大秦線重載列車制動閥切除故障分析及建議

鄒新軍

（太原鐵路局 安全監(jiān)察室，山西 太原 030013）

大秦線重載列車制動閥切除故障分析及建議

鄒新軍

（太原鐵路局 安全監(jiān)察室，山西 太原 030013）

針對大秦線重載列車制動閥切除故障進(jìn)行具體分析，介紹大秦線重載列車制動閥切除的危害，闡述制動閥切除的基本概念和原理，分析造成制動閥切除的原因，并對大秦線LOCOTROL系統(tǒng)設(shè)備運用、管理現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)研，提出具體的對策建議，為類似重載列車故障分析提供借鑒。

大秦線；制動閥切除；DP系統(tǒng)；OCU數(shù)據(jù)；意外流量

分布式動力（Distributed Power，DP）組合列車制動閥切除故障一直困擾著大秦線重載列車的運行安全。為了破解這個難題，機務(wù)、電務(wù)部門進(jìn)行攻關(guān)研究，采取一系列技術(shù)改進(jìn)措施，取得一定效果，但目前此類故障仍時有發(fā)生，依然給重載鐵路行車安全構(gòu)成極大威脅[1]。

針對2017年1月1日—6月30日大秦線DP組合列車發(fā)生的制動閥故障進(jìn)行梳理分析，從制動閥切除危害、故障成因、設(shè)備運用管理現(xiàn)狀等方面進(jìn)行分析，并提出對策建議。

1 制動閥切除概述

制動閥切除是一種安全保護(hù)措施，當(dāng)DP系統(tǒng)檢測到意外流量超過預(yù)定參數(shù)或其他故障時，控制系統(tǒng)按照導(dǎo)向安全的原則，為保證列車的制動功能，由DP軟件通過制動控制系統(tǒng)發(fā)出指令要求制動閥切除。制動閥切除分流量切除和列車管切除（Brake Valve Out，BVO）2種，空氣制動機發(fā)出指令的制動閥切除是流量切除，DP發(fā)出指令的制動閥切除是BVO。

CCB2制動機是通過列車管控制模塊BPCP內(nèi)MV53電磁閥得電，使列車管切除閥BPCO動作切除總風(fēng)與列車管通路，因此在CCB2制動機也稱為列車管切除。法維萊制動機則是通過司機制動閥隔離電磁閥（VE（IS）RM）得電，使司機制動閥隔離電磁閥動作，切斷總風(fēng)與列車管通路。

重載列車中部機車制動閥切除后，對行車安全帶來嚴(yán)重隱患，主要表現(xiàn)為：

（1）主控機車減壓時列車單邊制動（中部機車不參與排風(fēng)），制動距離延長，易冒進(jìn)信號；

（2）在長大下坡道減壓時，由于前部列車排風(fēng)快，后部列車排風(fēng)慢，整列車前堵后擁，易造成中部機車脫軌事故；

（3）在長大下坡道緩解時，整列車充風(fēng)時間延長，若乘務(wù)員再次減壓時機不當(dāng)，因后部列車充風(fēng)不足，列車制動力減弱，易發(fā)生放飏事故；

（4）當(dāng)列車發(fā)生緊急制動時，如通信信號丟失，則主、從控機車不能實現(xiàn)同步緊急制動，極易導(dǎo)致列車分離或脫軌事故。

2 造成制動閥切除原因分析

大秦線DP組合列車采用G網(wǎng)無線數(shù)據(jù)傳輸（見圖1）。遇G網(wǎng)通信中斷時，通信路徑將自動轉(zhuǎn)換為RDTE（800M電臺）模式。RDTE模式受地形、主、從控機車間距、GE軟件等影響，通信質(zhì)量不佳，易產(chǎn)生DP通信丟失，使從控機車無法同步響應(yīng)主控操作指令而發(fā)生制動閥切除（主、從控機車之間有相應(yīng)的命令傳遞及應(yīng)答機制）。2017年上半年共發(fā)生制動閥切除故障17件，其中車載通信單元（OCU）設(shè)備重啟1件、軟件問題8件、G網(wǎng)通信異常8件。

