一起應(yīng)答器干擾信號(hào)解決案例分析

羅云飛

應(yīng)答器是現(xiàn)代鐵路信號(hào)系統(tǒng)中非常重要的基礎(chǔ)設(shè)施，是在列車高速運(yùn)行條件下實(shí)現(xiàn)車-地大量信息交互的主要設(shè)備之一。在CTCS-2/3級(jí)系統(tǒng)中，應(yīng)答器用于向CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)車載設(shè)備提供位置、等級(jí)轉(zhuǎn)換、建立無(wú)線通信等信息，向CTCS-2級(jí)列控系統(tǒng)車載設(shè)備提供線路速度、線路坡度、軌道電路、臨時(shí)限速等線路參數(shù)信息。因此，應(yīng)答器工作狀態(tài)是否正常將直接影響列車運(yùn)行及行車安全。

1 應(yīng)答器干擾產(chǎn)生原因

應(yīng)答器存儲(chǔ)固定的或來(lái)自于LEU的報(bào)文信息，當(dāng)列車經(jīng)過(guò)應(yīng)答器上方時(shí)，應(yīng)答器的耦合線圈接收到車載天線發(fā)射的電磁能量后，激活應(yīng)答器使其工作。既然應(yīng)答器與動(dòng)車組ATP是通過(guò)耦合線圈進(jìn)行信息交互的，如果在應(yīng)答器附近有一個(gè)與應(yīng)答器頻率接近的電磁信號(hào)，就可能對(duì)應(yīng)答器正常的電磁信號(hào)形成干擾，造成ATP解碼錯(cuò)誤或延時(shí)，從而影響動(dòng)車組的正常運(yùn)行。下面就以滬漢蓉通道南京南樞紐一起應(yīng)答器干擾信號(hào)影響動(dòng)車組正常運(yùn)行的案例，來(lái)進(jìn)行詳細(xì)分析并提出解決方案。

2 故障案例介紹

2.1 站場(chǎng)說(shuō)明及故障現(xiàn)象

南京南寧安場(chǎng)至滬寧城際仙林站 (仙寧線)為滬漢蓉通道的組成部分，全線長(zhǎng)度22.9 km，動(dòng)車組在該段線路運(yùn)行時(shí)，全線采用CTCS-2級(jí)模式控車。仙寧線全線示意圖如圖1所示。

圖1 仙寧線應(yīng)答器布置示意圖

故障現(xiàn)象：從南京南寧安場(chǎng)開往紫金山東方向的動(dòng)車組，在運(yùn)行至寧安場(chǎng)—紫金山東站下行線K306+471(15號(hào)應(yīng)答器公里標(biāo))處時(shí)，ATP經(jīng)常無(wú)法正常接收編號(hào)為071-5-04-015-1應(yīng)答器信息，并導(dǎo)致動(dòng)車組在該處多次停車，而且該故障發(fā)生無(wú)規(guī)律可循。

該段線路運(yùn)行的動(dòng)車組使用300T、300S和200H車載設(shè)備，且300S和200H車載處理邏輯基本一致。下面分別從300T和200H異常停車的車載數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

2.2 300T車載異常停車的JRU數(shù)據(jù)分析

查看JRU數(shù)據(jù)，出現(xiàn)停車現(xiàn)象時(shí)，300T車載收到了全零應(yīng)答器報(bào)文，ATP輸出常用制動(dòng)停車，停車后自動(dòng)緩解。300T車載收到全零應(yīng)答器報(bào)文的原因，在排除車載因素情況下，地面的原因有2個(gè)：一是線路上出現(xiàn)與應(yīng)答器發(fā)送頻率相同的信號(hào)干擾;二是應(yīng)答器或車載BTM收到干擾信號(hào)。

2.3 200H車載異常停車的PC卡數(shù)據(jù)分析

通過(guò)對(duì)200H型ATP的PC卡數(shù)據(jù)分析，查看071-5-04-015應(yīng)答器報(bào)文中描述的距071-5-04-017應(yīng)答器組的鏈接距離為1150 m，但動(dòng)車經(jīng)過(guò)071-5-04-013(Q)應(yīng)答器后，提前766 m連續(xù)多次收到CD檢測(cè)信號(hào)，同時(shí)ATP無(wú)法解析出該CD信號(hào)的內(nèi)容信息。直到動(dòng)車組經(jīng)過(guò)071-5-04-015號(hào)應(yīng)答器時(shí)，該CD信號(hào)才被ATP丟棄，造成15號(hào)應(yīng)答器解碼延時(shí) (與標(biāo)準(zhǔn)位置誤差205 m)，導(dǎo)致該應(yīng)答器校正誤差為766 m。車載判斷邏輯：071-5-04-015與071-5-04-017應(yīng)答器組鏈接距離為1150 m，071-5-04-015與071-5-04-017應(yīng)答器間鏈接允許誤差為±28 m(1150×0.02+5=28)。而ATP在收到071-5-04-015應(yīng)答器CD檢測(cè)信號(hào)后，越過(guò)該組應(yīng)答器205 m才解析出該組應(yīng)答器報(bào)文，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了允許誤差，當(dāng)經(jīng)過(guò)下一組應(yīng)答器071-5-04-17時(shí)導(dǎo)致校正誤差太大，ATP廢棄位置信息，轉(zhuǎn)為C2部分模式，EBP制動(dòng)曲線下降至55 km/h，此時(shí)列車超速，輸出EB緊急制動(dòng)停車。PC卡數(shù)據(jù)分析截圖如圖2所示。

