貴廣客專電力分相區(qū)應(yīng)答器丟失問題分析

龍開清

(中國鐵路南寧局集團有限公司電務(wù)部，南寧 530029)

貴廣客專是雙線電氣化客運專線，是中國穿越喀斯特地貌最長的高鐵，經(jīng)過貴州、廣西和廣東3 省，全長857 km，其中南寧局集團公司管轄約410 km（中繼站12 至中繼站31），列控設(shè)備采用CTCS-2 級列控系統(tǒng)，2014 年12 月26 日開通運營，最高速度250 km/h。

應(yīng)答器是CTCS-2 級列控系統(tǒng)中車地信息傳輸?shù)闹饕O(shè)備之一，應(yīng)答器設(shè)備包括：無源應(yīng)答器、有源應(yīng)答器、應(yīng)答器地面電子單元（LEU）以及應(yīng)答器讀寫工具等設(shè)備。因受線路條件、工程施工等客觀因素的影響，部分應(yīng)答器安裝在電力分相區(qū)中。受此影響，動車組多次在分相區(qū)內(nèi)發(fā)生應(yīng)答器信息丟失問題，通過調(diào)取ATP 列車自動防護系統(tǒng)數(shù)據(jù)、調(diào)閱DMS 列控設(shè)備動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)進行全面分析，同時開展現(xiàn)場實地測試、測量，查找應(yīng)答器丟失原因，提出解決方案。

1 故障情況

2017 年，貴廣客專動車組運行在南寧局集團公司管內(nèi)，累計發(fā)生43 次應(yīng)答器丟失報警信息，大部分應(yīng)答器丟失未影響動車組正常運行，但部分丟失也造成動車組輸出緊急制動停車。如6 月10日，G2931 車運行至定江線路所陽朔站間下行線468+127 應(yīng)答器處，DMI 顯示屏顯示應(yīng)答器信息缺失，動車組輸出緊急制動停車。

為查明應(yīng)答器丟失原因，組織對車地相關(guān)設(shè)備進行檢測分析：一是檢查地面應(yīng)答器安裝尺寸符合標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)備固定良好無松動，現(xiàn)場靜態(tài)測試、讀取應(yīng)答器報文數(shù)據(jù)正常；二是檢查車載設(shè)備BTM 應(yīng)答器信息接收天線安裝均符合標(biāo)準(zhǔn)。同時，采取調(diào)整應(yīng)答器安裝高度至理論最佳高度（120 mm±10 mm）、更換抗擾型應(yīng)答器、在安裝偏差容許范圍（5 m）內(nèi)移設(shè)等多項整治措施，但均未能徹底解決應(yīng)答器丟失問題。

2 調(diào)查統(tǒng)計分析

2.1 ATP數(shù)據(jù)分析

經(jīng)統(tǒng)計，發(fā)生應(yīng)答器丟失動車組車載ATP 型號主要集中在CTCS2-200H 型（累計發(fā)生12 次），CTCS3-300S 型（累 計 發(fā) 生31 次），其 他CTCS3-300T、CTCS3-300H 及CTCS2-200C 型動車組均未發(fā)生應(yīng)答器丟失問題，具體應(yīng)答器丟失情況如表1 所示。

表1 基于丟失點ATP型號統(tǒng)計Tab.1 Statistics of ATP types based on loss points

2.2 丟失車組數(shù)據(jù)分析

經(jīng)統(tǒng)計，發(fā)生應(yīng)答器丟失的動車組多達16 列以上， 其 中CRH380A-2663-01、CRH380A-2909-00 號 車 丟 點5 次 以 上；CRH380A-2897-00、RH380A-2903-00、H380A-2912-00、CRH2A-2300-01 車丟點2 次以上；其余車組丟失1 次，統(tǒng)計數(shù)據(jù)如表2 所示。

2.3 丟失點應(yīng)答器分析

結(jié)合貴廣客專列控工程數(shù)據(jù)及現(xiàn)場實地測量，發(fā)現(xiàn)丟失的應(yīng)答器組均安裝在電力分相區(qū)內(nèi)，如表3所示。

表2 基于丟失點動車組數(shù)據(jù)統(tǒng)計Tab.2 Statistics of EMU data based on loss points

1）安裝在電力分相區(qū)的應(yīng)答器組共6 組，其中4 組發(fā)生丟失現(xiàn)象，但中繼15、鐘山西站2 組均未發(fā)生丟失現(xiàn)象。

2）丟失應(yīng)答器距離分相區(qū)起點或終點位置沒有唯一性規(guī)律，距離終點最近的如中繼21 站099-5-14-007-2 號應(yīng)答器1 次沒有丟失，而同組的1 號丟失2 次；距離起點最近的中繼15 站99-5-05-006 組的3 個應(yīng)答器也未發(fā)生丟失。

3）發(fā)生丟失的均為無源應(yīng)答器，有源應(yīng)答器未發(fā)生丟失。

2.4 應(yīng)答器處線路坡度分析

如表4 所示：丟失的4 組應(yīng)答器位于上坡2 組、下坡2 組，而未丟失2 組應(yīng)答器，1 組處于平坡，1組處于長下坡，應(yīng)答器丟失沒有規(guī)律性，說明應(yīng)答器丟失與線路坡度無直接關(guān)系。

