高速鐵路信號系統(tǒng)聯(lián)調(diào)聯(lián)試常見問題分析與對策

禹志陽

（中國鐵道科學(xué)研究院通信信號研究所，北京 100081）

1 概述

高速鐵路信號系統(tǒng)聯(lián)調(diào)聯(lián)試是在信號系統(tǒng)集成測試完成后,采用綜合檢測車或試驗(yàn)動車組在動態(tài)條件下對信號系統(tǒng)功能、列控工程數(shù)據(jù)、信號系統(tǒng)內(nèi)部各子系統(tǒng)間的接口關(guān)系以及信號系統(tǒng)與外部系統(tǒng)之間的接口關(guān)系進(jìn)行測試、調(diào)整和優(yōu)化的過程，是高速鐵路信號系統(tǒng)開通運(yùn)營前的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。

從2008年第一條客運(yùn)專線合寧線開始，截止至2012年，已先后完成合寧、合武、京津、武廣、鄭西、京滬、廣深港、漢宜、鄭武、哈大等二十多條新建高速鐵路的聯(lián)調(diào)聯(lián)試工作，聯(lián)調(diào)聯(lián)試過程中發(fā)現(xiàn)并解決了因工程質(zhì)量導(dǎo)致的諸多問題。例如應(yīng)答器安裝位置錯(cuò)誤、安裝順序錯(cuò)誤、有源應(yīng)答器尾纜故障、機(jī)車信號掉碼、列控工程數(shù)據(jù)不一致等，也暴露出我國列控系統(tǒng)在功能需求、系統(tǒng)接口以及互連互通等方面的一些問題或不足。通過及時(shí)整治或優(yōu)化，促進(jìn)了我國列控系統(tǒng)技術(shù)體系的不斷完善，為我國高速鐵路的安全可靠運(yùn)營提供了有力的支持。

2 聯(lián)調(diào)聯(lián)試常見問題與分類

為便于對比分析，以武廣、哈大2條線為例，針對CTCS-3級列控系統(tǒng)功能聯(lián)調(diào)聯(lián)試過程中發(fā)現(xiàn)的問題進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分類。

2.1 武廣客運(yùn)專線聯(lián)調(diào)聯(lián)試

武廣客運(yùn)專線是我國第一條采用CTCS-3級列控系統(tǒng)的線路，線路里程1 068 km，全線包括17個(gè)車站、53個(gè)中繼站，設(shè)置9臺無線閉塞中心（RBC）設(shè)備、4臺臨時(shí)限速服務(wù)器設(shè)備和72臺列控中心設(shè)備。武廣客運(yùn)專線聯(lián)調(diào)聯(lián)試從2009年8月開始，11月結(jié)束，共計(jì)發(fā)現(xiàn)各類問題99個(gè)[1]，涉及車載設(shè)備、列控系統(tǒng)功能、系統(tǒng)接口以及列控系統(tǒng)兼容性等方面。以CTCS-3級列控系統(tǒng)功能測試為例，聯(lián)調(diào)聯(lián)試過程中發(fā)現(xiàn)的問題分類統(tǒng)計(jì)如表1所示。

表1 武廣客運(yùn)專線聯(lián)調(diào)聯(lián)試問題分類統(tǒng)計(jì)

2.2 哈大客運(yùn)專線聯(lián)調(diào)聯(lián)試

哈大客運(yùn)專線也采用CTCS-3級列控系統(tǒng)，線路里程903.939 km，全線包括23個(gè)車站、3個(gè)線路所和46個(gè)中繼站，設(shè)置了8臺LKR-T型RBC設(shè)備，除相鄰RBC采用直接通信方式外，信號系統(tǒng)制式及設(shè)備與武廣線基本相同。哈大客運(yùn)專線聯(lián)調(diào)聯(lián)試從2012年7月開始，9月結(jié)束，2012年10月通過動態(tài)驗(yàn)收。沈陽局管內(nèi)CTCS-3級列控系統(tǒng)功能聯(lián)調(diào)聯(lián)試共計(jì)發(fā)現(xiàn)各類問題20個(gè)[2]，涉及工程質(zhì)量、系統(tǒng)接口等方面，問題分類統(tǒng)計(jì)如表2所示。

