CBTC 信号系统产品，既有信号系统的电路设计以及线缆使用原则与新信号系统存在很大的差异，为了满足利旧要求，需要针对倒切的信号机、转辙机和站台门的电路及线缆进行深入剖析，达到最大化的利旧（见表 1）。2 倒切方案 新旧联锁系统在倒切过程中，通过倒切装置，实现新旧系统对同一终端设备的唯一控制（见图 1）。表 1 设备利旧统计序号设备种类措施备注1信号机和电缆、转辙机和电缆、通信漏缆利旧轨旁2站台门和防淹门控制电缆、紧停按钮和电缆、自动折返和电缆利旧 站厅层3试车线、培训中心、维修中心、非设备集中站电源设备（扩容）利旧室内 倒切设备既要满足既有系统联锁运营时段正常使用，也要满足新设联锁系统测试及整体倒切后新系统运营，同时便于后期拆除。选用成熟应用的开关倒切方案执行新旧系统的倒切，为了快速实现设备的倒切，结合终端设备特性，选取满足电气、机械等要求旋钮开关（见图 2）。为了检测倒切开关的旋钮位置，通过增加倒切装置工作状态指示灯，区分新旧系统，“旧系统”指示灯绿色，“新系统”指示灯黄色，提高倒切作业的安全性。3 倒切电路设计 由于既有系统的特殊性以及线缆利旧的需求，实施过程中须理解既有系统的构成以及接续方式，针对不同的设备制定不同的倒切方案。既有系统防雷分线柜配线端子为“一进一出”万可端子，为了完成倒切开关接入需求，须完成既有分线柜倒切开关扩容需求，通过选型，可选择适配既有分线柜安装方式的“二进二出”中间分段的万可端子对既有万可端子进行替换（见图 3）。3.1 信号机倒切 通过对既有信号系统的联锁电路分析，室外的信号机可在信号室分线柜处进行倒切（见图 4）。与新系统信号机电路进行对照，实现倒切（见图5）。信号机及相关电缆利旧，对比新旧联锁和信号机接口，室内外配线（1）（6）一一对应，通过接入倒切开关完成倒切。若出现倒切电路中出现开路、短路、绝缘电阻降低、梁 波，郑 旻，蔡长江：既有线信号系统改造新旧联锁设备倒切方案研究2023 年第 6 期 38 接触电阻变大等问题，会导致信号机故障关闭，无安全风险。若倒切电路出现混线，会导致信号误显，存在列车冲撞或脱轨，此风险可通过严格按图施工、新旧系统的一致性调试等措施，以降低至可控范围内。3.2 转辙机倒切 通过分析，新旧联锁系统转辙机接口电路均采用继电器接口电路，继电器控制电路一致，室内外线缆可一一对应，每台转辙机 5 芯电缆，接入倒切开关，可完成新旧系统的倒切。若倒切电路中出现开路、短路、绝缘电阻降低、接触电阻变大等问题，会导致道岔故障，无安全风险。若倒切电路出现混线，会导致道岔表示错误，存在列车冲撞或脱轨，此风险可通过严格按图施工、新旧系统的一致性调试可以降低至可控范围内。3.3 紧急停车按钮倒切3.3.1 设备集中站紧急停车按钮倒切 通过对比新旧系统紧急停车按钮电路，紧急停车按钮倒切按照线缆对应编号，接入倒切开关，完成设备集中站紧急停车按钮的倒切。3.3.2 非设备集中站紧急停车按钮倒切 室外 ESB 设备及电缆利旧，非设备集中站紧急停车按钮接口从分线柜至室外一致，设备集中站与非设备集中站并非直连。因此，设备集中站及非设备集中站均需设置倒切设备，同步倒切，因设备集中站与非设备集中站倒切存在先后顺序，为保证倒切过程不出现混电情况，在非设备集中站紧急停车按钮倒切前需断开接口电源，倒切完成后再接通电源（见图 6）。图中（1）、（2）、（9）、（10）需经过 2 次倒切，故在非集中站需设置倒切单元，完成既有电缆利旧倒切。若倒切电路中出现开路、短路、绝缘电阻降低、接触电阻变大等问题，会导致紧急停车按钮故障，信号系统进行故障安全防护，无安全风险。若倒切电路出现混线，会导致紧急停车按钮不可用，存在紧急状态下，紧急停车功能缺失，导致人车冲突，此风险可通过严格按图施工、新旧系统的一致性调试可以降低?图 3 倒切过程示意图?图 4 既有信号机电路图?