圖1 數(shù)據(jù)傳輸示意圖

2.1 OCU設(shè)備重啟

運行中從控機車OCU設(shè)備掉電，造成從控機車OCU設(shè)備重啟，從控機車無法得到主控機車減壓指令，從控機車檢測到意外流量引發(fā)制動閥切除。

故障概況：2017年2月27日，73063次重載組合列車，HXD1-173主控+HXD1-151從控，12：03因制動閥切除故障停于大秦線延慶—下莊間K278+535處。LOCOTROL系統(tǒng)數(shù)據(jù)記錄見圖2。

圖2 LOCOTROL系統(tǒng)數(shù)據(jù)記錄

反饋故障時間為27日12：00（乘務(wù)員發(fā)現(xiàn)故障時間），故障時間段主控機車OCU數(shù)據(jù)已溢出，通過地面應(yīng)用節(jié)點（Application Node，AN）、從控機車OCU數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

（1）主控機車OCU數(shù)據(jù)溢出，通過AN數(shù)據(jù)確認(rèn)機車減壓時間為11：59：42，減壓前后AN未收到從控機車LOCOTROL數(shù)據(jù)。AN節(jié)點減壓前后數(shù)據(jù)見圖3，其中，數(shù)據(jù)格式采用十六進(jìn)制：FF 7E 17 00 00 11 73表示列尾固定傳輸識別代碼；55 21表示列尾控制盒給列尾裝置傳輸識別代碼；55 22表示列尾裝置反饋給列尾控制盒傳輸識別代碼；06 05表示列尾風(fēng)壓605 kPa；11表示預(yù)留值。

圖3 AN節(jié)點減壓前后數(shù)據(jù)

（2）AN節(jié)點數(shù)據(jù)顯示：12：02：21后，收到從控機車通信鏈路檢測數(shù)據(jù)，主、從控機車間LOCOTROL數(shù)據(jù)傳輸正常（出現(xiàn)從控機車10151通信記錄，見圖4）。

圖4 AN節(jié)點數(shù)據(jù)傳輸正常的記錄

（3）對應(yīng)從控機車OCU數(shù)據(jù)顯示：減壓時間段內(nèi)，OCU設(shè)備工作正常情況下，突然重啟（時間變?yōu)椤?970/1/1”，后變?yōu)檎Ｍㄐ艛?shù)據(jù)，見圖5）。

（4）對應(yīng)從控機車備用端，同時間段內(nèi)有重啟記錄，通過AN、從控機車OCU設(shè)備數(shù)據(jù)分析，從控機車OCU設(shè)備主、備用端有同時重啟記錄，且時間較長（將近13 min），OCU設(shè)備掉電，OCU設(shè)備電源板故障見圖6。

查看從控機車Abis數(shù)據(jù)，2月27日，主、備模塊均進(jìn)行了切換（MSISDN號切換，見圖7）。

2.2 軟件問題

主控機車減壓指令正確傳輸至從控機車，由于軟件問題（采用時間競爭機制），此刻由于從控機車接收到主控機車發(fā)送指令（此指令時間優(yōu)先），沒有啟動4 s通信檢測，從控機車在保壓狀態(tài)下檢測到意外流量，造成機車制動閥切除。

圖5 OCU重啟、恢復(fù)正常數(shù)據(jù)記錄

圖6 OCU設(shè)備電源板故障數(shù)據(jù)記錄

圖7 HXD1-151機車MSISDN號切換數(shù)據(jù)

故障概況：2017年5月17日，73041次重載組合列車，HXD2-101主控+HXD1-74從控，16：18因從控機車制動閥切除故障，停于大秦線陽原—化稍營間K115+975處。LOCOTROL系統(tǒng)數(shù)據(jù)記錄顯示，從控DP數(shù)據(jù)16：15：00發(fā)生意外流量（見圖8）。

故障時間段機車OCU數(shù)據(jù)顯示均正常，反饋時間為16：15，通過AN、從控OCU數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。AN應(yīng)用數(shù)據(jù)對應(yīng)故障時間段，減壓時間為AN時間8：13：14（見圖9）。AN應(yīng)用數(shù)據(jù)使用時間為格林尼治標(biāo)準(zhǔn)時間（Greenwich Mean Time，GMT，北京時間在東八區(qū)，時區(qū)不同，與AN數(shù)據(jù)使用時間時差8 h）。

