過分相兩次斷主斷問題研究

郜新軍，汪 洋，周永健，霍黎明

（中國鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司，北京 100081）

信號系統(tǒng)聯(lián)調(diào)聯(lián)試是高速鐵路聯(lián)調(diào)聯(lián)試的重要組成部分，其中自動過分相功能屬于重要測試內(nèi)容。高速鐵路接觸網(wǎng)采用分段供電，各區(qū)段之間通過空間分割，該段無電區(qū)稱為分相區(qū)[1]。

相關(guān)學(xué)者對列車過分相存在問題進(jìn)行研究。劉泊濤等[2]提出在聯(lián)絡(luò)線設(shè)置分相關(guān)節(jié)或?qū)Ψ窒嚓P(guān)節(jié)改造時，必須統(tǒng)籌考慮鄰近分相關(guān)節(jié)間距，避免動車組磁鋼自動過分相失敗。姜明華[3]針對裝載300S列控車載設(shè)備動車組在高鐵樞紐結(jié)合部運(yùn)行時發(fā)生的過分相問題進(jìn)行研究，提出修改車載列車超速防護(hù)（Automatic Train Protection，ATP）設(shè)備邏輯解決問題。張澤等[4]分析動車組磁鋼自動過分相原理并對現(xiàn)場過分相故障進(jìn)行分析，提出整改措施。陳曦等[5]從列控車載設(shè)備和動車組兩方面對現(xiàn)場發(fā)生的帶電過分相問題進(jìn)行分析，提出設(shè)計(jì)優(yōu)化建議以避免同類問題發(fā)生。上述研究一定程度上降低了現(xiàn)場過分相問題發(fā)生頻率，但是缺少從源頭層面研究解決過分相失敗問題，源頭理論的研究對解決現(xiàn)場過分相問題有著至關(guān)重要的意義。本文以此前從未發(fā)生的某線聯(lián)調(diào)聯(lián)試期間動車組過分相時兩次斷主斷新問題為研究對象，結(jié)合不同車載ATP處理邏輯，綜合分析過分相問題產(chǎn)生的原因，提出整改措施，并建議從行業(yè)規(guī)范制定以及設(shè)計(jì)階段等源頭進(jìn)行預(yù)防，避免現(xiàn)場過分相失敗問題。

1 兩次斷主斷問題現(xiàn)象

某高鐵線信號系統(tǒng)聯(lián)調(diào)聯(lián)試過程中，進(jìn)行跨線列車互聯(lián)互通測試時，采用CTCS-3級車載設(shè)備跨線動車組進(jìn)行互聯(lián)互通測試，采用列車CRH2-094C，車載設(shè)備是國產(chǎn)化CTCS3-300S車載ATP。

問題發(fā)生在測試序列D55114次，試驗(yàn)動車組在經(jīng)過K1066分相時，正常斷開主斷，經(jīng)過分相后正常閉合主斷，繼續(xù)運(yùn)行至K1067附近時，主斷第二次斷開，無法自動閉合，需要手動閉合。

2 兩次斷主斷問題分析

車載設(shè)備廠家根據(jù)車載司法記錄單元（Judicial Record Units，JRU）記錄對問題進(jìn)行分析，如圖1所示。列車出站后經(jīng)過應(yīng)答器030-1-17-2-2，該應(yīng)答器中[ETCS-68]包表明前方4 980 m之后存在一個長度為90 m的分相區(qū)。此外，數(shù)據(jù)回放顯示車載過分相指令已激活，且輸出了屏蔽磁鋼過分相命令。

