高速铁路“四电”系统集成接口管理探讨

祝晓红

【摘 要】从高速铁路“四电”系统集成的重要环节接口管理入手,介绍接口标准化管理体系、接口分析、接口识别、接口技术细则等接口管理手段,并分析总结接口管理在实际施工中取得的成果,对同类工程具有一定的指导意义. 【期刊名称】《现代城市轨道交通》 【年(卷),期】2017(000)001 【总页数】4页(P65-68)

【关键词】高速铁路;四电系统集成;接口管理 【作 者】祝晓红

【作者单位】中铁武汉电气化局,湖北武汉430000 【正文语种】中 文 【中图分类】U238

高速铁路通信、信号、电力供电及电力牵引系统，简称高速铁路“四电”系统。通过“四电”协同、标准统一、接口管理、资源整合成一个有机整体，实现其在高速铁路运营中应有功能的过程，简称高速铁路“四电”系统集成。接口管理是“四电”系统集成的重要环节，也是高速铁路系统集成难点之一。由于系统集成接口繁多、技术复杂，稳定性差，在接口实施过程中，由于系统内、外部因素的影响，容易导致接口的类型、参数变化，如未提前发现并解决此问题，就会造成设备制造或工程接口施工的返工，有的甚至还会影响高速铁路“四电”系统部分功能的实现。为此，

必须应用科学合理的接口实施技术和方法，强化“事前”控制，做好接口管理。 “四电”系统集成接口是指组成“四电”系统的通信、信号、电力供电、牵引供电系统的内部、子系统之间、子系统与其他高速铁路系统和专业或铁路外部环境之间，在设计、制造、施工、调试、运营维护等系统集成过程中工作界面上的搭接关系和实现既定性能指标而存在的设施、设备之间的参数、结构、功能配合关系。 高速铁路“四电”系统集成接口按其系统构成及相关性，可分为3大类：系统内部接口、系统间接口和系统外部接口。 1.1 系统内部接口

“四电”系统集成内的通信、信号、电力供电、电力牵引系统等各自的内部接口，简称系统内部接口。其主要目的是为了解决系统内部设备间的参数、结构优化和适配问题。例如：通信系统内的传输与电话交换及接入子间的接口关系，信号系统的联锁与列车运行控制间的接口关系。它是实现各子系统功能的基础。 1.2 系统间接口

系统间接口是指“四电”系统集成中的通信、信号、电力供电、电力牵引系统间存在的工作界面相互搭接关系及为实现“四电”系统性能指标而存在的设备间参数、结构、功能配合关系。例如：通信与信号、电力供电、牵引供电等传输通道需求关系；电力与通信、信号等设备供电需求关系。它是实现“四电”系统功能的基础。 1.3 系统外部接口

系统外部接口是指“四电”系统集成中的通信、信号、电力供电、电力牵引系统与高速铁路路基、桥梁、隧道、站场、轨道、房屋建筑等专业间及铁路外部的通信、征地拆迁、外部电源间存在的工作界面相互搭接关系及为实现“四电”系统性能指标而存在的设施和设备间参数、结构、功能配合关系。如：通信、信号系统与路基专业的电缆敷设需求关系；通信系统与地方无线管理部门的无线频率防干扰需求关系等。它是实现高速铁路整体功能的基础之一。

通过对“四电”系统集成接口管理方法进行研究，按照程序化、规范化、标准化的要求，借助接口管理程序和系统集成接口总图、识别表、管理控制表、状态显示图等管理工具，形成一整套管理程序和技术规范总称“四电”系统集成接口管理。 建立接口标准化管理体系，通过接口分析、接口识别，形成完善的接口管理技术细则，准确把握接口管理，强化“事前”控制，对铁路“四电”系统集成最终实现预定功能具有重要意义。

高速铁路“四电”系统的接口工程是一个系统工程，牵涉单位多、相互影响、协调难度大，管理要求高。因此，高速铁路四电系统集成接口管理遵循系统工程原理、标准化及程序化、体系化要求，建立接口管理标准化体系。通过明确管理体系的管理机构、职责、界面、流程、制度、控制方法，对接口施工实施有效地集成化管理，来规范接口管理各方的责任、行为，确保施工有序实施，确保整体功能目标实现。标准化体系由管理组织、标准化流程、标准化制度及标准化过程控制4部分构成，每部分又分解细化，指导接口技术科学合理应用，是接口管理体系的中枢神经及脉络。