2.5 ATP型號過分相分析

2.5.1 CTCS2-200H型動車組分析

CTCS2-200H 型車采用磁鋼過分相，動車組在經(jīng)過分相區(qū)1 號磁鋼（距離正向斷電標(biāo)約100 m）后開始輸出斷電指令，經(jīng)過分相區(qū)3 號磁鋼（距離反向斷電標(biāo)約50 m）后輸出合電指令。

2.5.2 CTCS3-300S型動車組分析

CTCS3-300S 型動車組采用列控自動過分相，動車組車頭在距離電力分相區(qū)起點（正向斷電標(biāo)）提前3 s 輸出斷電指令，經(jīng)過分相區(qū)終點（反向斷電標(biāo)）130 m 后輸出合電指令。

表3 電力分相區(qū)內(nèi)應(yīng)答器統(tǒng)計Tab.3 Statistics of balises in electric phase-separating section

表4 應(yīng)答器安裝坡道統(tǒng)計Tab.4 Statistics of balise installation

從動車組過分相的原理可看出，由于地面應(yīng)答器組設(shè)置在分相中性區(qū)內(nèi)，車載BTM 接收天線經(jīng)過地面應(yīng)答器正常接收信號時，并不在動車與接觸網(wǎng)斷電及合電瞬間，應(yīng)答器丟失受斷電及合電瞬間影響不大，反而是發(fā)生在斷電后運行于中性區(qū)時受干擾所致，如圖1 所示。

2.6 動車組動態(tài)檢測情況

開行動車組進行動態(tài)檢測發(fā)現(xiàn)：當(dāng)動車組經(jīng)過電力分相區(qū)時，應(yīng)答器附近存在較強的帶內(nèi)信號干擾，應(yīng)答器系統(tǒng)正常工作的頻帶為2 ～6 MHz，如圖2 所示，當(dāng)列車經(jīng)過時，出現(xiàn)多個頻率的較強干擾，能量最高的干擾頻率為4.525 MHz，能量為-30.64 dBm，在應(yīng)答器工作的2 ～6 MHz 頻帶內(nèi)，還有多個能量大于-50 dBm 的干擾信號。如圖3 所示。

3 結(jié)論及解決方案

3.1 結(jié)論分析

根據(jù)應(yīng)答器技術(shù)條件，車載BTM 應(yīng)答器信息接收天線從地面應(yīng)答器處正常接收的信號為4.23 MHz±200 kHz 調(diào)制信號，有用信號幅值標(biāo)準(zhǔn)為-73 dB，誤碼率要求小于10-6，即要求信噪比大于14 dB，干擾信號電平要求不小于-58 dB。

圖1 250 km/h以下地段地面磁感應(yīng)器及標(biāo)志牌設(shè)置示意圖Fig.1 Schematic diagram of ground magnetic sensor and signboard setting in section with speed of less than 250 km/h

圖2 應(yīng)答器正常工作的信號頻譜Fig.2 Signal spectrum of the transponder in normal operation

基于以上數(shù)據(jù)綜合分析，應(yīng)答器丟失的原因是動車組在分相區(qū)斷電后運行于中性區(qū)（惰行狀態(tài)）受干擾所致，在干擾信號頻率特性為2 ～6 MHz、能量大于-58 dBm 時，導(dǎo)致BTM 應(yīng)答器信息接收模塊接收應(yīng)答器信號傳輸誤碼率不滿足基本技術(shù)條件，發(fā)生應(yīng)答器丟失現(xiàn)象。

3.2 解決方案

1）移設(shè)應(yīng)答器

圖3 動車組過分相區(qū)時應(yīng)答器附近的信號頻譜Fig.3 Signal spectrum near the balise when EMU passes phase-separating section

將貴廣客專中繼13、三江南、中繼21、中繼22等4 處位于電力分相區(qū)內(nèi)的應(yīng)答器組重新布置，遷移出電力分相區(qū)。遷移重新布置后，開行動車組進行動態(tài)檢測時，未發(fā)現(xiàn)應(yīng)答器丟失現(xiàn)象，解決了問題。

2）規(guī)范設(shè)計，解決應(yīng)答器丟失問題

電力分相區(qū)應(yīng)答器的設(shè)置規(guī)范已納入新版《信號設(shè)計規(guī)范》（TB10007-2017）第8.2.3 款第5 點“接觸網(wǎng)電分相區(qū)內(nèi)不宜設(shè)置應(yīng)答器組”，要求設(shè)計從源頭上解決應(yīng)答器安裝在電力分相區(qū)內(nèi)的問題，保證動車組車載BTM 準(zhǔn)確接收應(yīng)答器相關(guān)數(shù)據(jù)報文，安全運行。

4 結(jié)束語

通過統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)貴廣客專南寧局集團管轄范圍內(nèi)發(fā)生應(yīng)答器丟失的原因，并通過移設(shè)電力分相區(qū)內(nèi)的部分應(yīng)答器，解決了貴廣客專動車組應(yīng)答器再丟失問題，提升動車組運行安全和通過效率。