CTCS-0級列控系統(tǒng)動態(tài)檢測方法

周永健， 許明， 郜新軍， 董云逸， 劉世鵬

（1. 中國鐵道科學研究院集團有限公司 通信信號研究所，北京 100081；2. 中國鐵道科學研究院集團有限公司 基礎設施檢測研究所，北京 100081）

1 研究背景

在CTCS 體系中，CTCS-0 級列控系統(tǒng)主要運用于我國普速鐵路信號系統(tǒng)［1-3］，有成熟的運營管理經(jīng)驗，在保障列車運行安全方面起著重要作用。在中國鐵路“走出去”戰(zhàn)略［4］的前期階段，CTCS-0 級列控系統(tǒng)在蒙內(nèi)、亞吉、磨萬鐵路已得到廣泛應用，結合以往動態(tài)檢測經(jīng)驗，總結研究CTCS-0 級列控系統(tǒng)測試方法尤為必要。

以磨萬鐵路為例，其信號系統(tǒng)由行車指揮、區(qū)間閉塞、聯(lián)鎖、信號集中監(jiān)測等子系統(tǒng)構成。正線行車調(diào)度指揮采用調(diào)度集中控制（CTC）。根據(jù)行車調(diào)度區(qū)劃分，新設磨萬調(diào)度臺。采用自動站間閉塞方式，采用計軸設備實現(xiàn)區(qū)間占用與空閑檢查。各車站均分別設置1套獨立的計算機聯(lián)鎖設備。各站進站信號機外方設置雙接近區(qū)段以及接近信號機，站內(nèi)正線接發(fā)車進路及接近區(qū)段均采用97型25 Hz相敏軌道電路。接近區(qū)段及站內(nèi)正線接車進路電碼化均采用預疊加發(fā)碼，側線股道采用占用疊加發(fā)碼。發(fā)碼設備采用ZPW-2000系列移頻發(fā)碼設備。列控系統(tǒng)設計為CTCS-0 級（見圖1），以地面信號為主體信號，采用車載機車信號與列車運行監(jiān)控裝置（LKJ）作為輔助信號控車。

圖1 CTCS-0列控系統(tǒng)結構

磨萬鐵路設計為客貨共線單線鐵路，設計速度為160 km/h。目前用于客貨共線鐵路動態(tài)驗收的規(guī)范為TB 10461—2019《客貨共線鐵路工程動態(tài)驗收技術規(guī)范》，適用于設計速度為200 km/h的線路［5］，該規(guī)范對《客貨共線鐵路工程竣工驗收動態(tài)檢測指導意見》（鐵建設〔2008〕133 號）（已于2019 年4 月18 日廢止）進行了全面修訂［6］，修訂內(nèi)容中將適用范圍由原“時速200 km 及以下新建客貨共線標準軌距鐵路的工程竣工驗收動態(tài)檢測”修改為“新建200 km/h 客貨共線鐵路工程動態(tài)驗收”，將涉及LKJ 和機車信號的相關檢測內(nèi)容刪除。

綜上所述，對于客貨共線設計速度低于200 km/h的普速鐵路，需要及時起草補充相關動態(tài)驗收規(guī)范。對于海外普速鐵路項目，目前通過借鑒《鐵路技術管理規(guī)程》《普速鐵路信號維護規(guī)則》用于動態(tài)驗收參考標準，相關子系統(tǒng)設備的規(guī)范作為補充，主要包括TB/T 2465—2010《鐵路車站電碼化技術條件》、TB/T 3060—2016《機車信號信息定義及分配》、TB/T 1567.2—2019《鐵路閉塞：第2 部分：自動站間閉塞技術條件》、TB/T 2296—2011《鐵路信號計軸設備通用技術條件》、Q/CR 518—2016《調(diào)度集中系統(tǒng)技術條件》、TB/T 3027—2015《鐵路車站計算機聯(lián)鎖技術條件》等。

2 測試方法研究

列控系統(tǒng)由車載設備和地面設備構成，CTCS-2/CTCS-3 級列控系統(tǒng)計算行車許可的數(shù)據(jù)來源為地面設備，目前高速鐵路列控系統(tǒng)測試普遍采用“車測地”思路進行動態(tài)驗證，而CTCS-0 級列控系統(tǒng)行車憑證仍為地面信號，車載機車信號與LKJ僅作為輔助信號。

