CTCS2-200K型列控車載設備掉碼原因分析

黃春生，張愿寧

CTCS2-200K型列控車載設備（簡稱“200K車載設備”）是根據國鐵集團《CTCS-2級列控車載設備暫行技術規(guī)范》（鐵總運〔2014〕29號）［1］，基于三取二安全冗余平臺開發(fā)的，主要包括ATP單元、接口組匣+隔離開關、人機交互界面（DMI）、數據記錄單元、軌道電路接收器（TCR）、應答器接收器（BTM）、TCR天線、BTM天線、雷達和速度傳感器等［2］。其中，TCR將接收到的模擬信號經模數轉換后解碼、編譯成數字信號傳遞至ATP單元，參與控車曲線的計算，達到控制列車運行的目的［3］。在現場列車運營過程中，200K車載設備在同一地點出現了多次掉碼，給運輸秩序帶來較大影響。本文通過分析掉碼原因，給出解決方案并進行驗證。

1 問題描述

2021年7月3日13：47，大西高鐵C9338次列車（裝備200K車載設備）運行至大荔站3G停車時，DMI顯示接收軌道電路信息異常，ATP輸出B7級制動停車，13：48按目視模式對標，13：49停穩(wěn)。

按照《西安局集團公司電務部關于進行CTCS2-200K型列控車載設備兼容性試驗的通知》（西電電〔2021〕11號）電報要求［4］，6月4日該車擔當的55512次試驗車進行兼容性試驗，查詢試驗記錄，該車進入大荔站3G時運行正常，未發(fā)生故障或異常。利用信號集中監(jiān)測和DMS（動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)）運行交路回放數據，該車7月3日擔當的C9336次進入大荔站3G時運行正常。

2 原因分析

當出現軌道電路信息異常問題后，一般先根據動車組運行交路，檢查地面發(fā)碼設備是否正常，重點排查地面設備電氣特性是否滿足動車組運行要求［5］；然后排查車載接收天線及譯碼設備是否正常，車載ATP能否正常接收軌道電路發(fā)送的信息；最后排查是否是特殊運營場景［6］。

大荔站信號設備平面布置見圖1。圖1中，S-X3進路上的區(qū)段信息為：2DG，127 m/2 000 Hz；4DG，152 m/2 300 Hz；8DG，152 m/1 700 Hz；10DG，91 m/2 300 Hz。股道3G的信息為：3G2，155 m/1 700 Hz；3G1，489 m/2 300 Hz。

圖1 大荔站信號設備平面布置

經“天窗”時間排查該動車組運行徑路各區(qū)段，機車信號入口電流正常，載頻、低頻信息與設計圖紙一致，符合接車進路軌道電路發(fā)碼邏輯；動車組入庫后，對車載設備進行循環(huán)發(fā)碼試驗，車載設備顯示碼型與地面發(fā)碼一致；測量TCR天線距軌面高度在（150±5）mm正常范圍內（含保護套）［7］。

2.1 兼容性試驗數據分析

分析2021年6月4日55512次車載數據，S進站應答器組（075-5-46-012）距S進站信號機40 m［8］，［CTCS-1］信息包中預告的無碼區(qū)段長度為522 m（2DG+4DG+8DG+10DG）。在車速為69 km/h的情況下，200K車載設備在距進站應答器組493 m處，收到8DG的1 700 Hz載頻的低頻信息27.9 Hz（見圖2），此時距離200K車載設備接收3G2的前窗起始點（S進站應答器距無碼區(qū)段末端為562 m，按走行偏差為5%計算，開窗大小為40+562×5%=68.1 m，因此前窗起始點為562-68.1=493.9 m處）僅0.9 m（只有在3G2的前窗起始點范圍內收到1 700 Hz載頻，才能判斷進入3G2）。由于車載數據記錄1 700 Hz的載頻只持續(xù)了1個車載運算周期（車載運算周期包含主控板運算周期0.33 s和通信板運算周期0.1 s，一個車載運算周期內列車的走行距離=69 km/h×（0.33 s+0.1 s）≈8 m），在下一車載運算周期收到2 300 Hz載頻的27.9 Hz，此時距進站應答器組501 m，列車位于10DG，與3G2的載頻不一致，不認為進入到3G2區(qū)段，直至收到3G2的1 700 Hz載頻，判斷進入3G2，符合ATP處理邏輯，運行正常。

圖2 2021年6月4日兼容性試驗數據分析截圖

2.2 C9336次運行數據分析

分析2021年7月3日C9336次相同進站場景數據，11：36：55，在車速為74 km/h的情況下，在3G2的前窗起始點內未解析出8DG的1 700 Hz載頻的27.9 Hz，在504 m（10DG）處收到2 300 Hz載頻的27.9 Hz（見圖3），與3G2的載頻不一致，不認為進入到3G2區(qū)段。直至收到3G2的1 700 Hz的載頻，判斷進入3G2，列車運行正常。

