動車組過分相區(qū)BTM收全零報(bào)文排查方案研究

關(guān)孟達(dá)

(北京全路通信信號研究設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，北京 100070)

在CTCS-2/3 級列控運(yùn)行控制系統(tǒng)中，列車的速度信息、定位信息是由地面應(yīng)答器和車載BTM天線進(jìn)行車地信息傳輸。其中，車載BTM 單元接收應(yīng)答器1 023 位報(bào)文進(jìn)行校驗(yàn)解碼，并轉(zhuǎn)化為830 位的信息報(bào)文發(fā)送給主機(jī)單元。

在實(shí)際線路中，倘若特殊電磁環(huán)境干擾BTM 接收應(yīng)答關(guān)鍵信息，則會導(dǎo)致列車安全計(jì)算機(jī)丟失關(guān)鍵數(shù)據(jù)信息而輸出制動，影響運(yùn)輸安全和效率。目前，國內(nèi)高鐵線路多次出現(xiàn)車載BTM 天線接收應(yīng)答器全零報(bào)文的現(xiàn)象；由于現(xiàn)場缺乏經(jīng)驗(yàn)，偶發(fā)性強(qiáng)，暫無有效可靠排查手段，給現(xiàn)場故障排查帶來困難。

本文針對動車組在線路運(yùn)行中發(fā)生該類故障車載ATP 輸出常用制動案例進(jìn)行排查和分析，闡述排查方案的研究、制定過程。

1 干擾案例概述

在國內(nèi)多條高鐵線路中，動車組經(jīng)過分相區(qū)時(shí)車載ATP 輸出制動導(dǎo)致停車，現(xiàn)場線路軌道電路設(shè)備、應(yīng)答器設(shè)備安裝布置完好。通過現(xiàn)場初步考察并對該類問題進(jìn)行梳理，故障現(xiàn)象主要體現(xiàn)在動車組在過分相區(qū)時(shí)，出現(xiàn)車載BTM 天線接收全零報(bào)文，但未發(fā)現(xiàn)實(shí)際位置應(yīng)答器報(bào)全零。

2 故障排查方案說明

2.1 排查總體思路

通過在現(xiàn)場故障常發(fā)點(diǎn)布置信號采集設(shè)備，收集具體位置應(yīng)答器工作環(huán)境周邊電磁場變化數(shù)據(jù)的方式，分析該應(yīng)答器附近干擾信號強(qiáng)度、頻率，以及車載BTM 天線附近干擾信號強(qiáng)度、頻率等信息，分析問題成因并試圖查找干擾源。

2.2 排查目的及原理

2.2.1 庫內(nèi)靜態(tài)測試

測試目的：在列車靜態(tài)條件下，測試列車受電弓開關(guān)主斷操作過程對車載BTM 設(shè)備傳輸?shù)挠绊憽?/p>

測試方法：測試點(diǎn)選取。

1）選取車輛任意一端安裝測試設(shè)備。

2）將車載BTMb 的電源線從TB3E19-2、TB3E20-2 取出，分別連接至TIF 斷路器接口3 和接口1，位于斷路器上方；將BTMb 的兩根MVB線（SM.12、SM.14）從X1、X2 上取下，直接對插并用膠帶緊固。

3）將放大器連接至BTM-X11 和BTM-X13。

其連接方式如圖1 所示。

圖1 車載BTM主機(jī)采集點(diǎn)圖Fig.1 Acquisition points diagram of onboard BTM main machine

4）將電磁效應(yīng)高速數(shù)據(jù)采集儀連接至放大器，測試天線放置BTM 天線附近位置。

5）將測試天線連接至電磁效應(yīng)高速數(shù)據(jù)采集儀，設(shè)置好電磁效應(yīng)高速數(shù)據(jù)采集儀參數(shù)。

6）將車載設(shè)備冗余開關(guān)打到A 系，上電運(yùn)行（該端車載設(shè)備須始終采用A 系運(yùn)行）。

測試點(diǎn)原理框架如圖2 所示。

2.2.2 線路動態(tài)測試

測試目的：

圖2 測試原理框架圖Fig.2 Test principle diagram

1）使用電磁效應(yīng)高速數(shù)據(jù)采集儀采集列車在過分相區(qū)時(shí)，車載BTM 主機(jī)是否收到干擾信號；

2）通過斷開車載BTM 主機(jī)電纜來判斷干擾源是否來自其自身電纜。

測試方法：測試點(diǎn)同樣在車載BTM 主機(jī)發(fā)送板、接收板的X11、X13 端子，記錄信號波形數(shù)據(jù)。

測試過程：

1）列車在莞惠線上往返運(yùn)行，采集列車在通過分相區(qū)時(shí)刻車載BTM 主機(jī)收到的信號波形數(shù)據(jù)。

2）斷開車載BTM 主機(jī)電纜，對比采集車載BTM 主機(jī)收到的干擾信號差異。

2.2.3 測試儀器

電磁效應(yīng)高速數(shù)據(jù)采集儀采用模塊化形式設(shè)計(jì)，主要由信號采集模塊、濾波模塊、頻譜分析模塊與大容量存儲模塊等構(gòu)成?？梢詫?shí)現(xiàn)10 ～100 MHz 的高頻信號波形實(shí)時(shí)記錄，并對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和判斷。電磁效應(yīng)高速數(shù)據(jù)采集儀樣機(jī)如圖3所示。