圖8 LOCOTROL系統(tǒng)數(shù)據(jù)記錄

圖9 AN故障時間段減壓時間數(shù)據(jù)記錄

對應(yīng)AN應(yīng)用數(shù)據(jù)，減壓前一條從控機車數(shù)據(jù)見圖10。對比減壓后10 min從控機車OCU數(shù)據(jù)，主、從控機車LOCOTROL數(shù)據(jù)傳輸正常。

圖10 減壓前一條從控機車AN數(shù)據(jù)

G網(wǎng)相關(guān)數(shù)據(jù)記錄顯示，AN節(jié)點數(shù)據(jù)分析正常（見圖11）。

圖11 G網(wǎng)相關(guān)數(shù)據(jù)記錄

GSM-R AN節(jié)點日志中，從控機車處理指令的同時檢測到意外流量，未將通信檢查的bit（字節(jié)位）加入到回復(fù)信息中，4 s后通信檢查失敗，制動閥切除（見圖12）。

圖12 AN節(jié)點檢測數(shù)據(jù)

2.3 G網(wǎng)通信質(zhì)量

由于通信質(zhì)量較差，運行中主控機車得不到從控機車回復(fù)指令，邏輯制動未完成，此時從控機車檢測到意外流量，發(fā)起通信檢測，導(dǎo)致從控機車制動閥切除。主控機車通信質(zhì)量差造成制動閥切除。

故障概況：2017年5月16日，74043次重載組合列車，HXD1-172主控+HXD1-106從控，16：49由于從控機車制動閥切除故障，停于大秦線大同南—韓家?guī)X間K5+667處。

從控機車DP數(shù)據(jù)顯示，16：52：45存在意外流量（見圖13）。從控機車通信處理模塊（Communication Processor Module，CPM）數(shù)據(jù)顯示，16：52：54通信丟失（見圖14）。

圖13 從控機車DP數(shù)據(jù)記錄

圖14 從控通信丟失CPM數(shù)據(jù)記錄

從控機車OCU 16：52：26發(fā)送1條LOCOTROL數(shù)據(jù)，未收到回復(fù)。16：52：29轉(zhuǎn)電臺模式（見圖15）。

查看主控機車Abis數(shù)據(jù)，5月16日16：54：22，G網(wǎng)質(zhì)量出現(xiàn)連續(xù)偏低，上下行電平質(zhì)量達(dá)到7級，通信質(zhì)量較差（見圖16）。

圖15 從控機車通信轉(zhuǎn)電臺OCU數(shù)據(jù)記錄

圖16 主控機車Abis數(shù)據(jù)記錄

GSM-R AN節(jié)點分析，16：52：37主控機車發(fā)出1條指令，從控機車回復(fù)的指令傳到AN上，但主控機車并沒有收到該條回復(fù)指令；16：52：39主控機車重發(fā)指令，盡管從控機車OCU已經(jīng)收到該指令，但從控機車的回復(fù)指令未收到；16：52：41主控機車再次重發(fā)，但從控機車回復(fù)的信息主控機車并未收到，此時通信路徑轉(zhuǎn)電臺，但電臺通信不好，從控機車在RDTE路徑下發(fā)出的通信檢測主控機車并未收到，從控機車啟動通信丟失進(jìn)入空載，直到16：53：03通信才恢復(fù)（見圖17）。

圖17 AN節(jié)點檢測數(shù)據(jù)

由于沒有主控機車OCU數(shù)據(jù)，無法判斷GSM-R AN服務(wù)器到主控機車OCU之間是否出現(xiàn)單向通信丟失，但主控機車沒有收到從控機車的回復(fù)信息，從而轉(zhuǎn)到電臺模式（見圖18）。