图 5 信号机倒切原理图图 2 倒切开关示意图?604.0 mm Max7.4 mm150.0 mm64.0 mm12.0 mm 9.5 mm梁 波，郑 旻，蔡长江：既有线信号系统改造新旧联锁设备倒切方案研究2023 年第 6 期 39?图 6 非集中站紧急停车按钮倒切原理图至可控范围内。3.4 站台门倒切 新系统与既有联锁与 PSD 接口一致，接口信息有门状态、门旁路、开门命令及关门命令，新联锁与 PSD接口信息保持一致，但既有联锁开关门方式与新设联锁不一致，新联锁由设备集中站联锁控制站台门开关，既有联锁 PSD 开关门命令由本站设备控制，为了完成非集中站的倒切，需增加集中站到非集中站 PSD 接口电缆，用于开关门命令的传输。按照紧急停车按钮倒切方式，完成 PSD 倒切。安全分析：若倒切电路中出现开路、短路、绝缘电阻降低、接触电阻变大等问题，会导致站台门开启故障，站台门自身保障关闭状态，无安全风险。若倒切电路出现混线，会导致站台门状态错误，造成列车非预期动车，导致人车冲突，此风险可通过严格按图施工、新旧系统的一致性调试来降低至可控范围内。3.5 其他接口及设备倒切 针对于其他接口（如自动折返按钮、防淹门、站联继电器接口），由于新旧联锁接口可一一对应，倒切方式相对简单，通过对照倒切，完成其他接口及设备倒切。4 倒切设备管理4.1 倒切设备接入管理 倒切设备接入调试时，根据作业时间分步将倒切设备接入既有设备，倒切开关置于“新系统”位置，倒切设备接入后新设备与倒切室外设备做一致性测试，测试完成后，将倒切开关置于“旧系统”，既有设备与倒切室外设备做一致性测试，各步操作均需运营工程师和调试工程师配合完成并确认（见图 7）。4.2 倒切应急处理 如倒切开关发生故障时，投入使用后运营方维护人员可断开既有接线端子上的分断器，断开外部线缆与倒切开关的连接，用端子跨接器将正式运营系统与室外设备进行短接，可快速保证信号设备正常运营，提高地铁运营的安全性及维护的及时性（见图 8）。5 可靠性分析 方案中使用的倒切开关故障模式经分析主要有以下几种：开路、设备卡住、触头跳动、短路或绝缘电阻降低、接触电阻变大。由于该开关的转轴是通过齿轮传动的，设备卡住时某个节点转动受阻，导致最后一组节点梁 波，郑 旻，蔡长江：既有线信号系统改造新旧联锁设备倒切方案研究2023 年第 6 期 40 转接不到位，在设计倒切电路时，将最后一组节点作为监测节点，明确转换开关是否到位。若因内部机械原因导致节点断开，按照“故障导向安全”原则，纳入开路处理。在倒切过程中，新系统处于断电状态，旧系统联锁主机不断电，输入输出模块断电，道岔电源断电，因而倒切过程属于不带载操作。根据倒切开关的寿命为 500 万次，每日倒切次数为2 次，可得倒切单元的 MTBF（平均故障间隔时间）值为 6107 h，故障率为 1.67108。由于倒切单元的故障模式有开路、设备卡住、触头跳动、短路、绝缘电阻降低、接触电阻变大 6 种，采用故障平均分配原则，每一种故障模式的概率为 1.67108/6=2.78109。按照倒切管理流程以及必要的倒切步骤，倒切风险可控。6 结语 本文以长沙 2 号线改造项目新旧联锁倒切方案为例，通过倒切单元接入实现新旧联锁倒切的安全性、可靠性、可实施性，满足初步设计要求的最大化利旧既有设备及线缆，节约了投资。结合既有项目倒切实例，此倒切方案具备通用性，有助于同类项目的建设实施，也可为后续城轨既有线改造项目提供工程经验。?图 7 倒切设备接入流程图参考文献：1 王二中，李新.两种城市轨道交通既有线信号系统改造方案对比分析 J.城市轨道交通研究，2022，25（5）：66-68.2 刘会明.城市轨道交通既有线更新改造将成为常态 J.城市轨道交通研究，2019，22（6）：前插 1；190.3 杨安玉，张志恒.城市轨道交通信号系统倒切电路设计J.铁道标准设计，2014（2）：98-100.?图 8 倒切应急处理流程梁 波，郑 旻，蔡长江：既有线信号系统改造新旧联锁设备倒切方案研究