圖2 PC卡數(shù)據(jù)分析截圖

2.4 數(shù)據(jù)分析結(jié)論

1.在071-5-04-013號(hào)應(yīng)答器前方400 m左右的位置，曾經(jīng)多次出現(xiàn)200H車載接收到應(yīng)答器的CD檢測(cè)信號(hào)。

2.在071-5-04-015號(hào)應(yīng)答器處，300T車載設(shè)備報(bào)“應(yīng)答器錯(cuò)誤”，導(dǎo)致輸出制動(dòng)停車。

3.在071-5-04-015號(hào)應(yīng)答器處，200H車載設(shè)備報(bào)應(yīng)答器丟失報(bào)警，在17號(hào)應(yīng)答器處，由于應(yīng)答器鏈接距離超出誤差范圍，導(dǎo)致ATP輸出制動(dòng)停車。

綜上所述，可得出分析結(jié)論：動(dòng)車組在071-5-04-013號(hào)應(yīng)答器至071-5-04-017應(yīng)答器走行范圍內(nèi)，應(yīng)答器數(shù)據(jù)鏈接異常，車載設(shè)備在15號(hào)應(yīng)答器處存在解碼延時(shí)的現(xiàn)象，疑是在13號(hào)至15號(hào)應(yīng)答器間有干擾源。

3 干擾源查找

動(dòng)車組ATP接收應(yīng)答器信息錯(cuò)誤通常有以下幾種原因：①應(yīng)答器安裝不符合相關(guān)技術(shù)規(guī)范，距離軌面高度過(guò)高或過(guò)低;②應(yīng)答器周圍一定范圍內(nèi)存在金屬異物;③電磁環(huán)境不良，應(yīng)答器周圍存在干擾信號(hào)或附近有分相區(qū);④應(yīng)答器本身故障。

通過(guò)對(duì)停車區(qū)域附近的環(huán)境檢查，在13號(hào)至17號(hào)應(yīng)答器間無(wú)分相區(qū)，同時(shí)在應(yīng)答器附近檢查無(wú)金屬異物，應(yīng)答器安裝符合規(guī)范，初步排除了設(shè)備本身產(chǎn)生的信號(hào)干擾。通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)周圍1 km范圍內(nèi)的電磁環(huán)境檢查，在13號(hào)和15號(hào)應(yīng)答器間有一處雷達(dá)站。于是采用手持高頻頻譜分析儀前置近場(chǎng)探頭，對(duì)071-5-04-013號(hào)應(yīng)答器運(yùn)行前方400 m的區(qū)域、071-5-04-010號(hào)應(yīng)答器附近、071-5-04-015號(hào)應(yīng)答器附近，以及雷達(dá)站附近4處區(qū)域進(jìn)行了電磁測(cè)試，測(cè)試點(diǎn)主要有空間位置、軌面位置、兩側(cè)橋梁扶手、護(hù)輪軌。測(cè)試情況如下：

1.在071-5-04-013號(hào)應(yīng)答器前方400 m區(qū)域，在4～6 MHz間有明顯的以4.5 MHz和5.5 MHz為中心的干擾信號(hào)，且在鋼軌附近，當(dāng)測(cè)試探頭垂直于軌面，平行于雷達(dá)站方向時(shí)，信號(hào)干擾最大。

2.071-5-04-010號(hào)應(yīng)答器附近有較大干擾，頻率為4 MHz、4.8 MHz、6.8 MHz和9 MHz。

3.在071-5-04-015號(hào)應(yīng)答器附近，對(duì)兩側(cè)橋梁護(hù)欄、本線鋼軌、護(hù)輪軌和應(yīng)答器上方空間位置進(jìn)行了測(cè)試，測(cè)試時(shí)段內(nèi)，該處干擾量較其他幾處小。

4.雷達(dá)站附近空間干擾，乘坐工具車沿其外墻緩慢行駛，同時(shí)進(jìn)行了空間干擾測(cè)試，運(yùn)行一個(gè)來(lái)回，在去的路程中，監(jiān)測(cè)到有明顯干擾信號(hào)，在返回的過(guò)程中，干擾信號(hào)消失。具體測(cè)試情況見圖3。