圖3 電磁效應(yīng)高速數(shù)據(jù)采集儀樣機(jī)Fig.3 Prototype of high-speed data acquisition instrument for electromagnetic effect

3 數(shù)據(jù)分析與結(jié)論

3.1 庫內(nèi)靜態(tài)數(shù)據(jù)分析

在列車靜態(tài)情況下，在不同時(shí)段內(nèi)讓地面應(yīng)答器呈現(xiàn)不發(fā)送特定頻率報(bào)文和發(fā)送報(bào)文兩種狀態(tài)，對受測試車輛受電弓進(jìn)行開主斷、關(guān)主斷操作。使用電磁效應(yīng)高速數(shù)據(jù)采集儀采集數(shù)據(jù)，在車載BTM 主機(jī)測試點(diǎn)采集到的數(shù)據(jù)波形及頻譜如圖4、5所示。

圖4 無發(fā)送報(bào)文時(shí)采集數(shù)據(jù)Fig.4 Acquisition data when no message is sent

圖5 有發(fā)送報(bào)文時(shí)采集數(shù)據(jù)Fig.5 Acquisition data when a message is sent

通過對比應(yīng)答器發(fā)送報(bào)文、不發(fā)送報(bào)文情況下，受電弓開主斷、關(guān)主斷操作，采集數(shù)據(jù)的波形和頻譜分析，可以得出以下結(jié)論：

1）應(yīng)答器在發(fā)送報(bào)文情況下，該采集儀器能在測試點(diǎn)準(zhǔn)確采集到標(biāo)準(zhǔn)頻帶內(nèi)的信號；

2）列車在靜態(tài)情況下，受電弓開主斷、關(guān)主斷操作對車載BTM 接收信號影響很小。

3.2 線路動態(tài)數(shù)據(jù)分析

列車在莞惠線往返動態(tài)運(yùn)行過程中， BTM 實(shí)時(shí)記錄儀（BTRA）在某些分相區(qū)采集到幅值較低的干擾信號有效值，電磁效應(yīng)高速數(shù)據(jù)采集儀也在相應(yīng)分相區(qū)采集到干擾信號的波形。

如圖6所示，列車在通過上行惠州北變電所時(shí)，BTRA 采集到的數(shù)據(jù)，電磁效應(yīng)高速數(shù)據(jù)采集儀未采集到干擾信號。

圖6 BTRA采集數(shù)據(jù)（一）Fig.6 BTRA acquisition data（1）

列車在通過常平東分相區(qū)時(shí)，BTRA 采集到的數(shù)據(jù)如圖7 所示，電磁效應(yīng)高速數(shù)據(jù)采集儀采集到的干擾信號如圖8 所示。

圖7 BTRA采集數(shù)據(jù)（二）Fig.7 BTRA acquisition data（2）

圖8 電磁效應(yīng)高速數(shù)據(jù)采集儀測試數(shù)據(jù)Fig.8 Test data of high-speed data acquisition instrument for electromagnetic effect

對列車經(jīng)過莞惠線各變電所、分相區(qū)采集數(shù)據(jù)結(jié)果匯總，如表1 所示。

通過對表1的數(shù)據(jù)分析，可以得出以下結(jié)論。

1）BTRA 采集到帶內(nèi)干擾信號有效值10 次，電磁效應(yīng)高速采集儀在其中9 次采集到干擾信號波形，兩種設(shè)備采集結(jié)果基本一致；

表1 電磁效應(yīng)高速采集儀數(shù)據(jù)Tab 1 Data of high-speed data acquisition instrument for electromagnetic effect

2）分相區(qū)內(nèi)干擾信號為瞬時(shí)非周期性信號，該信號在動車組受電弓斷路器的斷、合瞬間產(chǎn)生；

3）斷開車載BTM 主機(jī)電纜，采集的干擾信號幅值未有明顯降低，干擾信號不是源于電纜傳導(dǎo)。

4 結(jié)論

動車組在經(jīng)過分相區(qū)時(shí)，受電弓斷路器在開、合的瞬間會產(chǎn)生強(qiáng)烈的電磁效應(yīng)，干擾車載BTM天線對應(yīng)答器報(bào)文的傳輸過程?？刹扇〉慕鉀Q方案如下：1）在既有車載BTM 天線上加特質(zhì)防護(hù)鋁板，不影響有效信號傳輸；2）采用國產(chǎn)自主化、干擾性強(qiáng)的車載BTM 天線。

本文提出動車組車載BTM 天線接收應(yīng)答器全零報(bào)文導(dǎo)致車載ATP 輸出制動的排查方案，從靜態(tài)測試、動態(tài)測試方法至最后的測試結(jié)果分析，對今后類似干擾故障排查會起到一定的借鑒作用。