有效控制接口的前提是正确找出“四电”系统集成中存在哪些接口关系，采用接口分析技术。首先应用结构分解的方法，按照子系统的结构与相关性，将“四电”系统集成中的每个子系统，由内至外细化分解成若干个组成单元；然后应用矩阵方法，将分解的单元按照系统内部、系统间和系统外部分类建立矩阵表，逐单元分析、梳理是否存在接口关系，形成全面、正确的“四电”系统集成内部、系统间、系统外部接口关系矩阵。下面列出电力牵引系统内部接口矩阵表仅供参考，如表1所示。 在接口分析的基础上，通过现场调查、设计图审核、设计技术交底等技术手段，对应全面、正确的接口关系，逐项进行识别、清理和审核，查找高速铁路“四电”系统集成接口中存在的问题，建立接口问题表，作为接口问题处理的控制性技术文件。 依据高速铁路“四电”系统集成系统内部、系统间、系统外部接口需求矩阵，结合

“四电”系统设计标准，构建高速铁路四电系统接口技术细则，明确每项接口需求、接口标准、接口界面。接口技术细则是接口技术管理的核心部分，通过工作分解结构（WBS）技术，从矩阵列表中直接表明系统间的接口关系及接口界面标准，对照审查，逐项核实。由于篇幅关系只列出通信系统与信号系统部分接口技术细则，仅供参考，如表2所示。

在兰渝线“四电“系统集成项目实施过程中，通过应用以上接口管理手段，解决的主要问题汇总如下。 6.1 系统内部接口问题

6.1.1 同步数字体系（SDН）传输系统光口对接编码不一致

目前，SDН-VC12的编码有2种格式，第一种是顺序编号格式（又称按通道时隙编号格式），第二种是间插编号格式（又称按线路时隙编号格式），2种格式之间有换算关系。只有华为的传输设备默认采用第一种方式，而中兴、马可尼等其他公司则采用第二种方式。所以华为的 SDН 设备与其他公司 SDН 设备对接时，存在着传输系统 SDН 光口对接编码不一致问题，如不解决将影响传输功能，会造成对接后业务不通。

兰渝铁路的传输系统与既有铁路传输系统（中兴设备与华为设备、华为设备与马可尼设备）对接时，就存在 SDН 光口对接编码不一致问题，通过转换传输设备VC12的位置，顺利实现传输设备对接。 6.1.2 信号电源屏配置方案优化

依据信号子系统电源需求总体技术规定，逐项梳理联锁、列车运行控制系统（以下简称列控）、CTC 车站设备、信号集中监测、ZPW-2000型轨道电路系统等子系统的电源需求，按照智能电源屏相关技术要求，进行各子系统电源的类型、回路、容量核算，全面复核电源屏配置原设计方案。经复核，原设计方案存在以下问题需进一步深化设计进行解决。

（1）电源屏中的列控、CTC 的电源类型及回路数量不能满足列控、CTC 车站设备用电需求；

（2）电源屏中无临时限速服务器、信号安全数据网网管服务器等电源回路和电源类型配置，不能满足临时限速服务器、信号安全数据网网管服务器用电需求。 解决方案：根据梳理的各子系统电源需求和智能电源屏技术要求，开展电源屏内部深化设计，初步确定电源屏电源类型、回路、容量后，召集信号各子系统设备供应商和电源屏供应商与工程设计单位进行设计联络，进一步梳理明确各子系统电源需求，完善电源屏配置。设计院根据设计联络确定的配置方案，进行工程设计；电源屏供应商按照设计联络确定的配置方案进行设备制造。 6.2 系统间接口问题

6.2.1 信号专业实际需求与通信设计不匹配

原设计信号 CTC 网络（广渭段）分成2个无抽头的E1环形网络，而原设计信号微机监测网络则为1个无抽头的 E1环形网络。

经过前期的接口梳理，CTC、微机监测、安全数据网、限速服务器、SCADA、视频、信息等系统的组网方案，由于客观因素的影响，与原设计方案相比，均发生不同程度的变化。

通过全面梳理各系统通道组网需求接口变化，提前确定最终的 CTC、微机监测、安全数据网、限速服务器、SCADA、视频、信息等组网图，并及时反馈给通信专业，通信专业根据最终的组网图编制完成接口电路规划和设计，将重新组网带来的设备需求变化，在设备招标技术规格书中明确。

最终的 CTC 组网方案改为1个 E1环形网络，并在南充北设置抽头；最终的微机监测组网方案按成都、达州电务段属地划分，改为1个 E1环形网络，并在中继站、南充北、阆中设置抽头；安全数据网、限速服务器、SCADA、视频、信息系统的组网方案也都做不同程度的修改。满足相关专业的通信通道需求。

6.2.2 牵引变电所与接触网供电线连接存在隐患

兰渝铁路接触网供电线采用架空线上网的方式，因此接触网专业与变电专业的接口就是变电所亭与接触网供电线的连接。

原设计方案是接触网供电线安装于所内馈线终端杆顶端，不预留尾巴线，由变电专业安装馈线隔离开关、首端上下行并联隔离开关的连接线。且供电线采用2根 LBGLJ-240/30型钢芯铝绞线，所内采用2根LBGLJ-400/50型钢芯铝绞线，连接金具均为预绞式线夹。 该设计方案存在以下3大隐患。