圖3 電磁環(huán)境測(cè)試頻譜圖

根據(jù)上述測(cè)試情況有如下初步分析：①確認(rèn)線路上存在4 MHz附近頻帶的干擾信號(hào)，該信號(hào)應(yīng)來(lái)自于附近的雷達(dá)站;②在071-5-04-013號(hào)應(yīng)答器前方400 m和071-5-04-010號(hào)應(yīng)答器位置，干擾量大，且明顯，071-5-04-015號(hào)應(yīng)答器處測(cè)試時(shí)間內(nèi)干擾不明顯;③根據(jù)4 MHz信號(hào)的特性，在空間具有較強(qiáng)的定向傳輸特性，分析線路的干擾分布情況與雷達(dá)站發(fā)射機(jī)的工作情況有很大聯(lián)系，其開機(jī)、關(guān)機(jī)或轉(zhuǎn)動(dòng)均可能造成線路上干擾量的變化或消失;④鋼軌作為一個(gè)接收天線，更多的吸收了信號(hào)能量，因此在鋼軌軌面能夠測(cè)試到最大的信號(hào)量;⑤列車也可能對(duì)其干擾情況造成較大的影響，連通的列車車體也可能形成一個(gè)較大的天線加強(qiáng)對(duì)信號(hào)的接收。

4 處理方案

理論上解決該問(wèn)題有2個(gè)方案：一是升級(jí)ATP軟件，使得在C2等級(jí)的完全/引導(dǎo)模式下，檢測(cè)到有“全零”應(yīng)答器報(bào)文或延時(shí)解碼時(shí)，C2單元后臺(tái)單獨(dú)處理，不再輸出制動(dòng);二是從受到干擾的應(yīng)答器本身入手，制定如何使應(yīng)答器避開干擾源的方案。

因ATP設(shè)備型號(hào)不一，方案一實(shí)施起來(lái)涉及到不同的ATP生產(chǎn)廠家，且軟件從研發(fā)、發(fā)布直到現(xiàn)場(chǎng)更換需要一個(gè)較長(zhǎng)周期，不符合現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題解決的時(shí)效性要求。因此，本文只對(duì)方案二做如下闡述。

在目前應(yīng)答器布置的基礎(chǔ)上，取消15號(hào)區(qū)間Q應(yīng)答器組B3083。將17號(hào)反向區(qū)間FQ應(yīng)答器組B3071改為區(qū)間Q應(yīng)答器組，同時(shí)將19號(hào)區(qū)間Q應(yīng)答器組B3059改為反向區(qū)間FQ應(yīng)答器組。這樣修改后，應(yīng)答器布置同樣符合科技運(yùn)【2010】136號(hào)文3.2.1.1“在CTCS-2級(jí)線路，可間隔一個(gè)閉塞分區(qū)設(shè)置區(qū)間無(wú)源應(yīng)答器組”規(guī)范的要求，修改后的應(yīng)答器布置圖如圖4所示。

根據(jù)上述應(yīng)答器布置的修改，17號(hào)應(yīng)答器組B3071將原反向線路數(shù)據(jù)改為正向線路數(shù)據(jù)。延長(zhǎng)9號(hào)應(yīng)答器組BSCF和13號(hào)應(yīng)答器組B3095的數(shù)據(jù)范圍，用17號(hào)應(yīng)答器組B3071代替原15號(hào)應(yīng)答器組B3083作為數(shù)據(jù)冗余接續(xù)點(diǎn)。19號(hào)應(yīng)答器組B3059將正向線路數(shù)據(jù)改為反向線路數(shù)據(jù)。該修改方案經(jīng)試驗(yàn)室仿真測(cè)試后，滿足現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)車組運(yùn)營(yíng)要求。

圖4 修改后的應(yīng)答器布置狀態(tài)圖

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)應(yīng)答器干擾信號(hào)產(chǎn)生的原因分析，提供了針對(duì)產(chǎn)生應(yīng)答器干擾信號(hào)時(shí)，如何進(jìn)行干擾源查找，并在不違反相關(guān)技術(shù)規(guī)范的條件下，如何解決應(yīng)答器干擾對(duì)行車造成的影響，提供了較為實(shí)用的解決方案。目前，設(shè)備管理單位已經(jīng)根據(jù)該處理方案在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了實(shí)施，從改造后的效果看，近半年來(lái)未再發(fā)生停車現(xiàn)象，方案實(shí)施收到了預(yù)期效果。

［1］ 中華人民共和國(guó)鐵道部.科技運(yùn)【2010】136號(hào).關(guān)于印發(fā)CTCS-2級(jí)列控系統(tǒng)應(yīng)答器應(yīng)用原則(V2.0)的通知［S］.2010.

［2］ 中國(guó)鐵路總公司.列控地面設(shè)備典型故障案例［M］.北京：中國(guó)鐵道出版社，2013，11.