Опыт первого года эксплуатации ETCS на ВСМ Вендлинген

Высокоскоростная линия Вендлинген — Ульм, введенная в эксплуатацию в декабре 2022 г., стала третьей ВСМ в Германии, на которой эксплуатируется европейская система управления движением поездов ETCS уровня 2 без напольных светофоров. За первый год эксплуатации по линии выполнено примерно 30 тыс. рейсов поездов при точности соблюдения расписания 99,8 %. Железные дороги Германии (DB) изучают опыт работы магистрали и продолжают оптимизировать ETCS с целью дальнейшего развертывания этой системы на других линиях своей сети.

Линия Вендлинген — Ульм протяженностью 60 км (рис. 1), из которых примерно 50 % приходится на тоннели, рассчитана на скорость движения 250 км/ч и входит в состав трансъевропейского коридора Рейн — Дунай.

24057 1 Рис. 1. Высокоскоростной поезд ICE 4 и региональный экспресс на Фильстальском мосту в день открытия ВСМ Вендлинген — Ульм

На ВСМ построены 37 мостов и 12 тоннелей, суммарная длина труб которых составляет 61 км (рис. 2). Максимальный уклон на некоторых участках достигает 30 ‰.

24057 2 Рис. 2. Схема ВСМ Вендлинген — Ульм

По линии курсируют высокоскоростные электропоезда дальнего сообщения ICE 3 и ICE 4, а также развивающие скорость до 200 км/ч региональные поезда локомотивной тяги, каждый из которых сформирован из двух электровозов Vectron и пяти пассажирских вагонов. Региональные поезда выполняют челночные перевозки между городами Вендлинген-ам-Неккар и Ульм. На ВСМ имеется одна промежуточная станция Мерклинген-Швебише-Альб, обслуживаемая региональными поездами (рис. 3).

24057 3 Рис. 3. Станция Мерклинген-Швебише-Альб на ВСМ Вендлинген — Ульм

Возможность в полной мере использовать пропускную способность новой ВСМ появится только после завершения масштабного проекта Stuttgart 21, охватывающего реконструкцию Штутгартского железнодорожного узла и строительство, в частности, нового однопутного тоннельного участка длиной 12 км на подходе со стороны Вендлингена к станции Штутгарт-Главный. Полный ввод в эксплуатацию реконструированного Штутгартского узла запланирован на конец 2026 г., тестирование реконструированных объектов и их поэтапный пуск будут выполняться с конца 2025 г.

Ключевой особенностью новой ВСМ стало ее оснащение системой ETCS уровня 2 без напольных светофоров, которая в Германии получила обозначение ETCS L2oS. Впервые на железных дорогах страны внедрена ETCS, отвечающая требованиям базовой версии 3, что подразумевает также оснащение поездов бортовыми устройствами, соответствующими этой версии. Ранее системой ETCS L2oS более ранней версии были оборудованы два высокоскоростных участка магистрали Мюнхен — Берлин: в 2015 г. участок Эрфурт — Галле/Лейпциг («ЖДМ», 2015, № 11, с. 58 – 64) и в 2017 г. участок Эбенсфельд — Эрфурт. Кроме того, на линии внедрена система микропроцессорной централизации (МПЦ) SIMIS D компании Siemens с телеуправляемым распорядительным постом в Вендлингене и тремя исполнительными постами.

На ВСМ Вендлинген — Ульм размещены 324 группы путевых приемоответчиков ETCS (всего 430 ед.), 27 сигнальных знаков остановки и 92 проходных сигнальных знака ETCS, а также девять светофоров в зонах увязки с традиционными системами сигнализации.

Обмен информацией между бортовыми устройствами и центром радиоблокировки (RBC) обеспечивают 22 базовые станции сети радиосвязи GSM-R, девять из которых расположены в тоннелях. Группы из двух или трех базовых станций формируют 10 кластеров, которые через кольцевые линии связи поочередно подключены к парам контроллеров базовых станций. Зоны действия соседних базовых станций GSM-R перекрывают друг друга, поэтому выход из строя одной базовой станции не влияет на движение поездов под управлением ETCS.

Стоимость систем ЖАТ на линии (включая расходы на проектирование и тестирование) составила на момент пуска ВСМ примерно 13 млн евро.

Общие результаты

В целом после ввода в эксплуатацию линия функционирует стабильно без существенных нарушений. В первые дни после пуска наблюдались «детские болезни», связанные со сбоями в работе стрелочных переводов и локомотивов. Эти сбои оперативно устранялись.