3 大秦線LOCOTROL系統(tǒng)設(shè)備現(xiàn)狀及存在問題

3.1 設(shè)備現(xiàn)狀

（1）OCU設(shè)備使用及檢修情況。OCU設(shè)備從2006年使用至今已有11年，其中SS4型機車在線120臺，HXD1型機車在線250臺，HXD2型機車在線180臺，《太原鐵路局同步操控通信設(shè)備維護(hù)管理辦法》中規(guī)定OCU設(shè)備大修年限為6年。日常檢修作業(yè)由相關(guān)廠家15名作業(yè)人員在湖東電力機務(wù)段內(nèi)負(fù)責(zé)對OCU設(shè)備進(jìn)行入庫檢修，5名技術(shù)人員在核心機房進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測和分析。

（2）G網(wǎng)設(shè)備使用情況。大秦線G網(wǎng)采用同址雙網(wǎng)模式覆蓋，共使用序號為999—1019的21個頻點，設(shè)備2005年上線。目前軍都山隧道、花果山、摩天嶺直放站的6臺近端機和17臺遠(yuǎn)端機使用安德魯產(chǎn)品（該廠已于2010年倒閉，廠家已不提供技術(shù)支持）；使用華為BTS3512型基站共164處（2010年6月該型號基站已停產(chǎn)），上述設(shè)備已列入2018年更新改造計劃。大秦線機車同步操控核心設(shè)備AN地面節(jié)點2006年安裝，已經(jīng)超過大修年限，目前設(shè)備老化嚴(yán)重，2017年鐵路局下達(dá)更新改造計劃，將進(jìn)行招標(biāo)采購。

圖18 主控機車轉(zhuǎn)電臺模式記錄

（3）LOCOTROL系統(tǒng)通信方式。通信方式為：LOCOTROL（主控）—OCU（主控）—G網(wǎng)/800M—OCU（從控）—LOCOTROL（從控），且OCU采用800M模式建立連接，然后轉(zhuǎn)G網(wǎng)通信模式，如G網(wǎng)通信丟失，通信路徑再轉(zhuǎn)回800M模式。

（4）LOCOTROL系統(tǒng)工作模式。重載組合列車LOCOTROL同步操控系統(tǒng)由OCU、AN通過GSM-R網(wǎng)絡(luò)提供主用數(shù)據(jù)傳輸通道，由800M RDTE提供備用數(shù)據(jù)傳輸通道[2]。2015年湖東電力機務(wù)段協(xié)調(diào)廠家對系統(tǒng)進(jìn)行升級，升級后的系統(tǒng)在通信路徑轉(zhuǎn)為800M電臺時在控制面板上顯示紅色告警信息，通信全部中斷時會出現(xiàn)紅色“DP通信丟失”告警。

3.2 技術(shù)攻關(guān)存在的困難

（1）技術(shù)信息未共享。DP指令內(nèi)容及路徑切換條件屬于廠家技術(shù)保密范圍，機務(wù)部門對G網(wǎng)轉(zhuǎn)換800M通信方式的轉(zhuǎn)換機制不掌握，造成原因分析梗阻，通過對數(shù)據(jù)的整理和分析，從技術(shù)層面消除通信異?，F(xiàn)象存在困難。

（2）技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一。AN節(jié)點數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)判定網(wǎng)絡(luò)中斷的條件為網(wǎng)絡(luò)拆線或30 s內(nèi)無任何數(shù)據(jù)交互。通過DP系統(tǒng)現(xiàn)場實驗及中斷信息的數(shù)據(jù)分析，DP系統(tǒng)判定網(wǎng)絡(luò)中斷的條件高于AN節(jié)點數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)。因此會發(fā)生DP系統(tǒng)數(shù)據(jù)記錄通信丟失，而AN節(jié)點顯示網(wǎng)絡(luò)連接無中斷，導(dǎo)致通信異常，相關(guān)數(shù)據(jù)調(diào)取分析產(chǎn)生偏差。

（3）設(shè)備性能不掌握。太原通信段對2015年11月上線運行的30臺新造HXD1型機車OCU設(shè)備性能未深入了解，未做好對G網(wǎng)系統(tǒng)使用邊緣頻點現(xiàn)狀的風(fēng)險研判，導(dǎo)致新造30臺機車上線后出現(xiàn)OCU無法識別邊緣頻點，造成通信丟失問題。