3 聯(lián)調(diào)聯(lián)試常見問題原因分析

對比武廣、哈大客運(yùn)專線聯(lián)調(diào)聯(lián)試結(jié)果，因工程質(zhì)量、設(shè)備穩(wěn)定性等方面的問題明顯減少，列控系統(tǒng)整體質(zhì)量和綜合性能得到進(jìn)一步完善和提升，為便于我國高速鐵路列控技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，對近年來聯(lián)調(diào)聯(lián)試過程中發(fā)現(xiàn)的幾個(gè)典型問題分析如下。

3.1 常用制動曲線（NBP）異常下降

問題描述：在采用CTCS3-300T車載設(shè)備后備模式控車，最限制速度曲線MRSP滿足線路最高設(shè)計(jì)速度前提下，NBP曲線出現(xiàn)異常下降，列車不能按照設(shè)計(jì)速度滿速運(yùn)行，對運(yùn)輸效率和列車追蹤運(yùn)行間隔時(shí)分產(chǎn)生影響。該問題在京滬、合蚌、鄭武、哈大等多條線都存在。

原因：在CTCS-2級列控車載設(shè)備控車條件下，車載設(shè)備通過接收軌道電路發(fā)送的行車許可和前方閉塞分區(qū)數(shù)量信息、應(yīng)答器提供的閉塞分區(qū)長度、線路速度和坡度等信息，獲取目標(biāo)距離長度，并結(jié)合線路速度、坡度以及列車制動性能等實(shí)時(shí)計(jì)算速度監(jiān)控曲線，由于前方空閑閉塞分區(qū)數(shù)量最多為7個(gè)，當(dāng)列車常用制動距離長度大于前方目標(biāo)距離長度，將導(dǎo)致起模點(diǎn)起模時(shí)機(jī)提前，NBP曲線下降，列車提前減速運(yùn)行，如圖1所示。

表2 哈大客運(yùn)專線聯(lián)調(diào)聯(lián)試問題分類統(tǒng)計(jì)

3.2 RBC邊界“飛車”

問題描述：對于CTCS-3級列控系統(tǒng)，無線閉塞中心具備列車位置跟蹤和記憶功能，能夠?qū)崟r(shí)掌握列車運(yùn)行位置信息。當(dāng)相鄰RBC采用非直接通信方式、前行列車通過RBC移交邊界且軌道電路分路不良時(shí)，移交RBC發(fā)送給后行列車的MA將延伸覆蓋前車所在區(qū)段，當(dāng)列車緊追蹤運(yùn)行時(shí)，還可能導(dǎo)致后車出現(xiàn)撞線，輸出制動。

原因：前車尾部（最小安全末端）越過RBC移交邊界后，移交RBC將通過與其連接的車載電臺命令車載設(shè)備切斷與移交RBC的無線連接聯(lián)系，同時(shí)將其從移交RBC的列車列表刪除，由于相鄰RBC采用非直接通信方式，移交RBC不能獲取接收RBC管轄范圍內(nèi)列車位置信息，當(dāng)RBC移交邊界附近接收RBC管轄范圍內(nèi)出現(xiàn)軌道電路分路不良時(shí)，移交RBC按照軌道區(qū)段空閑進(jìn)行處理，導(dǎo)致后車MA延伸，如圖2所示。

3.3 機(jī)車信號掉碼或由HU燈轉(zhuǎn)H燈顯示

問題描述：側(cè)線接車進(jìn)路，岔區(qū)無碼，列車進(jìn)入股道后機(jī)車信號顯示無碼，車載輸出到常用制動；或在進(jìn)入股道即將停車時(shí)，機(jī)車信號顯示由HU燈轉(zhuǎn)為H燈，輸出緊急制動停車。

原因分析：根據(jù)《CTCS-3級列控系統(tǒng)應(yīng)答器應(yīng)用原則（V2.0）》，進(jìn)站應(yīng)答器提供CTCS-1包，描述本應(yīng)答器開始至該進(jìn)路出站信號機(jī)的軌道區(qū)段數(shù)據(jù)，當(dāng)CTCS-1包中定義的岔區(qū)無碼區(qū)段長度與實(shí)際長度誤差較大，將導(dǎo)致機(jī)車信號出現(xiàn)掉碼或顯示H燈，如下所述。

