列控車載設備JRU電源電路優(yōu)化方案

李 梅

司法記錄單元（Judicial records module，JRU）用于記錄列車運行中ATP 采集的原始信息和車載設備輸出的控制信息［1-2］，通過回放可以再現(xiàn)列車在運行過程中車地之間交互的詳細信息［3］，為動車組列車的故障處理和問題追溯提供有力依據(jù)。《CTCS-3 級列控車載設備技術條件》［4］（TB/T 3483—2017）5.2.6.2條規(guī)定 ：司法/數(shù)據(jù)記錄單元故障時不應影響車載設備運行。

2021年5月21日曾發(fā)生一起JRU故障，險些造成D21事故，因應急處置得當，未影響動車組及其他相關動車組的正常運行。本文對此次故障進行深入分析并提出優(yōu)化建議。

1 問題描述

2021 年5 月21 日16 時10 分，動車 組CRH380 B-3603 車00 端在某站啟機時，ATP 設備報“JRU故障”和“制動測試失敗”。司機嘗試閉合JRU 空開但未能成功，換系重啟后故障未消除。16 時15分，電務應急人員斷開JRU 電源線，司機正常閉合JRU空開，制動測試通過，ATP設備恢復正常。

2 問題分析

2.1 JRU電源測試

動車組入庫后，對JRU 電源接口電路（見圖1）進行測試，查找故障原因。

圖1 JRU電源接口電路示意

1）斷開JRU 電源線PS43.1 和PS43.2，閉合JRU 空開EXT，使用萬用表測量EXT 的2、4端電壓為112.6 V，EXT 的1、3 端電壓為112.4 V；斷開JRU 空開EXT，測量PS43.1、PS43.2 端電壓為0 V，表明JRU空開EXT閉合/斷開狀態(tài)良好。

2）接通JRU 電源線，JRU 空開EXT 無法閉合；使用萬用表蜂鳴擋，測量JRU 單元電源接口JRU-X11-A3、JRU-X11-A1，萬用表發(fā)出蜂鳴聲，表明JRU電源內部正負極處于短接狀態(tài)。

經分析，JRU 單元電源模塊存在短路，導致JRU 空開無法閉合。該JRU 故障件返廠后確定為JRU內部的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（制動測試第5步失敗）；

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

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

ATP 啟機第5 步測試過程：冗余繼電器RB 輸出緊急制動，使車輛緊急制動反饋繼電器EBFB閉合，EBFB 繼電器閉合后使ATP 制動采集繼電器BFB 閉合，ATP 輸出制動測試成功。由于在相互驅動采集過程中存在時間要求（對于CRH3系列車型，EBFB 反饋信號設定的超時時間為3.8 s［5］），ATP 在輸出制動命令之后的3.8 s 內，一直未收到EBFB 繼電器的反饋信號，對應復示的ATP 側BFB 繼電器無法動作，因此判定EBFB 反饋超時，導致ATP 制動測試第5 步失敗，造成此次ATP 設備在始發(fā)站時無法正常啟機，DMI 顯示“制動測試失敗”，ATP設備無法正常使用。

通常情況下，“緊急制動反饋錯誤”故障是由于BFB 繼電器故障或動作不及時導致的。按照常理，應該與JRU 設備沒有關系，BFB 繼電器動作的整個過程并不檢查JRU 的設備狀態(tài)。但是由于本次故障只有JRU 設備發(fā)生異常，而ATP 其他設備均處于正常工作狀態(tài)，所以需要進一步分析JRU 電源故障是否是導致此次BFB 繼電器未及時動作的直接原因。為排除繼電器本身的硬件故障，車組入庫后對該BFB 繼電器進行多次性能檢測，結果均正常。

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 電源短路導致 BFB 繼電器不能正常工作。動車組正常運行時，JRU 空開EXT 處于常閉狀態(tài)，向端子排TB1E-71 和TB1E-72 供電，JRU 單元通過端子排TB1E-71 和TB1E-72 獲取工作所需的電壓。TB1E-42通過ATP31線纜與TB1E-72短接，當列車施加緊急制動時，EBFB 繼電器閉合，TB1E-41端子得電，與TB1E-42 形成回路，驅動ATP 制動采集繼電器BFB動作。

16 時10 分，ATP 進入啟機狀態(tài)，執(zhí)行制動測試第5 步，安全輸入輸出單元VDX1 控制RB 繼電器輸出緊急制動［6］，EBFB 繼電器閉合；根據(jù)故障場景及圖1，JRU 單元電源模塊內部發(fā)生短路，導致JRU-X11-A3（PS43.1）正電源線與JRU-X11-A1（PS43.2）負電源線短接，TB1E-71和TB1E-72 端子短路，EXT 空開短路跳閘。此時TB1E-71和TB1E-72 端子處于無電狀態(tài)，BFB 繼電器因電路不通無法動作，ATP 設備VDX2 與VDX1 采用交叉回采機制［7］，VDX2 無法回采來自VDX1輸出的緊急制動反饋信息，判斷EBFB反饋信號錯誤或者不及時，ATP 進入宕機狀態(tài)，DMI 顯示制動測試失敗。

通過JRU 電源接口電路分析，確認JRU 電源短路故障是ATP 宕機的直接原因。JRU 單元因與BFB 繼電器電源回路關聯(lián)，在JRU 出現(xiàn)電源短路故障時，BFB 繼電器電源電路被切斷，從而造成BFB 繼電器未及時動作。JRU 電源與繼電器工作電源的共用存在安全隱患，JRU 電源短路會影響動車組正常運行。