Кроме того, в течение первого года эксплуатации имели место сбои в работе технического оборудования, значительная часть которого представлена устройствами нового поколения. В частности, в редких случаях фиксировались ложные срабатывания устройств пожарной сигнализации, что приводило к остановке работы отдельных участков. В то же время в дальнем сообщении регистрировалось в среднем лишь 0,3 случаев опозданий в сутки вследствие нарушений в работе инфраструктуры, что значительно лучше, чем на других линиях DB.

При этом необходимо учитывать, что линия работала в крайне неблагоприятной эксплуатационной обстановке, обусловленной реконструкцией Штутгартского узла, высокой загрузкой в зонах Штутгарта и Ульма, а также двусторонним движением только по одному пути на участке, примыкающем к Вендлингену со стороны Штутгарта. Новая ВСМ позволила стабилизировать эксплуатационную ситуацию в этом коридоре, но точность движения поездов (опаздывающими на DB считаются поезда с отклонением от расписания более 5 мин 59 с) несколько ухудшилась из‑за строительных работ: в среднем без опозданий из Штутгарта отправлялись 55 % поездов, а в Ульм прибывали без опозданий 52 %, в обратном направлении эти показатели составляли соответственно 75 и 65 %. За пределами Штутгарта точность движения региональных поездов по прибытии в Ульм достигала 91 %.

В течение первого года эксплуатации состоялись почти 99 % из 15 014 запланированных через ВСМ рейсов поездов дальнего следования. Оставшиеся 153 поезда проследовали по обходному маршруту через старую обычную линию, причем в большинстве случаев не по причинам технического характера, а с целью избежать конфликтов в оперативном графике, прежде всего при движении по одному пути на подходе к Вендлингену. В результате опоздания этих поездов возросли примерно на 15 мин. В то же время по ВСМ было пропущено 1170 поездов ICE, которые по плановому графику должны были следовать по старой линии. Это позволило сократить опоздание каждого из них в среднем на 11 мин.

Опыт работы системы ETCS

В Германии ETCS уровня 2 приходит на смену национальным АЛС, включая систему LZB с непрерывным обменом информацией между поездом и стационарными распорядительными центрами по индуктивному шлейфу, уложенному внутри рельсовой колеи. Такой системой оборудовались все немецкие линии, рассчитанные на скорость движения более 160 км/ч. В настоящее время все новые ВСМ в обязательном порядке оснащают ETCS уровня 2.

DB располагают 20‑летним опытом применения ETCS начиная с пилотного проекта на линии Ютебог — Галле/Лейпциг и дооснащения бортовыми устройствами этой системы высокоскоростных экспрессов ICE. В середине 2010-х годов ETCS L2oS была развернута на новых участках магистрали Мюнхен — Берлин. Этот опыт был использован при проектировании и внедрении ETCS L2oS на ВСМ, в том числе при создании систем управления неисправностями и аналитики.

Концепция внедрения ETCS предусматривает резервирование оборудования и устойчивость системы к отказам. Центр радиоблокировки и бортовые компьютеры выполнены по схеме 2(2oo2) или 2oo3, базовые станции сети радиосвязи GSM-R установлены достаточно плотно, чтобы обеспечить перекрытие зон их действия и тем самым исключить негативное влияние на эксплуатационный процесс отказа одной из базовых станций. Точно так же не приводит к сбоям в работе ETCS невозможность считывания информации с одного из путевых приемоответчиков. В течение первого года эксплуатации системы не наблюдалось никаких проблем с готовностью путевых приемоответчиков, сети радиосвязи и центров радиоблокировки.

Бортовое оборудование ETCS, включая дисплеи, модемы и антенны радиосвязи, также резервируется. Бортовая система одометрии сохраняет работоспособность, если продолжают функционировать два разнотипных датчика из четырех или пяти, имеющихся на поезде.

Зарегистрированные сбои ETCS

Наиболее серьезные эксплуатационные нарушения вследствие сбоев в работе системы ETCS были обусловлены пятью случаями горячей перезагрузки центра радиоблокировки в апреле, мае, июне и августе 2023 г. Каждый случай такой горячей перезагрузки приводил к принудительному торможению примерно трех поездов, которые могли продолжить движение только при получении диспетчерского приказа.

Причиной сбоя стали кратковременные прерывания радиосвязи между поездами ICE 4 и центром радиоблокировки при их заходе в зону действия ETCS после въезда в Альбфорландский тоннель, расположенный сразу за станцией Вендлинген. При восстановлении радиосвязи на поезда из RBC поступала команда немедленной остановки, чтобы предотвратить неправильную идентификацию занятия поездами блок-участков. При этом поезд передавал в RBC информацию о своем местоположении, но, поскольку центр радиоблокировки не получал своевременно сообщение от поезда о проходе стрелки перед порталом тоннеля, нарушалась целостность данных в RBC и происходила его горячая перезагрузка с соответствующей остановкой движения поездов.