（4）通信質(zhì)量不穩(wěn)定。大秦線延慶—下莊、化稍營—涿鹿、下莊—茶塢部分區(qū)段G網(wǎng)通信質(zhì)量有所下降、誤碼率上升，同時網(wǎng)絡(luò)通信及車載設(shè)備使用年限較長，各設(shè)備性能劣化疊加導(dǎo)致OCU與G網(wǎng)連接中斷。特別是在隧道內(nèi)的直放站遠(yuǎn)端機設(shè)備輸出信號質(zhì)量差，造成主控機車給出減壓指令后，從控機車不能有效接收到，從控機車判斷為意外流量而觸發(fā)“制動閥切除”保護(hù)動作。

4 對策建議

（1）推進(jìn)技術(shù)共享。加強與設(shè)備廠家的聯(lián)動，將制動閥切除和G網(wǎng)閃紅的AN數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，查明故障原因，并對G網(wǎng)轉(zhuǎn)換800M通信方式的轉(zhuǎn)換機制進(jìn)行分析研究。

（2）加快功能優(yōu)化。針對LOCOTROL系統(tǒng)軟硬件功能優(yōu)化升級項點內(nèi)容，在基于現(xiàn)有技術(shù)平臺、軟硬件設(shè)備的情況下，通過適度調(diào)整系統(tǒng)軟件及增加部分硬件系統(tǒng)解決目前存在的不適應(yīng)問題，詳細(xì)技術(shù)方案等問題需進(jìn)一步協(xié)商。

（3）加快設(shè)備升級。一是延長集成機車計算機（Integrated Locomotive Computer，ILC）通信超時設(shè)置門檻。將現(xiàn)DP模式超時5 s懲罰制動延長到10 s或更長時間，會降低懲罰制動發(fā)生幾率，短時通信超時對安全運行無影響。二是優(yōu)化指令傳輸處理機制。通過優(yōu)化軟件指令傳輸機制，消除從控機車檢測到意外流量，因軟件傳輸指令沖突造成未啟動4 s通信檢測，導(dǎo)致制動閥不能自動投入。

（4）強化應(yīng)急處置。針對LOCOTROL系統(tǒng)新版軟件中通信路徑提供電臺閃紅提醒的變化，制定LOCOTROL顯示器報紅后的操作程序和注意事項，完善防止G網(wǎng)中斷造成制動閥切除的控制措施和發(fā)生制動閥切除后的處置程序，確保發(fā)生問題第一時間做好應(yīng)急處置。

（5）規(guī)范合署辦公制度。由機務(wù)處牽頭、電務(wù)處配合，湖東電力機務(wù)段、太原通信段及相關(guān)廠家完善合署辦公制度，明確故障分析流程、周期及領(lǐng)導(dǎo)機構(gòu)、人員等相關(guān)事宜，制定切實可行的解決方案，真正讓綜合數(shù)據(jù)分析發(fā)揮優(yōu)勢。

[1]李思昕，冀彬．大秦線重載組合列車中部機車制動 閥切除故障分析[J]．中國鐵路，2013(9)：78-81．

[2]高春明，冀彬，張波，等．大秦線重載組合列車 的LOCOTROL技術(shù)應(yīng)用研究[J]．電力機車與城軌車 輛，2006(6)：5-7．

The Analysis and Suggestions to the Brake Valve Excision Breakdown of Datong-Qinhuangdao Heavy Haul Train

ZOU Xinjun
（Safety Inspection Offce，Taiyuan Railway Administration，Taiyuan Shanxi 030013，China）

Based on the analysis and suggestions to brake valve excision breakdown of Datong-Qinhuangdao heavy haul train, the paper introduces the harm of excision breakdown, elaborates basic concept and principle of it and analyzes the reasons of it. The author makes a survey on LOCOTROL system equipment operation and management conditions and comes up with corresponding suggestions to provide reference to similar breakdown analysis of heavy haul train.

Datong-Qinhuangdao line；brake valve excision；DP system；OCU data；unexpected traffc flow

U279

A

1001-683X（2017）11-0066-06

10.19549/j.issn.1001-683x.2017.11.066

鄒新軍（1973—），男，高級工程師。E-mail：zxj_3323394@126.com

責(zé)任編輯 高紅義

2017-09-30