2.3 特殊場景分析

對2021 年5 月21 日CRH380B-3603 車00 端 的全天運行交路數(shù)據(jù)進行分析，發(fā)現(xiàn)JRU 電源短路故障已在前一交路01 端運行途中出現(xiàn)。由于JRU開關是單獨集成在司機室左側開關機柜里，與司機室右側機柜的ATP 電源開關沒有直接關系。動車組兩端的JRU 開關一直處于閉合狀態(tài)，而ATP 開關則只在運用端時單獨上電（ATP 設備兩端不能同時有電）。當?shù)? 次發(fā)現(xiàn)00 端JRU 跳閘時，00 端ATP 并未使用，01 端的JRU 開關閉合狀態(tài)正常，ATP設備正常，所以對01端正常行車并無影響。

為全面分析JRU 電源與BFB 繼電器工作電源共用的安全風險，還需要確認在JRU 電源短路故障情況下，如果運行途中ATP輸出緊急制動命令，是否會導致動車組無法緩解制動，從而造成動車組無法救援與人工駕駛等。

車輛緊急制動回路見圖2，串接在車輛制動回路中的車輛監(jiān)測器44-A01用于檢測ATP狀態(tài)。當ATP 正常啟機后，44-A01 閉合，ATP“隔離/運行”開關處于運行狀態(tài)K38-1/K37-1，車輛制動繼電器43-K33/K34 吸起得電，使ATP 輸出的緊急制動回路正常工作。

圖2 車輛緊急制動回路

JRU 一旦發(fā)生短路故障，當ATP 輸出緊急制動命令時，必然造成ATP 宕機，44-A01 監(jiān)測到ATP 處于宕機狀態(tài)后斷開，車輛制動繼電器43-K33/K34 失電，緊急制動無法緩解，此種場景必然導致列車無法移動，也無法救援。此時可將ATP“隔離/運行”開關轉換至隔離狀態(tài)K38-2/K37-2，車輛備用電源使車輛制動繼電器43-K33/K34得電，緊急制動緩解。

綜上所述，如果JRU 出現(xiàn)短路故障，且在運行途中ATP 一旦輸出緊急制動命令，可將ATP 隔離開關打到隔離位，來緩解ATP 輸出的緊急制動命令，不會影響救援，所以JRU 電源短路故障的安全風險總體可控。

3 優(yōu)化方案

目前除加強對JRU 設備狀態(tài)的實時盯控外［8］（如果在DMS 中出現(xiàn)JRU 工作燈不亮的異常信息，需立即安排應急人員上車處置），還需對JRU 的電源回路進行優(yōu)化，以消除JRU 電源短路故障對行車的影響。

3.1 JRU電源回路優(yōu)化（方案一）

JRU 電源回路優(yōu)化方案見圖3，在車輛蓄電池處直接連接JRU 空開，斷開原端子排TB1E-71.3和TB1E-72.3供電線路，將線纜PS43.1 和PS43.2轉接至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，實現(xiàn)車輛電源直接向JRU 電源模塊供電。新加的端子排只用來給JRU 供電，只要車輛的供電正常，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備，對現(xiàn)有的端子排與空氣開關裝置進行硬件改造，以便于后期維修，問題解決比較徹底。但ATP 機柜內TB3E 端子排沒有多余閑置孔［9］，增加“加1”“加2”比較困難，須變更設計圖紙，重新布局整個端子排，涉及車輛、電務等多個部門，人力、物力投資較大，且機柜內空間受限，設計和實施均十分困難，同時改造只能結合動車組高級修進行，改造周期長，盯控難度大，造成JRU電源隱患問題長期存在。

3.2 JRU內部回路優(yōu)化（方案二）

JRU內部加裝空開優(yōu)化方案見圖4，不改變原來電路，在JRU模塊的補空板開孔加裝雙斷空氣開關QF，雙斷開關同時作用于零線和火線［10］。當JRU設備內部出現(xiàn)電源短路故障時，該空開跳起，完全切斷JRU單元與ATP設備電源的聯(lián)系，由于是與電源完全斷開，ATP設備電源不會有接地短路點，從而不會對ATP設備的啟機及制動構成任何影響。

該方案需要將現(xiàn)有的JRU 設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：①當JRU 發(fā)生嚴重的過載、短路或欠壓等故障時，能自動切斷電路，其功能相當于熔斷式開關與欠壓熱繼電器等的組合，在分斷故障電流后一般不需要更換零部件；②雙斷空氣開關安裝在JRU 外殼的面板上，便于JRU 故障維護，平時加裝防碰罩，能有效避免誤碰及人為頻繁關斷造成的設備磨損，當發(fā)生突發(fā)情況時，應急人員可以及時對雙斷空氣開關進行干預，最大限度地保證設備和人員安全；③空氣開關的加裝易實現(xiàn)，只需對火線PS43.1 和零線PS43.2 加裝空氣開關即可，對現(xiàn)有的整個ATP 機柜以及電務車輛結合部的改造沒有影響，不需要改造任何外部空氣開關與線路，后期可通過JRU 面板上的空氣開關狀態(tài)及時發(fā)現(xiàn)并排除故障。

ATP 廠家正在與車輛部門共同研究優(yōu)化方案，目前傾向于選擇方案二，現(xiàn)已完成JRU 樣品加工，計劃在全路范圍內組織實施。

4 結束語

通過對JRU 電源組件故障進行原因分析，發(fā)現(xiàn)列控車載設備在特定情況下的安全隱患，該問題需要高度重視，必要時安排電務人員上車應急處置。電務維護部門圍繞出現(xiàn)的問題要主動思考分析，加大設備源頭與廠家的共同研究，解決列控設備存在的隱患問題，最大程度地減少列控設備異常對運輸造成的影響。