Причиной сбоев радиосвязи при исходящем соединении стало неправильное подключение антенных кабелей одной или обеих бортовых радиостанций, что приводило к излишнему затуханию сигнала на величину примерно 30 дБ. Эти нарушения происходили после обновления программного обеспечения бортовых компьютеров ETCS. В дальнейшем правила технического обслуживания бортового оборудования ETCS и процедуры их выполнения были скорректированы.

Кроме того, были выполнены корректирующие мероприятия на стороне инфраструктуры, чтобы минимизировать влияние подобных сбоев радиосвязи на перевозочный процесс.

Отдельные нарушения наблюдались также в работе бортового оборудования ETCS. В частности, дважды на поездах ICE 1 (рис. 4), которые в исключительных случаях пропускались по ВСМ, из‑за ошибки в программном обеспечении при выходе из зоны действия ETCS срабатывало принудительное торможение. Эта ошибка была впервые выявлена при эксплуатации высокоскоростных участков магистрали Мюнхен — Берлин, но обновление ПО, устраняющее данную ошибку, было выполнено не на всех поездах ICE 1, поэтому в дальнейшем поезда этой серии без обновленного ПО бортового компьютера ETCS направляли в обход ВСМ Вендлинген — Ульм. По состоянию на конец 2023 г. программное обеспечение бортовых компьютеров ETCS было обновлено у двух третьих парка поездов ICE 1.

24057 4 Рис. 4. Пробная поездка поезда ICE 1 по ВСМ Вендлинген — Ульм, 2022 г.

За исключением этих случаев, бортовое оборудование междугородных экспрессов ICE в первый год эксплуатации ВСМ продемонстрировало высокую надежность (рис. 5).

24057 5 Рис. 5. В кабине управления поезда ICE 4 во время рейса по ВСМ Вендлинген — Ульм

Из примерно 15 тыс. рейсов региональных поездов лишь несколько сопровождались сбоями в работе ETCS. Пять сбоев произошли из-за нарушений в работе бортового оборудования (в частности, вследствие отказа недублированного дисплея в кабине управления). В двух случаях были зафиксированы нарушения в обмене информацией между поездом и RBC и в трех случаях — потеря работоспособности бортовых компьютеров ETCS, причиной которой стали, очевидно, сбои в работе системы одометрии вследствие сильного снегопада 1 декабря 2023 г.

Проверка работоспособности ETCS

Для поездов, следующих в направлении ВСМ Вендлинген — Ульм, была разработана процедура проверки, призванная не допустить проезд в зону действия ETCS поездов с неисправным бортовым оборудованием этой системы.

Процедура предусматривает инициализацию по сигналам от путевых приемоответчиков установки соединения по радиоканалу с центром радиоблокировки ВСМ примерно за 10 мин до подхода поезда к высокоскоростной линии. Машинист при этом должен убедиться, что на дисплей ETCS на пульте поступила информация об успешной установке соединения. Если радиосвязь между бортовым устройством ETCS и центром радиоблокировки не работает, диспетчер принимает меры по своевременному перенаправлению такого поезда на старую линию в обход ВСМ. Для реализации процедуры проверки на подходах к ВСМ разместили 28 дополнительных групп приемоответчиков.

Практика показала, что польза от этой процедуры оказалась сильно преувеличенной. Она не позволила выявить проблемы ни с одним из поездов, на которых позднее были зарегистрированы сбои в работе ETCS. В некоторых случаях (например, при неправильном подключении антенных кабелей) для выявления будущих нарушений в работе бортовых устройств ETCS было бы достаточно визуального осмотра.

Более того, эта процедура проверки во второй день коммерческой эксплуатации ВСМ привела к двухчасовой остановке движения в направлении Вендлингена, поскольку один из поездов въехал в тоннель Альбабштиг в Ульме без его регистрации в системе ETCS. Причиной стала ошибка машиниста, который неправильно оценил штатный разрыв соединения по радиоканалу при выполнении процедуры проверки на подходе к Ульму и на станции Ульм-Главный попытался вручную перейти в режим ETCS уровня 2, что в конечном счете привело к принудительной остановке поезда. В тот же день откорректированная информация о выполнении процедуры проверки была доведена до локомотивных бригад, в том числе при помощи электронного расписания, которое отображается на пульте машиниста. Подобные ошибки машинистов больше не возникали.

Выход из зоны действия ETCS

Переход из зоны действия ETCS L2oS на участок с традиционной светофорной сигнализацией осуществляется за 230 м перед светофором, чтобы иметь достаточное время реакции. В резервном режиме ETCS максимально допустимая скорость движения поездов составляет обычно 40 км/ч, и именно это значение внесено в электронное расписание. При движении по показаниям в кабине машиниста значение скорости, указанное в расписании, на практике не учитывается, но машинист должен руководствоваться им при движении по показаниям напольных светофоров. В частности, он должен снижать скорость до 40 км/ч на участке выхода из зоны действия ETCS L2oS, примыкающем к первому переходному светофору зоны с традиционной сигнализацией, и после его проезда вновь увеличивать скорость.