圖3 2021年7月3日C9336次運行數據分析截圖

2.3 C9338次故障數據分析

分析7月3日C9338次數據，13：47：10，在車速為73 km/h的情況下，車載設備在距進站應答器組490 m處開始收到8DG的1700 Hz載頻的27.9 Hz低頻，在504 m處仍然收到8DG的1700 Hz載頻的27.9 Hz低頻（見圖4），此時已進入3G2前窗起始點內（3G2前窗起始點為493.9 m處），與［CTCS-1］信息包預告的3G2的載頻一致，錯誤判斷列車已進入3G2；繼續(xù)運行至513 m時，接收的載頻變?yōu)? 300 Hz（10DG），與3G2的載頻不一致，故ATP報軌道電路信息異常，輸出最大常用制動，轉入部分監(jiān)控模式（PS）［9］。

圖4 7月3日C9338次故障數據分析

2.4 分析結論

200K車載設備上、下行載頻切換的邏輯為：完全監(jiān)控模式（FS）下，車載判斷下一個軌道區(qū)段有上、下行載頻變化時，在車頭至本軌道區(qū)段末端距離小于配置參數100 m時，ATP開始向TCR發(fā)送上、下行載頻切換命令。由于岔區(qū)由4段軌道電路組成，10DG長度為91 m，與載頻切換點僅差9 m，且其兩端的軌道電路8DG和3G2載頻均為1 700 Hz，因此在當前運行區(qū)段末端提前進行下一區(qū)段載頻信息的核查，車速不同時，受車載運算周期、TCR主控板運算周期、譯碼時間內走行距離等的影響，會出現車載設備已完成載頻切換，但列車依舊運行在本區(qū)段且接收到的載頻與切換后區(qū)段載頻一致，導致后續(xù)運行出現載頻與期望值不一致而輸出最大常用制動的情況。

該運營場景中，列車從上行線轉線至下行線3G停車，200K車載設備按照S進站應答器組中［CTCS-1］信息包控制TCR主機進行上、下行載頻切換［10］。列車在越過S進站應答器組約462 m處（8DG區(qū)段內），ATP向TCR發(fā)送切換到下行載頻的指令。考慮到車載運算周期偏差、譯碼時間內的走行距離、地面軌道電路信號接收時間等因素［11］，車載設備根據列車當前位置和運行狀態(tài)不一定能在3G2前窗起始點內解析出8DG載頻，若車速較快（如74 km/h），在3G2的前窗起始點內未解析出8DG載頻，則不影響列車運行；若車速較慢（如69 km/h），雖然在接近3G2前窗起始點位置解析出了8DG載頻，但僅持續(xù)了1個車載運算周期，前窗起始點內未再解析出8DG載頻信息［12］，也不影響列車運行；但車速在臨界點，如故障案例中的73 km/h時，由于在3G2前窗起始點內解析出了8DG載頻，則會判斷載頻錯誤。

3 試驗驗證

為解決該問題，車載設備廠家修改了ATP向TCR發(fā)送上下行載頻切換命令的時機，將載頻切換命令發(fā)送時機由車頭距本軌道區(qū)段末端距離小于100 m修改為小于50 m［13］。2021年8月1日對200K車載設備配置文件進行現場升級，由于不同車速會影響到8DG載頻能否解析出來，因此現場試驗時設計了不同速度進站的場景進行驗證［14］，測試結果見表1。

表1 列車不同速度進站測試結果

由表1可知，載頻切換命令配置參數修改后，TCR未再解析到8DG的1 700 Hz載頻，列車以不同速度進站的情況下，200K車載設備均在3G2前窗起始點內收到了10DG的2 300 Hz載頻?，F場試驗結果符合車載配置參數修改的預期［15-17］。

4 相關思考

通過對本次故障的分析處置，有以下幾個方面的思考。

1）加強對動車組異常信息的追蹤分析，特別是車載、地面設備均正常，但故障原因不明的情況。為徹底查明掉碼原因，需要聯合信號專業(yè)地面及中心人員，結合車載數據、DMS數據、信號集中監(jiān)測數據、列控中心維護終端數據、CTC數據，以及ZPW-2000R軌道電路維護終端數據等進行聯合分析，最終解決問題。

2）深入研究新型列控車載設備的控車原理及系統(tǒng)配置，掌握與其他車型不同的軟件處理邏輯，在新型列控車載設備運用初期，站段維護人員需主動與設備廠家技術人員進行深入交流和技術交底，積累車載設備結構、參數配置、算法選擇等方面的知識，便于發(fā)現問題后深入查找原因，根據維護經驗查找設計缺陷，真正實現源頭的質量控制。