1）CTCS-1包中描述的無碼軌道區(qū)段長度（L_section）小于實(shí)際長度，機(jī)車信號掉碼，輸出B7制動，如圖3所示。

2）CTCS-1包中描述的無碼軌道區(qū)段長度（L_section）大于實(shí)際長度，列車運(yùn)行到接車進(jìn)路中最后一個(gè)軌道區(qū)段時(shí)，由于載頻不一致，機(jī)車信號從HU碼變成無碼，輸出EB制動，如圖4所示。

4 整改措施與防治對策

對于聯(lián)調(diào)聯(lián)試過程中發(fā)現(xiàn)的簡單工程質(zhì)量問題，可以通過及時(shí)整改予以糾正，有些問題，涉及到信號系統(tǒng)與其他系統(tǒng)的接口、涉及到系統(tǒng)軟件或工程數(shù)據(jù)調(diào)整，整治和復(fù)驗(yàn)的難度較大。因此，應(yīng)盡量在聯(lián)調(diào)聯(lián)試前克服或進(jìn)行防范，結(jié)合前期聯(lián)調(diào)聯(lián)試經(jīng)驗(yàn)，提出以下對策。

4.1 進(jìn)一步優(yōu)化車載制動模型

我國的CTCS-2級列控系統(tǒng)通過前方閉塞分區(qū)空閑數(shù)量獲取目標(biāo)距離，受低頻信息碼的限制，目前目標(biāo)距離最多只能提供前方7個(gè)閉塞分區(qū)長度，為解決CTCS-2級列控系統(tǒng)控車時(shí)NBP曲線下降問題，建議在充分保證制動距離安全的前提下，優(yōu)化制動模型，適當(dāng)壓縮ATP控車時(shí)制動距離。

根據(jù)2011年完成的京滬先導(dǎo)段綜合試驗(yàn)[3]，CTCS-300T列控車載設(shè)備支持UIC標(biāo)準(zhǔn)中基于制動百分比的制動模型（TDE1）和六段式參數(shù)配置優(yōu)化模型（TDE0），分段式制動模型依照動車組主機(jī)廠提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行參數(shù)配置，并設(shè)置每一段的減速度均不大于相應(yīng)的廠家值，以保證監(jiān)控曲線的安全性，表3為CRH380AL車型的TDE1模型制動減速度，表4為按照TDE0模型，制動參數(shù)參照廠家數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化后的SB制動減速度。

優(yōu)化后的制動距離對比如表5所示。

表5所示數(shù)據(jù)表明，對于大部分情形，TDE0制動模型算法在保證安全的前提下，行車效率要優(yōu)于TDE1算法。采用優(yōu)化后的模型，在制動初速度300 km/h條件下，相比表6中規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)值，SB常用制動距離可以得到進(jìn)一步優(yōu)化。

表3 CRH380AL車型的TDE1模型制動減速度

表4 CRH380AL車型的TDE0模型SB制動減速度

表5 CRH380AL車型制動距離對比

表6 車載ATP設(shè)備限速目標(biāo)距離

4.2 強(qiáng)化接口設(shè)計(jì)

高速鐵路信號系統(tǒng)接口關(guān)系非常復(fù)雜，信號系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中應(yīng)結(jié)合信號系統(tǒng)需求，統(tǒng)籌考慮信號系統(tǒng)與相關(guān)的線路、接觸網(wǎng)、站場等之間的接口，提前做好接口部分的設(shè)計(jì)工作。

下列問題應(yīng)在接口設(shè)計(jì)階段充分重視。

1）線路數(shù)據(jù)

線路數(shù)據(jù)是列控系統(tǒng)正常工作的基礎(chǔ)，線路專業(yè)應(yīng)向信號專業(yè)提供準(zhǔn)確的軌道區(qū)段長度數(shù)據(jù)、絕緣節(jié)位置信息、信號機(jī)里程數(shù)據(jù)等；特別是站內(nèi)咽喉區(qū)和一些變更進(jìn)路，寫入應(yīng)答器或列控中心的列控?cái)?shù)據(jù)應(yīng)與現(xiàn)場實(shí)際數(shù)據(jù)保持一致。