Поезда без ETCS и обучение машинистов

Из 154 поездов, отправленных в обход ВСМ, 38 случаев приходились на поезда (такие как ICE 2 и ICE T), которые не были оборудованы бортовыми устройствами ETCS, соответствующими требованиям спецификации базовой версии 3 системы (это условие было заложено в плановый график). В отдельных случаях в обход ВСМ пускали поезда, машинисты которых не имели должного уровня подготовки.

Можно ожидать, что подобные ситуации не будут повторяться уже в ближайшем будущем, поскольку темп дооснащения поездов ETCS и обновления их бортовых устройств, а также подготовки машинистов к работе с этой системой нарастает. В 2024 г. основное внимание привлечено к пропуску по ВСМ Вендлинген — Ульм поездов ICE 3 (серия 407), которые в 2023 г. к движению по этой линии не допускали. Ожидается, что в 2024 г. на ВСМ появятся также высокоскоростные поезда TGV, выполняющие трансграничные перевозки между Францией и Германией. Кроме того, подготовлены инструкции, предусматривающие пропуск по ВСМ преимущественно в ночные часы не оборудованных ETCS поездов без пассажиров с тем, чтобы эти поезда в дальнейшем обслуживали высокозагруженный участок Штутгарт — Карлсруэ. Диспетчер должен будет проверять наличие у машиниста необходимой подготовки к вождению таких поездов на линии, оборудованной ETCS L2oS.

Перспективы

Несмотря на проблемы начального периода, железные дороги Германии позитивно оценили первый год эксплуатации ВСМ Вендлинген — Ульм, в течение которого было перевезено более 5 млн пассажиров поездами дальнего следования и более 800 тыс. чел. региональными поездами. В полной мере раскрыть потенциал новой ВСМ можно будет после завершения проекта Stuttgart 21 и открытия движения по обоим путям на участке между Вендлингеном и станцией Штутгарт-Главный. Небольшое число сбоев ETCS на ВСМ оказало на ее работу значительно меньшее влияние, чем продолжающаяся реконструкция Штутгартского узла.

Важно, что удалось избежать каких‑либо масштабных сбоев в работе системы ETCS. После реализации первого этапа проекта цифровизации Штутгартского узла (DKS, см. «ЖДМ», 2020, № 7, с. 62 – 67) в его опорной части ежесуточно будут курсировать примерно 1700 поездов.

Первый год эксплуатации ВСМ показал, насколько важны квалификация инженеров, обеспечивающих эксплуатационный процесс, обучение сотрудников, дооснащение подвижного состава, совершенствование аппаратного и программного обеспечения систем ЖАТ и т. п. В то же время была продемонстрирована низкая эффективность двойного оснащения железнодорожной инфраструктуры новыми и традиционными системами при достаточно высокой готовности ETCS. В случаях редких сбоев в работе ETCS поезд вынужден стоять несколько минут перед светофором с зеленым огнем из‑за необходимости выполнить процедуры, связанные с получением диспетчерского приказа, и затем следовать со скоростью не более 40 км/ч.

С пуском ВСМ Вендлинген — Ульм протяженность линий с ETCS в Германии достигла 520 км (1,6 % протяженности сети DB). До конца 2024 г. система ETCS должна быть внедрена на реконструируемой линии Riedbahn между Франкфуртом-на-Майне и Мангеймом. В 2025 г. к ним добавятся продление ВСМ от Вендлингена до Штутгарта-Главного и участки опорной сети городской железной дороги Штутгарта (в рамках проекта DKS). В железнодорожном узле Ульма система ETCS L2oS должна быть развернута в 2027 г. К 2030 г. суммарная протяженность линий DB, оборудованных ETCS, достигнет 10 тыс. км. По мере накопления опыта внедрения и эксплуатации этой системы можно ожидать, что число сбоев в ее работе многократно сократится по сравнению с первым годом эксплуатации ВСМ Вендлинген — Ульм.

А. Ефремов

В статье использованы материалы проекта Штутгарт — Ульм (www.bahnprojekt-stuttgart-ulm.de); Signal und Draht, 2023, № 7 – 8, 16 – 24, Eisenbahningenieur, 2024, № 2, S. 54 – 57.

Эта статья опубликована в журнале «Железные дороги мира», 2024, № 9.

Опыт первого года эксплуатации ETCS на ВСМ Вендлинген — Ульм