圖1 JRU接收的應(yīng)答器信息Fig.1 Balise information received by JRU

數(shù)據(jù)顯示列車在運(yùn)行至公里標(biāo)約K1066+942處（進(jìn)入分相區(qū)前3 s），車載輸出至車輛斷開真空斷路器（Vacuum Circuit Breaker，VCB）指令；列車運(yùn)行至公里標(biāo)約K1066+768處（越過分相區(qū)終點(diǎn)130 m），車載輸出至車輛閉合VCB指令；列車運(yùn)行至公里標(biāo)K1066+300處（越過分相區(qū)終點(diǎn)600 m），車載取消過分相激活指令，不再屏蔽磁鋼過分相。該過程符合規(guī)范《CTCS-3級列控車載設(shè)備技術(shù)規(guī)范（暫行）》（鐵運(yùn)[2012] 211號文）5.13.2.3節(jié)[6]中過分相描述，不存在問題。

測試人員進(jìn)一步懷疑地面分相數(shù)據(jù)配置錯誤，導(dǎo)致該情況發(fā)生。故進(jìn)一步對地面列控?cái)?shù)據(jù)設(shè)計(jì)文件進(jìn)行核對，發(fā)現(xiàn)施工符合設(shè)計(jì)且列控?cái)?shù)據(jù)方面無問題。從信號系統(tǒng)聯(lián)調(diào)聯(lián)試的角度出發(fā)，該故障非車載設(shè)備原因，地面數(shù)據(jù)也無問題，可直接交予車輛廠家或供電專業(yè)進(jìn)行核查。但對于其他車載設(shè)備無故障，300S和300H車載設(shè)備經(jīng)過必出該故障的情況，測試人員沒有簡單將問題上報(bào)，而是進(jìn)一步進(jìn)行分析。

自動過分相存在3種方式：1）磁鋼過分相；2）ATP自動過分相；3）手動過分相。其中，第一種方式磁鋼過分相的原理是車輛通過磁鋼感應(yīng)器感應(yīng)安裝在鋼軌上的磁鋼，斷開/閉合主斷路器。根據(jù)《車載控制自動過分相系統(tǒng)技術(shù)條件》（TB/T 3197-2008）[7]，鋼軌地面磁鋼布置如圖2所示。

圖2中G1點(diǎn)為預(yù)告點(diǎn)，列車運(yùn)行至該位置后接收到地面發(fā)送的預(yù)告地面定位信號，即進(jìn)入預(yù)告模式?？刂蒲b置將控制電機(jī)電流平穩(wěn)下降至0，發(fā)出斷主斷信號給控制電路，后者控制機(jī)車斷主斷；G2點(diǎn)為強(qiáng)迫斷點(diǎn)，列車運(yùn)行至該位置后接收到地面發(fā)送的強(qiáng)迫斷信號，即進(jìn)入強(qiáng)迫斷模式。控制裝置向微機(jī)柜發(fā)出過分相強(qiáng)迫斷信號，微機(jī)柜立即封鎖牽引電機(jī)電流，發(fā)出斷主斷信號給控制電路控制機(jī)車斷主斷。若已按預(yù)告模式處理完畢，則忽略該信號；G3和G4均為恢復(fù)點(diǎn)[8]，列車運(yùn)行至該位置后接收到地面發(fā)送的恢復(fù)信號，即進(jìn)入恢復(fù)模式?？刂蒲b置將發(fā)出合主斷指令，并控制輔機(jī)系統(tǒng)重啟和恢復(fù)牽引電機(jī)電流。

圖2 自動過分相地面磁鋼布置Fig.2 Layout of ground magnetic steel of automatic passing neutral section

第二種方式ATP自動過分相原理是依據(jù)《CTCS-3級列控車載設(shè)備技術(shù)規(guī)范（暫行）》（鐵運(yùn)[2012] 211號文）5.13.2.3，具體如下：“5.13.2.3 CTCS-2主控單元控制過分相選擇信號輸出應(yīng)遵循以下原則：

1）當(dāng)從應(yīng)答器接收到分相區(qū)預(yù)告信息后，應(yīng)立即輸出GFX禁止信號；

2）當(dāng)車頭越過分相區(qū)終點(diǎn)600 m后應(yīng)停止輸出GFX禁止信號。”

