列控車(chē)載設(shè)備JRU電源電路優(yōu)化方案

李 梅

司法記錄單元（Judicial records module，JRU）用于記錄列車(chē)運(yùn)行中ATP 采集的原始信息和車(chē)載設(shè)備輸出的控制信息［1-2］，通過(guò)回放可以再現(xiàn)列車(chē)在運(yùn)行過(guò)程中車(chē)地之間交互的詳細(xì)信息［3］，為動(dòng)車(chē)組列車(chē)的故障處理和問(wèn)題追溯提供有力依據(jù)?！禖TCS-3 級(jí)列控車(chē)載設(shè)備技術(shù)條件》［4］（TB/T 3483—2017）5.2.6.2條規(guī)定 ：司法/數(shù)據(jù)記錄單元故障時(shí)不應(yīng)影響車(chē)載設(shè)備運(yùn)行。

2021年5月21日曾發(fā)生一起JRU故障，險(xiǎn)些造成D21事故，因應(yīng)急處置得當(dāng)，未影響動(dòng)車(chē)組及其他相關(guān)動(dòng)車(chē)組的正常運(yùn)行。本文對(duì)此次故障進(jìn)行深入分析并提出優(yōu)化建議。

1 問(wèn)題描述

2021 年5 月21 日16 時(shí)10 分，動(dòng)車(chē) 組CRH380 B-3603 車(chē)00 端在某站啟機(jī)時(shí)，ATP 設(shè)備報(bào)“JRU故障”和“制動(dòng)測(cè)試失敗”。司機(jī)嘗試閉合JRU 空開(kāi)但未能成功，換系重啟后故障未消除。16 時(shí)15分，電務(wù)應(yīng)急人員斷開(kāi)JRU 電源線，司機(jī)正常閉合JRU空開(kāi)，制動(dòng)測(cè)試通過(guò)，ATP設(shè)備恢復(fù)正常。

2 問(wèn)題分析

2.1 JRU電源測(cè)試

動(dòng)車(chē)組入庫(kù)后，對(duì)JRU 電源接口電路（見(jiàn)圖1）進(jìn)行測(cè)試，查找故障原因。

圖1 JRU電源接口電路示意

1）斷開(kāi)JRU 電源線PS43.1 和PS43.2，閉合JRU 空開(kāi)EXT，使用萬(wàn)用表測(cè)量EXT 的2、4端電壓為112.6 V，EXT 的1、3 端電壓為112.4 V；斷開(kāi)JRU 空開(kāi)EXT，測(cè)量PS43.1、PS43.2 端電壓為0 V，表明JRU空開(kāi)EXT閉合/斷開(kāi)狀態(tài)良好。

2）接通JRU 電源線，JRU 空開(kāi)EXT 無(wú)法閉合；使用萬(wàn)用表蜂鳴擋，測(cè)量JRU 單元電源接口JRU-X11-A3、JRU-X11-A1，萬(wàn)用表發(fā)出蜂鳴聲，表明JRU電源內(nèi)部正負(fù)極處于短接狀態(tài)。

經(jīng)分析，JRU 單元電源模塊存在短路，導(dǎo)致JRU 空開(kāi)無(wú)法閉合。該JRU 故障件返廠后確定為JRU內(nèi)部的POSUF電源組件存在短路故障。

2.2 數(shù)據(jù)和原理分析

CRH380B-3603 車(chē)00 端ATP 的AElog 記 錄如下。

1）16：08：52，ATP A 7D45I0D1 JRU lost connection（JRU連接丟失）；

2）16：10：24，ATP A 691DR000 Brake Test step 5 not success（制動(dòng)測(cè)試第5步失敗）；

3）16：10：24，ATP A 519DRC23 BI-H BT EBFR feedback error（緊急制動(dòng)反饋錯(cuò)誤）；

4）16：10：24，ATP A E19DRC01 Time 132234 BI-H EBFR feedback out of time（EBFB 反饋超時(shí)）。