LKJ 控車的基本原理是：用于LKJ 控車的基礎數(shù)據(jù)預先裝載在車載設備中，列車運行時LKJ根據(jù)列車所在位置調(diào)取相應區(qū)段數(shù)據(jù)，根據(jù)機車信號及車速計算控車模式曲線。雖然是輔助信號，但LKJ數(shù)據(jù)直接關系到控車曲線計算的正確性，裝載與地面設計一致的LKJ數(shù)據(jù)使應用車載設備（機車信號+LKJ）驗證地面系統(tǒng)成為可能。

2.1 動態(tài)檢測設備

目前列控系統(tǒng)測試列車一般選用實際運營的主用車型，測試過程中按LKJ控車曲線貼線行車，通過車載LKJ設備人機界面顯示或車載記錄數(shù)據(jù)，對列控系統(tǒng)功能測試過程中的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析，判斷列控系統(tǒng)功能測試結果。

若是客貨共線鐵路，需考慮LKJ裝車時客運機車與貨運機車的數(shù)據(jù)版本并不相同，客運機車LKJ默認側線發(fā)車速度與貨運機車默認側線發(fā)車速度不同。如果使用電力機車單機作為測試列車，會因制動性能不足無法滿足達速試驗要求，一般采用裝載著機車信號和LKJ設備的電力機車及車廂編組作為測試列車。

2.2 動態(tài)檢測案例

目前規(guī)范中暫未提及CTCS-0 級列控系統(tǒng)的測試案例，在此參照高速鐵路列控系統(tǒng)案例編制方法，提煉CTCS-0 級列控系統(tǒng)測試案例。列控系統(tǒng)動態(tài)檢測是對地面和車載系統(tǒng)的綜合檢測，試驗以功能性驗證為主，測試案例是功能測試中的最小單元。

每個基本功能的功能編號構成方式如下：CTCS-0-FT-編號，各字段含義如下：

（1）CTCS-0：CTCS-0等級；

（2）FT（Funtion Test）：功能測試（例如軌道電路發(fā)碼功能）；

（3）編號：2位數(shù)字，01～99。

由于每項測試內(nèi)容包含1個或多個案例，因此各個案例的編號可描述為：CTCS-0-FT-編號-案例號。舉例說明如下：功能編號為CTCS-0-FT-01 中案例1 的編號應為：CTCS-0-FT-01-1。

測試案例的測試方法包含以下內(nèi)容：

（1）適用條件：CTCS-0級列控系統(tǒng)；

（2）測試目的：驗證CTCS-0 級列控系統(tǒng)的功能及設備發(fā)生故障時是否符合故障-安全原則；

（3）前提條件：滿足CTCS-0 級列控系統(tǒng)測試的各項接口需求；

（4）測試步驟和結果：執(zhí)行當前測試所要經(jīng)過的操作步驟，需要給出每一步操作的描述，測試人員根據(jù)測試案例操作步驟，完成測試案例的測試記錄。

功能測試記錄表需要包含以下內(nèi)容：

（1）測試步驟：描述執(zhí)行該功能案例的具體方法；

（2）執(zhí)行前提：執(zhí)行該步驟的前提條件；

（3）預期結果：當前測試案例的預期輸出結果，用來與實際結果比較，如果相同則該測試案例通過，否則該測試案例失敗；

（4）實際結果：記錄當前測試案例的實際輸出結果，用來與預期結果比較，如果相同則該測試案例通過，否則該測試案例失??；

（5）測試狀態(tài)：表明測試案例每個步驟的測試狀態(tài)，可以是以下情況之一：①通過—該步驟執(zhí)行正確；②失敗—該步驟執(zhí)行出錯；③未測—已經(jīng)決定（或被告知或不具備條件）跳過該測試步驟。

功能測試時，測試工程師按照測試大綱的要求和內(nèi)容，編制測試表格，并依據(jù)測試表格的內(nèi)容和次序進行功能測試，測試的過程和相關問題都記錄在測試表格中，并根據(jù)測試結果，編制最終的測試報告。