2）一離去區(qū)段和股道有效長

最近完成的哈大、合蚌等線的聯(lián)調(diào)聯(lián)試中，由于一離去區(qū)段長度不夠長，引發(fā)的列車FS模式發(fā)車不能滿速運(yùn)行甚至導(dǎo)致“撞線”的現(xiàn)象比較多，因股道有效長度不夠，重聯(lián)動車組不能接進(jìn)站內(nèi)的現(xiàn)象也有發(fā)生。

發(fā)車進(jìn)路中的一離去區(qū)段長度應(yīng)滿足列車越過無岔區(qū)段、進(jìn)入一離去區(qū)段后，前方信號突然關(guān)閉，列車在防護(hù)信號機(jī)前制動停車的要求；站內(nèi)股道長度應(yīng)考慮重聯(lián)動車組接車制動距離和停車位置的要求。設(shè)計(jì)階段應(yīng)提早對一離去區(qū)段長度、股道有效長等進(jìn)行確認(rèn)，調(diào)整區(qū)段長度設(shè)置、股道信號機(jī)位置或?qū)Σ韰^(qū)軌道電路區(qū)段進(jìn)行補(bǔ)碼設(shè)計(jì)。

3）優(yōu)化電分相區(qū)設(shè)置位置

《高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范》中明確“電分相應(yīng)設(shè)在進(jìn)站信號機(jī)500 m以外或經(jīng)行車減算確認(rèn)，應(yīng)避免設(shè)在變坡點(diǎn)、大電流和加速區(qū)段，宜設(shè)置在6‰及以下坡度的區(qū)段”。

新建高速鐵路將電分相區(qū)設(shè)置在一離去至二離去區(qū)段，且該區(qū)段坡道達(dá)到20‰的現(xiàn)象也有發(fā)生，特定模式（OS模式、PS模式等）下，列車速度低于45 km/h，列車將無法通過電分相區(qū)。

4.3 完善集成測試

集成測試是第三方動態(tài)檢測前，以集成商或設(shè)備供貨商為主導(dǎo)，對信號系統(tǒng)進(jìn)行的綜合測試和調(diào)試，包括室內(nèi)仿真測試、現(xiàn)場靜態(tài)調(diào)試和動態(tài)集成調(diào)試等環(huán)節(jié)，集成測試是提前發(fā)現(xiàn)信號系統(tǒng)集成方案、列控?cái)?shù)據(jù)、系統(tǒng)兼容性等方面潛在問題的重要環(huán)節(jié)，通過集成測試，發(fā)現(xiàn)和克服因工程質(zhì)量導(dǎo)致的諸多簡單問題，并促進(jìn)列控系統(tǒng)工程數(shù)據(jù)和軟件版本及時(shí)發(fā)布并保持相對穩(wěn)定。

目前對于集成商或設(shè)備廠家的現(xiàn)場動態(tài)測試還沒有明確的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范要求，在互連互通測試方面還沒有完全建立統(tǒng)一的仿真測試平臺，對于信號系統(tǒng)內(nèi)部接口特別是首次現(xiàn)場應(yīng)用的內(nèi)部接口關(guān)系，尤其應(yīng)在集成測試階段進(jìn)行重點(diǎn)驗(yàn)證。

5 結(jié)束語

對聯(lián)調(diào)聯(lián)試中發(fā)現(xiàn)的問題進(jìn)行整理、深入分析和分類，既是積累經(jīng)驗(yàn)，提升聯(lián)調(diào)聯(lián)試方法、指導(dǎo)現(xiàn)場維護(hù)的需要，也充分體現(xiàn)了我國高速鐵路列控系統(tǒng)不斷總結(jié)、完善和優(yōu)化的過程；通過問題分析，不斷強(qiáng)化系統(tǒng)方案和接口的設(shè)計(jì)、完善測試方法和測試手段，建立和不斷完善針對性的防范措施，將成為我國高速鐵路列控系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行的有力保障。

[1] 中國鐵道科學(xué)研究院.TY字第2638-2-4號 武廣客運(yùn)專線聯(lián)調(diào)聯(lián)試報(bào)告信號分報(bào)告.

[2] 中國鐵道科學(xué)研究院.TY字第3348-1號 哈大客運(yùn)專線沈陽局管段動態(tài)檢測報(bào)告.

[3] 中國鐵道科學(xué)研究院.TY字第3074-4號 京滬高速鐵路綜合試驗(yàn)研究分報(bào)告之四——通信信號系統(tǒng)試驗(yàn).