ATP 啟機(jī)第5 步測(cè)試過(guò)程：冗余繼電器RB 輸出緊急制動(dòng)，使車(chē)輛緊急制動(dòng)反饋繼電器EBFB閉合，EBFB 繼電器閉合后使ATP 制動(dòng)采集繼電器BFB 閉合，ATP 輸出制動(dòng)測(cè)試成功。由于在相互驅(qū)動(dòng)采集過(guò)程中存在時(shí)間要求（對(duì)于CRH3系列車(chē)型，EBFB 反饋信號(hào)設(shè)定的超時(shí)時(shí)間為3.8 s［5］），ATP 在輸出制動(dòng)命令之后的3.8 s 內(nèi)，一直未收到EBFB 繼電器的反饋信號(hào)，對(duì)應(yīng)復(fù)示的ATP 側(cè)BFB 繼電器無(wú)法動(dòng)作，因此判定EBFB 反饋超時(shí)，導(dǎo)致ATP 制動(dòng)測(cè)試第5 步失敗，造成此次ATP 設(shè)備在始發(fā)站時(shí)無(wú)法正常啟機(jī)，DMI 顯示“制動(dòng)測(cè)試失敗”，ATP設(shè)備無(wú)法正常使用。

通常情況下，“緊急制動(dòng)反饋錯(cuò)誤”故障是由于BFB 繼電器故障或動(dòng)作不及時(shí)導(dǎo)致的。按照常理，應(yīng)該與JRU 設(shè)備沒(méi)有關(guān)系，BFB 繼電器動(dòng)作的整個(gè)過(guò)程并不檢查JRU 的設(shè)備狀態(tài)。但是由于本次故障只有JRU 設(shè)備發(fā)生異常，而ATP 其他設(shè)備均處于正常工作狀態(tài)，所以需要進(jìn)一步分析JRU 電源故障是否是導(dǎo)致此次BFB 繼電器未及時(shí)動(dòng)作的直接原因。為排除繼電器本身的硬件故障，車(chē)組入庫(kù)后對(duì)該BFB 繼電器進(jìn)行多次性能檢測(cè)，結(jié)果均正常。

從圖1 可以看出，JRU 單元與BFB 繼電器只在電源回路有聯(lián)系，所以初步懷疑可能是JRU 電源短路導(dǎo)致 BFB 繼電器不能正常工作。動(dòng)車(chē)組正常運(yùn)行時(shí)，JRU 空開(kāi)EXT 處于常閉狀態(tài)，向端子排TB1E-71 和TB1E-72 供電，JRU 單元通過(guò)端子排TB1E-71 和TB1E-72 獲取工作所需的電壓。TB1E-42通過(guò)ATP31線纜與TB1E-72短接，當(dāng)列車(chē)施加緊急制動(dòng)時(shí)，EBFB 繼電器閉合，TB1E-41端子得電，與TB1E-42 形成回路，驅(qū)動(dòng)ATP 制動(dòng)采集繼電器BFB動(dòng)作。

16 時(shí)10 分，ATP 進(jìn)入啟機(jī)狀態(tài)，執(zhí)行制動(dòng)測(cè)試第5 步，安全輸入輸出單元VDX1 控制RB 繼電器輸出緊急制動(dòng)［6］，EBFB 繼電器閉合；根據(jù)故障場(chǎng)景及圖1，JRU 單元電源模塊內(nèi)部發(fā)生短路，導(dǎo)致JRU-X11-A3（PS43.1）正電源線與JRU-X11-A1（PS43.2）負(fù)電源線短接，TB1E-71和TB1E-72 端子短路，EXT 空開(kāi)短路跳閘。此時(shí)TB1E-71和TB1E-72 端子處于無(wú)電狀態(tài)，BFB 繼電器因電路不通無(wú)法動(dòng)作，ATP 設(shè)備VDX2 與VDX1 采用交叉回采機(jī)制［7］，VDX2 無(wú)法回采來(lái)自VDX1輸出的緊急制動(dòng)反饋信息，判斷EBFB反饋信號(hào)錯(cuò)誤或者不及時(shí)，ATP 進(jìn)入宕機(jī)狀態(tài)，DMI 顯示制動(dòng)測(cè)試失敗。

通過(guò)JRU 電源接口電路分析，確認(rèn)JRU 電源短路故障是ATP 宕機(jī)的直接原因。JRU 單元因與BFB 繼電器電源回路關(guān)聯(lián)，在JRU 出現(xiàn)電源短路故障時(shí)，BFB 繼電器電源電路被切斷，從而造成BFB 繼電器未及時(shí)動(dòng)作。JRU 電源與繼電器工作電源的共用存在安全隱患，JRU 電源短路會(huì)影響動(dòng)車(chē)組正常運(yùn)行。