（1）若上下行并联联络线安装于馈线联络线的外侧，在上下行采用1台断路器运行时，则必然存在一小段供电线需要承载上下行电流之和的情况，由于供电线导线采用的线径较小，因此长期运行存在安全隐患。为消除该隐患，上下行并联联络线必须安装于馈线联络线与终端杆之间。

（2）由于连接金具均采用预绞丝金具，2种导线线径不一致，该预绞式线夹需要特制，既增加成本也耽误工期。

（3）由于 T 型预绞式线夹安装时占用导线长度较大约2.4m，因此馈线联络线安装点距终端杆的距离将超过5m（接触网耐张线夹安装大约1.5m，上下行并联联络线占用2.3m，馈线联络线安装本身占用约1.2m）。此时的导线风摆将较大，加之中间还有并联联络线，此时风摆影响将更加难以预料，给运行带来较大的安全隐患。

为了避免这些隐患，技术人员认真考虑后提出将接触网供电线的第一档线由 LBGLJ-240/30型钢芯铝绞线更改为 LBGLJ-400/50型钢芯铝绞线，并且预留尾巴线的解决方案。最终的安装方式更改为：馈线隔离开关的联络线采用预留尾巴线进行安装，上下行联络线采用既定的预绞丝安装方式，供电线第一档与第二档线间的连接采用并沟线夹进行连接。

这样安装后就成功地避免原设计方案存在的隐患，又节省时间和费用，让馈线侧的安装工艺显得更加美观、整洁。并且该安装方式可以向同类型的情况进行推广，特别是对于高速铁路所采用的 AT 供电方式更加有效和方便。 6.3 系统外部接口问题

6.3.1 桥梁上接触网钢柱预留基础问题

电气化铁路接触网系统中，支柱基础是根基，是系统安全运行的最根本要素，如果基础被破坏，可能导致支柱倾斜，接触网塌网，造成接触网最严重的事故，且抢修难度大，抢修时间会较长。如果支柱倾倒在线路上，甚至可能造成严重的行车事故。 新建铁路桥梁上接触网钢柱预留基础不合格的原因主要是桥梁施工单位对接触网基础预留不够重视，在兰渝线的施工调查过程中，为了避免上述问题的出现，提前与制梁厂沟通协调，派出接触网施工技术人员提前介入，就桥梁上接触网钢柱预留基础问题对制梁厂技术人员进行现场技术交底，建议制梁厂在桥上预留接触网钢柱基础时，务必采用定位钢板。

通过此项措施，兰渝线的桥梁钢柱接触网基础预留合格率达到99%，大大减少因桥梁接触网钢柱基础不合格而造成的返工，有效地保证兰渝线接触网的施工工期。 6.3.2 接触网补偿坠砣与轨道控制网（CPⅢ）基桩冲突问题

轨道控制网（CPⅢ）主要为轨道铺设和运营维护提供控制基准。路基地段控制点一般设置在接触网支柱基础上或独立的混凝土支柱旁。而接触网下锚补偿坠陀随温度变化会进行上下运动，CPⅢ 控制点在坠陀下方时可能会影响坠陀工作，从而干扰接触网的补偿作用。

在兰渝铁路建设中，根据对接触网外部接口问题分析发现 CPⅢ控制桩与下锚补偿坠陀冲突的问题容易发生，为了避免此问题，积极与站前单位对接，将接触网锚柱位置与坠砣方向资料提供给站前单位，利于站前单位在设置 CPⅢ控制桩时，避开锚柱或设于锚柱的拉线侧，以免相互影响。

通过对此接口问题的重视并积极开展工作，大大减少 CPⅢ基桩与接触网下锚补偿坠陀冲突的情况。

通过高速铁路“四电”系统集成接口管理技术应用，有效地提高接口识别率、接口配置能力、接口管理能力，节约工程工期、造价和成本，实现高速铁路“四电”系统集成整体功能目标，但也存在整理相关基础资料过多，自动化程度不高等缺陷，今后还需要不断改进、完善。

【相关文献】

[1] 蒋先国. 高速铁路四电系统集成[M]. 四川成都：西南交通大学出版社，2012.

[2] 潘功书，邵嘉声，吕锡钢. 高速铁路“四电”系统集成实践与探索[M]. 北京：中国铁道出版社，2014.

[3] 石先明，王玉泽，许克亮. 信号、通信及信息系统工程[M]. 湖北武汉：湖北科学技术出版社，2015.

[4] 孙登攀. 高铁四电集成系统接口管理常见问题分析[J]. 山西科技，2012（2）：117-118. [5] 王峰. 高速铁路工程系统接口技术研究[D]. 北京：中国铁道科学研究院，2013.