2.3 動態(tài)檢測內(nèi)容

CTCS-0 級列控系統(tǒng)測試案例是基于LKJ 監(jiān)測數(shù)據(jù)的車地數(shù)據(jù)一致性驗證及地面主體信號驗證。

根據(jù)CTCS-0 級列控系統(tǒng)的特點，測試對象的主體應為地面信號，測試方法為：通過閉塞系統(tǒng)辦理閉塞、聯(lián)鎖及CTC 系統(tǒng)排列試驗進路，觀察測試列車上機車信號和LKJ 數(shù)據(jù)顯示（輔助信息），進行車地一致性數(shù)據(jù)確認（與設計一致）。

車地數(shù)據(jù)一致性案例的驗證內(nèi)容涵蓋電務類LKJ基礎數(shù)據(jù)的正確性驗證，主要包括：信號機位置、軌道電路發(fā)碼、關聯(lián)發(fā)碼信號機顯示關系等，涉及控車的還有線路速度、坡度、道岔位置（工務類）、分相區(qū)（供電類）等。

除常規(guī)數(shù)據(jù)一致性驗證測試案例外，還需考慮故障場景類及系統(tǒng)接口類測試，例如引導接車、人工進路解鎖、人工取消進路、軌道電路故障占用、人工取消閉塞、計軸設備工作狀態(tài)及軸數(shù)顯示等。值得注意的是，地面信號作為主體信號，信號機的顯示距離（瞭望情況）也是動態(tài)檢測需要考慮的。

2.4 動態(tài)檢測計劃

通過計劃管理系統(tǒng)有效跟蹤已測進路及場景進度，對測試出的問題序列及時進行定位和補復測。

為了對地面軌道電路發(fā)碼及各站側線LKJ數(shù)據(jù)進行充分驗證，需保證與列車進路有關的各站側線股道至少檢測1次，有站臺辦理客運業(yè)務需求的股道需排列到開進路至少檢測1次。測試計劃中涉及停車的位置需避免含有分相及大坡道。測試序列含有場景測試時，需注意含有特殊設計的位置，例如關聯(lián)發(fā)碼信號機、下坡道延續(xù)進路等。

3 常見類型及典型案例

結合海外CTCS-0 級列控系統(tǒng)測試結果，總結常見測試類型匯總見表1。

表1 常見測試類型匯總

3.1 信號機顯示距離

以磨萬鐵路試驗為例，在側線進路拉鋸試驗時，分別發(fā)現(xiàn)那磨站X1出站信號機、噶西站S1出站信號機瞭望困難（顯示距離不足200 m）。

查閱設計文件，磨萬鐵路全站側線出站信號機均設計為矮型信號機，根據(jù)TB 10007—2017《鐵路信號設計規(guī)范》［7］3.3.1 規(guī)定“矮柱進站信號機、矮型進路信號機、矮型出站信號機、矮型通過信號機、調(diào)車信號機、復示信號機，容許信號、引導信號的顯示距離不得小于200 m”。

一般受地形的限制，可以改高柱或者加復示，以滿足顯示距離最少200 m的要求。上述問題經(jīng)過現(xiàn)場復核確認，通過增高信號機高度至1 240 mm 得以解決。一般此類問題出現(xiàn)在側線，因此有必要將試驗進路覆蓋每條側線股道至少1次。

3.2 軌道電路分路不良

以磨萬鐵路試驗為例，下行萬基站2G 側線停車，列車進入股道50 m左右機車信號才顯示HU碼。

經(jīng)現(xiàn)場復核，發(fā)現(xiàn)萬基站2G 鋼軌銹蝕嚴重。通過信號集中監(jiān)測系統(tǒng)分析，列車進入2G（電壓曲線下降的時刻）6 s 后才顯示占用（機車信號上碼）（見圖2）。根據(jù)TB/T 3287—2013 《機車信號車載系統(tǒng)設備》［8］4.9.2 規(guī)定“設備接收移頻信息時，其應變時間為：轉換為L、LU 時的應變時間不應大于2 s，其他不應大于1.5 s；從有信息到無信息的應變時間不應大于4 s”，因此確認萬基站2G軌道電路分路不良。

圖2 萬基站2G停車軌道電路電壓變化

上述問題可以通過打磨拋光銹蝕鋼軌、提高軌道電路發(fā)碼參數(shù)來解決問題。磨萬鐵路處在潮濕多雨的氣候環(huán)境，軌道電路分路不良現(xiàn)象較為普遍，尤其在線路開通之前未壓過車的側線股道?？紤]目前采用統(tǒng)一標定參數(shù)且LKJ在此場景下并不輸出制動，經(jīng)協(xié)商由瑯勃拉邦維保管理中心登記分路不良，結合后續(xù)相同進路列車持續(xù)觀察。