2.3 特殊場(chǎng)景分析

對(duì)2021 年5 月21 日CRH380B-3603 車(chē)00 端 的全天運(yùn)行交路數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)JRU 電源短路故障已在前一交路01 端運(yùn)行途中出現(xiàn)。由于JRU開(kāi)關(guān)是單獨(dú)集成在司機(jī)室左側(cè)開(kāi)關(guān)機(jī)柜里，與司機(jī)室右側(cè)機(jī)柜的ATP 電源開(kāi)關(guān)沒(méi)有直接關(guān)系。動(dòng)車(chē)組兩端的JRU 開(kāi)關(guān)一直處于閉合狀態(tài)，而ATP 開(kāi)關(guān)則只在運(yùn)用端時(shí)單獨(dú)上電（ATP 設(shè)備兩端不能同時(shí)有電）。當(dāng)?shù)? 次發(fā)現(xiàn)00 端JRU 跳閘時(shí)，00 端ATP 并未使用，01 端的JRU 開(kāi)關(guān)閉合狀態(tài)正常，ATP設(shè)備正常，所以對(duì)01端正常行車(chē)并無(wú)影響。

為全面分析JRU 電源與BFB 繼電器工作電源共用的安全風(fēng)險(xiǎn)，還需要確認(rèn)在JRU 電源短路故障情況下，如果運(yùn)行途中ATP輸出緊急制動(dòng)命令，是否會(huì)導(dǎo)致動(dòng)車(chē)組無(wú)法緩解制動(dòng)，從而造成動(dòng)車(chē)組無(wú)法救援與人工駕駛等。

車(chē)輛緊急制動(dòng)回路見(jiàn)圖2，串接在車(chē)輛制動(dòng)回路中的車(chē)輛監(jiān)測(cè)器44-A01用于檢測(cè)ATP狀態(tài)。當(dāng)ATP 正常啟機(jī)后，44-A01 閉合，ATP“隔離/運(yùn)行”開(kāi)關(guān)處于運(yùn)行狀態(tài)K38-1/K37-1，車(chē)輛制動(dòng)繼電器43-K33/K34 吸起得電，使ATP 輸出的緊急制動(dòng)回路正常工作。

圖2 車(chē)輛緊急制動(dòng)回路

JRU 一旦發(fā)生短路故障，當(dāng)ATP 輸出緊急制動(dòng)命令時(shí)，必然造成ATP 宕機(jī)，44-A01 監(jiān)測(cè)到ATP 處于宕機(jī)狀態(tài)后斷開(kāi)，車(chē)輛制動(dòng)繼電器43-K33/K34 失電，緊急制動(dòng)無(wú)法緩解，此種場(chǎng)景必然導(dǎo)致列車(chē)無(wú)法移動(dòng)，也無(wú)法救援。此時(shí)可將ATP“隔離/運(yùn)行”開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換至隔離狀態(tài)K38-2/K37-2，車(chē)輛備用電源使車(chē)輛制動(dòng)繼電器43-K33/K34得電，緊急制動(dòng)緩解。

綜上所述，如果JRU 出現(xiàn)短路故障，且在運(yùn)行途中ATP 一旦輸出緊急制動(dòng)命令，可將ATP 隔離開(kāi)關(guān)打到隔離位，來(lái)緩解ATP 輸出的緊急制動(dòng)命令，不會(huì)影響救援，所以JRU 電源短路故障的安全風(fēng)險(xiǎn)總體可控。

3 優(yōu)化方案

目前除加強(qiáng)對(duì)JRU 設(shè)備狀態(tài)的實(shí)時(shí)盯控外［8］（如果在DMS 中出現(xiàn)JRU 工作燈不亮的異常信息，需立即安排應(yīng)急人員上車(chē)處置），還需對(duì)JRU 的電源回路進(jìn)行優(yōu)化，以消除JRU 電源短路故障對(duì)行車(chē)的影響。

3.1 JRU電源回路優(yōu)化（方案一）

JRU 電源回路優(yōu)化方案見(jiàn)圖3，在車(chē)輛蓄電池處直接連接JRU 空開(kāi)，斷開(kāi)原端子排TB1E-71.3和TB1E-72.3供電線路，將線纜PS43.1 和PS43.2轉(zhuǎn)接至TB3E端子排“加1”“加2”中，并在“加1”“加2”線路中加裝屏蔽線圈G，實(shí)現(xiàn)車(chē)輛電源直接向JRU 電源模塊供電。新加的端子排只用來(lái)給JRU 供電，只要車(chē)輛的供電正常，JRU就能正常工作。

