過分相兩次斷主斷問題研究

郜新軍，汪 洋，周永健，霍黎明

（中國鐵道科學研究院集團有限公司，北京 100081）

信號系統聯調聯試是高速鐵路聯調聯試的重要組成部分，其中自動過分相功能屬于重要測試內容。高速鐵路接觸網采用分段供電，各區段之間通過空間分割，該段無電區稱為分相區[1]。

相關學者對列車過分相存在問題進行研究。劉泊濤等[2]提出在聯絡線設置分相關節或對分相關節改造時，必須統籌考慮鄰近分相關節間距，避免動車組磁鋼自動過分相失敗。姜明華[3]針對裝載300S列控車載設備動車組在高鐵樞紐結合部運行時發生的過分相問題進行研究，提出修改車載列車超速防護（Automatic Train Protection，ATP）設備邏輯解決問題。張澤等[4]分析動車組磁鋼自動過分相原理并對現場過分相故障進行分析，提出整改措施。陳曦等[5]從列控車載設備和動車組兩方面對現場發生的帶電過分相問題進行分析，提出設計優化建議以避免同類問題發生。上述研究一定程度上降低了現場過分相問題發生頻率，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場過分相問題有著至關重要的意義。本文以此前從未發生的某線聯調聯試期間動車組過分相時兩次斷主斷新問題為研究對象，結合不同車載ATP處理邏輯，綜合分析過分相問題產生的原因，提出整改措施，并建議從行業規范制定以及設計階段等源頭進行預防，避免現場過分相失敗問題。

1 兩次斷主斷問題現象

某高鐵線信號系統聯調聯試過程中，進行跨線列車互聯互通測試時，采用CTCS-3級車載設備跨線動車組進行互聯互通測試，采用列車CRH2-094C，車載設備是國產化CTCS3-300S車載ATP。

問題發生在測試序列D55114次，試驗動車組在經過K1066分相時，正常斷開主斷，經過分相后正常閉合主斷，繼續運行至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

車載設備廠家根據車載司法記錄單元（Judicial Record Units，JRU）記錄對問題進行分析，如圖1所示。列車出站后經過應答器030-1-17-2-2，該應答器中[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。此外，數據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接收的應答器信息Fig.1 Balise information received by JRU

數據顯示列車在運行至公里標約K1066+942處（進入分相區前3 s），車載輸出至車輛斷開真空斷路器（Vacuum Circuit Breaker，VCB）指令；列車運行至公里標約K1066+768處（越過分相區終點130 m），車載輸出至車輛閉合VCB指令；列車運行至公里標K1066+300處（越過分相區終點600 m），車載取消過分相激活指令，不再屏蔽磁鋼過分相。該過程符合規范《CTCS-3級列控車載設備技術規范（暫行）》（鐵運[2012] 211號文）5.13.2.3節[6]中過分相描述，不存在問題。

測試人員進一步懷疑地面分相數據配置錯誤，導致該情況發生。故進一步對地面列控數據設計文件進行核對，發現施工符合設計且列控數據方面無問題。從信號系統聯調聯試的角度出發，該故障非車載設備原因，地面數據也無問題，可直接交予車輛廠家或供電專業進行核查。但對于其他車載設備無故障，300S和300H車載設備經過必出該故障的情況，測試人員沒有簡單將問題上報，而是進一步進行分析。

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器感應安裝在鋼軌上的磁鋼，斷開/閉合主斷路器。根據《車載控制自動過分相系統技術條件》（TB/T 3197-2008）[7]，鋼軌地面磁鋼布置如圖2所示。

圖2中G1點為預告點，列車運行至該位置后接收到地面發送的預告地面定位信號，即進入預告模式。控制裝置將控制電機電流平穩下降至0，發出斷主斷信號給控制電路，后者控制機車斷主斷；G2點為強迫斷點，列車運行至該位置后接收到地面發送的強迫斷信號，即進入強迫斷模式。控制裝置向微機柜發出過分相強迫斷信號，微機柜立即封鎖牽引電機電流，發出斷主斷信號給控制電路控制機車斷主斷。若已按預告模式處理完畢，則忽略該信號；G3和G4均為恢復點[8]，列車運行至該位置后接收到地面發送的恢復信號，即進入恢復模式。控制裝置將發出合主斷指令，并控制輔機系統重啟和恢復牽引電機電流。

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《CTCS-3級列控車載設備技術規范（暫行）》（鐵運[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遵循以下原則：

1）當從應答器接收到分相區預告信息后，應立即輸出GFX禁止信號；

2）當車頭越過分相區終點600 m后應停止輸出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：車載接收應答器分相預告信息后，立刻輸出了過分相（GFX）信號，此時磁鋼過分相功能失效。列車根據應答器報文計算分相起點和終點位置后，輸出分相斷合指令，并在車頭越過分相區終點600 m后停止GFX信號的輸出，磁鋼過分相功能恢復正常。

根據前文提到的磁鋼位置，結合磁鋼感應器位置，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。按照以上數據分析，300S和300H不應存在問題。

但磁鋼位置在2012年發生了調整，依據相關標準規定[9]，當實際運營線路是時速250 km及以上高速鐵路，地面磁感應器的設置位置調整a值為360 m，b值為140 m。即a+b=500 m。

按照規范中磁鋼位置，如圖3所示可知列車車頭越過分相區終點600 m取消GFX信號時，列車車頭距離最外側磁鋼僅100 m。而此時最外側磁鋼的功能對于動車組為強斷主斷磁鋼。經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執行。因此導致300S和300H車載測試時，多次發生兩次斷主斷問題。

圖3 地面磁感應器調整前、后對比Fig.3 Comparison of ground magnetic sensor before and after adjustment

3 思考

該問題涉及內容不僅限于信號聯調聯試，還涉及供電方面相關規范，對當前信號系統聯調聯試有重要指導意義。

首先，該問題要求測試人員不能局限于了解本專業內容，還需了解與信號專業接口相關知識，需要從系統層面分析問題。這種理念正是聯調聯試本身應具備的。

其次，該問題發現是在跨線列車互聯互通測試階段。如果沒有進行該項測試，該問題將會被遺漏。充分說明互聯互通的重要性和必要性，尤其對于不同的車載設備廠家與地面設備廠家。

最后，該問題的根本原因是供電專業規范調整，信號專業規范未做相應調整。目前高鐵飛速發展，系統也越來越復雜，結合部問題越來越多，要求行業標準制定過程中必須從系統層面考慮，包括既有標準的調整，是否影響相關專業標準。