3.3 引導接車進路顯示H燈

以蒙內(nèi)鐵路試驗為例，在開展引導接車場景試驗時，側線引導接車進路列車機車信號顯示為HUS→H→HU（見圖3）。

圖3 引導接車進路機車信號顯示示意圖

經(jīng)分析，因車站為非全進路發(fā)碼設計（僅對正線接車進路及側線股道進行電碼化），岔區(qū)不發(fā)碼。根據(jù)《列車運行監(jiān)控裝置（LKJ）控制模式設定規(guī)范》（鐵總運 〔2015〕 102 號）［9］4.2 節(jié)規(guī)定“當列車從 HU 碼或H碼區(qū)段進入無機車信號信息碼區(qū)段時，機車信號機顯示1個紅色燈光；當列車從其他機車信號信息碼區(qū)段進入無機車信號信息碼區(qū)段時，機車信號機顯示1個白色燈光”。故預期碼序應為HUS→B→HU，但實際碼序為HUS→H→HU。

根據(jù)廠家解釋“引導接車時LKJ按特殊控制模式進行處理，進入岔區(qū)掉碼后機車信號主機輸出由HUS 燈轉換為H 燈，不影響行車安全”，現(xiàn)場實際并未修改LKJ 軟件。值得注意的是，目前高速鐵路ATP 規(guī)范與LKJ 規(guī)范在該場景下略有不同，根據(jù)TB/T 3569—2021《列控車載設備人機界面（DMI）顯示規(guī)范》［10］附錄E.3 中規(guī)定“HU、HB、H 掉碼顯示H 碼，其他碼掉碼顯示無碼”，按ATP 對于機車信號的處理邏輯，則在該場景下碼序HUS→H→HU是符合規(guī)定的。

3.4 接近區(qū)段前允許速度下降

以蒙內(nèi)鐵路試驗為例，排列某站正線通過進路，列車在進站前接近區(qū)段外方出現(xiàn)允許速度下降現(xiàn)象（見圖4）。

圖4 接近區(qū)段前允許速度下降示意圖

經(jīng)分析，在非自動閉塞接近區(qū)段（本線為自動站間閉塞）外方列車收B碼，該版本LKJ基于故障導向安全原則，默認進站信號機關閉，根據(jù)《列車運行監(jiān)控裝置（LKJ） 控制模式設定規(guī)范》（鐵總運〔2015〕102號）［9］7.2.1節(jié)中制動距離計算公式，按照最大常用制動計算控車模式曲線。接近區(qū)段的作用在自動站間閉塞線路上主要用于列車進路的接近鎖閉，但是地面接近區(qū)段的設計長度基于緊急制動考慮，根據(jù)TB 10007—2017《鐵路信號設計規(guī)范》［7］6.2.13 規(guī)定，CTCS-0 級線路接近鎖閉長度“不小于列車按設計速度運行時的緊急制動距離”。

上述問題可通過延長接近區(qū)段長度或者修改LKJ軟件2種方案解決，前者既增加工期也不經(jīng)濟，經(jīng)協(xié)商通過優(yōu)化LKJ軟件，按照緊急制動計算控車模式曲線，問題得到解決。

4 結束語

CTCS-0 級列控系統(tǒng)已在海外普速鐵路得到較為廣泛的應用，在“一帶一路”建設中發(fā)揮著保障鐵路安全高效運行的重要作用。隨著中國鐵路“走出去”戰(zhàn)略的逐步開展，我國列控系統(tǒng)自主化進程的穩(wěn)步推進，基于CTCS 體系的列控系統(tǒng)即將得到更大范圍應用，例如雅萬鐵路即將采用CTCS-3 級自主化列控系統(tǒng)，我國列控系統(tǒng)的海外市場也將產(chǎn)生更豐富的產(chǎn)品鏈。根據(jù)CTCS-0 級列控系統(tǒng)構成及動態(tài)驗收相關規(guī)范特點，提出應補充普速鐵路動態(tài)驗收規(guī)范的建議。參照高速鐵路動態(tài)檢測經(jīng)驗，研究探討CTCS-0 級列控系統(tǒng)測試方法，并結合現(xiàn)場測試實踐總結常見問題及典型案例，為今后海外普速鐵路的設計和試驗提供借鑒。