圖3 JRU電源回路優(yōu)化方案

該方案需增加外部設(shè)備，對(duì)現(xiàn)有的端子排與空氣開(kāi)關(guān)裝置進(jìn)行硬件改造，以便于后期維修，問(wèn)題解決比較徹底。但ATP 機(jī)柜內(nèi)TB3E 端子排沒(méi)有多余閑置孔［9］，增加“加1”“加2”比較困難，須變更設(shè)計(jì)圖紙，重新布局整個(gè)端子排，涉及車(chē)輛、電務(wù)等多個(gè)部門(mén)，人力、物力投資較大，且機(jī)柜內(nèi)空間受限，設(shè)計(jì)和實(shí)施均十分困難，同時(shí)改造只能結(jié)合動(dòng)車(chē)組高級(jí)修進(jìn)行，改造周期長(zhǎng)，盯控難度大，造成JRU電源隱患問(wèn)題長(zhǎng)期存在。

3.2 JRU內(nèi)部回路優(yōu)化（方案二）

JRU內(nèi)部加裝空開(kāi)優(yōu)化方案見(jiàn)圖4，不改變?cè)瓉?lái)電路，在JRU模塊的補(bǔ)空板開(kāi)孔加裝雙斷空氣開(kāi)關(guān)QF，雙斷開(kāi)關(guān)同時(shí)作用于零線和火線［10］。當(dāng)JRU設(shè)備內(nèi)部出現(xiàn)電源短路故障時(shí)，該空開(kāi)跳起，完全切斷JRU單元與ATP設(shè)備電源的聯(lián)系，由于是與電源完全斷開(kāi)，ATP設(shè)備電源不會(huì)有接地短路點(diǎn)，從而不會(huì)對(duì)ATP設(shè)備的啟機(jī)及制動(dòng)構(gòu)成任何影響。

該方案需要將現(xiàn)有的JRU 設(shè)備替換下道并返廠重新加工改造，需要一定的人力、物力成本投入。但具有如下優(yōu)點(diǎn)：①當(dāng)JRU 發(fā)生嚴(yán)重的過(guò)載、短路或欠壓等故障時(shí)，能自動(dòng)切斷電路，其功能相當(dāng)于熔斷式開(kāi)關(guān)與欠壓熱繼電器等的組合，在分?jǐn)喙收想娏骱笠话悴恍枰鼡Q零部件；②雙斷空氣開(kāi)關(guān)安裝在JRU 外殼的面板上，便于JRU 故障維護(hù)，平時(shí)加裝防碰罩，能有效避免誤碰及人為頻繁關(guān)斷造成的設(shè)備磨損，當(dāng)發(fā)生突發(fā)情況時(shí)，應(yīng)急人員可以及時(shí)對(duì)雙斷空氣開(kāi)關(guān)進(jìn)行干預(yù)，最大限度地保證設(shè)備和人員安全；③空氣開(kāi)關(guān)的加裝易實(shí)現(xiàn)，只需對(duì)火線PS43.1 和零線PS43.2 加裝空氣開(kāi)關(guān)即可，對(duì)現(xiàn)有的整個(gè)ATP 機(jī)柜以及電務(wù)車(chē)輛結(jié)合部的改造沒(méi)有影響，不需要改造任何外部空氣開(kāi)關(guān)與線路，后期可通過(guò)JRU 面板上的空氣開(kāi)關(guān)狀態(tài)及時(shí)發(fā)現(xiàn)并排除故障。

ATP 廠家正在與車(chē)輛部門(mén)共同研究?jī)?yōu)化方案，目前傾向于選擇方案二，現(xiàn)已完成JRU 樣品加工，計(jì)劃在全路范圍內(nèi)組織實(shí)施。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)JRU 電源組件故障進(jìn)行原因分析，發(fā)現(xiàn)列控車(chē)載設(shè)備在特定情況下的安全隱患，該問(wèn)題需要高度重視，必要時(shí)安排電務(wù)人員上車(chē)應(yīng)急處置。電務(wù)維護(hù)部門(mén)圍繞出現(xiàn)的問(wèn)題要主動(dòng)思考分析，加大設(shè)備源頭與廠家的共同研究，解決列控設(shè)備存在的隱患問(wèn)題，最大程度地減少列控設(shè)備異常對(duì)運(yùn)輸造成的影響。