GFX信號用于屏蔽磁鋼過分相功能，該信號有效時，磁鋼過分相功能無效；該信號取消時，磁鋼過分相功能有效。

對比上述兩種自動過分相原理可以得出，在C3車載后備模式C2控車時，自動過分相的流程：車載接收應(yīng)答器分相預(yù)告信息后，立刻輸出了過分相（GFX）信號，此時磁鋼過分相功能失效。列車根據(jù)應(yīng)答器報(bào)文計(jì)算分相起點(diǎn)和終點(diǎn)位置后，輸出分相斷合指令，并在車頭越過分相區(qū)終點(diǎn)600 m后停止GFX信號的輸出，磁鋼過分相功能恢復(fù)正常。

根據(jù)前文提到的磁鋼位置，結(jié)合磁鋼感應(yīng)器位置，考慮最不利情況，即使用后弓的16列動車組。參考動車組受電弓位置，1型車受電弓位置為（2、7），5型車受電弓位置為（3、6），2型車受電弓位置為（4、6和4、13），3型車受電弓位置（2、7和2、7、10、15）。

最不利情況，按照使用后弓的16列動車組（380BL）計(jì)算，后弓距離車頭位置大約為370 m，列車車頭距離分相600 m，則受電弓距離分相為230 m。受電弓距離最外側(cè)磁鋼為25 m（230-170-35=25 m）。即剛好可以屏蔽最后一個可能起作用的磁鋼。按照以上數(shù)據(jù)分析，300S和300H不應(yīng)存在問題。

但磁鋼位置在2012年發(fā)生了調(diào)整，依據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定[9]，當(dāng)實(shí)際運(yùn)營線路是時速250 km及以上高速鐵路，地面磁感應(yīng)器的設(shè)置位置調(diào)整a值為360 m，b值為140 m。即a+b=500 m。

按照規(guī)范中磁鋼位置，如圖3所示可知列車車頭越過分相區(qū)終點(diǎn)600 m取消GFX信號時，列車車頭距離最外側(cè)磁鋼僅100 m。而此時最外側(cè)磁鋼的功能對于動車組為強(qiáng)斷主斷磁鋼。經(jīng)與各車載廠家初步溝通，除300S和300H外其他廠家ATP均對600 m延長了一定距離，如100 m左右，只有300H車載完全按照600 m執(zhí)行。因此導(dǎo)致300S和300H車載測試時，多次發(fā)生兩次斷主斷問題。

圖3 地面磁感應(yīng)器調(diào)整前、后對比Fig.3 Comparison of ground magnetic sensor before and after adjustment

3 思考

該問題涉及內(nèi)容不僅限于信號聯(lián)調(diào)聯(lián)試，還涉及供電方面相關(guān)規(guī)范，對當(dāng)前信號系統(tǒng)聯(lián)調(diào)聯(lián)試有重要指導(dǎo)意義。

首先，該問題要求測試人員不能局限于了解本專業(yè)內(nèi)容，還需了解與信號專業(yè)接口相關(guān)知識，需要從系統(tǒng)層面分析問題。這種理念正是聯(lián)調(diào)聯(lián)試本身應(yīng)具備的。

其次，該問題發(fā)現(xiàn)是在跨線列車互聯(lián)互通測試階段。如果沒有進(jìn)行該項(xiàng)測試，該問題將會被遺漏。充分說明互聯(lián)互通的重要性和必要性，尤其對于不同的車載設(shè)備廠家與地面設(shè)備廠家。

最后，該問題的根本原因是供電專業(yè)規(guī)范調(diào)整，信號專業(yè)規(guī)范未做相應(yīng)調(diào)整。目前高鐵飛速發(fā)展，系統(tǒng)也越來越復(fù)雜，結(jié)合部問題越來越多，要求行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制定過程中必須從系統(tǒng)層面考慮，包括既有標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)整，是否影響相關(guān)專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。