動車組進站掉碼問題分析及改進措施

何 濤，李建鋒，張曉東

（中國鐵路上海局集團有限公司杭州電務(wù)段，杭州 310002）

1 概述

隨著高速鐵路的不斷發(fā)展，列控系統(tǒng)已成為控制列車安全運行的重要設(shè)備之一，其中列控車載設(shè)備（以下簡稱ATP 設(shè)備）是保證行車安全的關(guān)鍵設(shè)備，特別是能防止列車重、特大事故的發(fā)生。地面列控設(shè)備向列車不間斷地發(fā)送相關(guān)應(yīng)答器、軌道電路等行車信息，傳遞列車運行條件，確保列車安全、持續(xù)運行[1]。

機車信號是ATP 設(shè)備的重要組成部分，是鐵路行車的憑證，機車信號出現(xiàn)瞬間“掉碼”，將直接影響到鐵路運輸?shù)陌踩托省Ｒ虼耍槍C車信號瞬間“掉碼”的原因[2-8]，采取相應(yīng)的解決措施，有效地解決“掉碼”問題，提高機車信號顯示的準確性和可靠性。本文以某普速站（以下簡稱A 站）進站掉碼問題進行分析并給出結(jié)論和建議，對減少該特殊場景掉碼有很好的理論研究意義，同時也是車載和地面發(fā)揮聯(lián)合分析的成功案例。

2 問題描述

2021 年X 月X 日20:29，某 動 車 組 運 行 在A 站X 進站后在K318+055 處掉碼，掉碼時長1 s。掉碼位置是越過X 進站信號機147 m，其中區(qū)段長度IAG（52 m）、1DG（71 m）、7DG（261 m），如圖1 所示。

圖1 車站平面Fig.1 Station layout

3 原因分析

3.1 ATP設(shè)備記錄數(shù)據(jù)分析

3.1.1 運行記錄數(shù)據(jù)（PC卡）分析

在越過進站信號機前，動車收到L3 碼，進站后經(jīng)歷4 s 的解碼無效。按照ATP 設(shè)備軟件邏輯，低頻失效超過4 s，ATP 輸出最大常用制動。20:29:47 ATP 設(shè)備開始解碼，20:29:51 輸出最大常用制動，20:29:52 收到L3 碼后緩解，后續(xù)運行正常，如圖2 所示。

圖2 PC卡數(shù)據(jù)截圖Fig.2 Snapshot of PC card data

3.1.2 A站場景分析

動車越過X 進站信號機ATP 顯示低頻解碼失效，一直到7DG 處收到L3 碼后正常，收到L3 碼的位置經(jīng)分析數(shù)據(jù)離X 進站絕緣162 m，由于IAG長度52 m，1DG 長度71 m，可以判斷列車在7DG 處才接到碼，如圖1 所示，判定列車在IAG和1DG 都沒有收到或解出有效低頻。

3.1.3 軌道電路記錄數(shù)據(jù)（CF卡）分析

分析ATP 設(shè)備的CF 卡數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)列車在越過X 進站信號機后持續(xù)解碼沒有成功，故ATP 設(shè)備無法獲取有效的低頻信息，如圖3 所示。

圖3 CF卡數(shù)據(jù)截圖Fig.3 Snapshot of CF card data

3.1.4 列控設(shè)備動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)（DMS）調(diào)閱分析

掉碼時DMS 顯示機車主機感應(yīng)電壓1.3 V，最低處880 mV(大于門限100 mV）。前一趟車最低770 mV，后一趟車最低140 mV，均無掉碼情況，車子掉碼位于越過1DG/7DG 絕緣節(jié)25 m。

3.1.5 綜合分析

列車通過X 進站信號機進站后，依次通過IAG（52 m）、1DG（71 m）、7DG（261 m），列車運行速度為125 km/h（34.72 m/s），經(jīng)計算通過IAG 的時間為1.5 s，通過1DG 的時間為2.05 s。按照ATP設(shè)備軟件邏輯，低頻L2 的解碼時間為1.9 s，故在IAG 處由于股道長度太短無法解碼。列車進入1DG開始重新解碼，正常1DG 的運行時間為2.05 s，超出最大解碼時間（低頻L3 的解碼時間上限為2 s），推測列車在1DG 區(qū)段上發(fā)生低頻由L2 變L3。ATP 設(shè)備又重新開始解碼，在解碼過程中因為越過1DG/7DG 絕緣節(jié)再次重新解碼，導(dǎo)致持續(xù)4 s 未能解出有效低頻，造成ATP 輸出最大常用制動。

3.2 地面信號設(shè)備分析

A 站正線使用25 Hz 軌道電路，疊加列控編碼。下行通過進路由X、XI、SF 3 個發(fā)送盒分3 段發(fā)碼。X 發(fā)送盒給IAG、1DG、7DG、9DG 發(fā)碼，載頻為1700-2。XI 發(fā)送盒給IG 發(fā)碼。SF 發(fā)送盒給發(fā)車進路發(fā)碼。

3.2.1 現(xiàn)場測試情況

現(xiàn)場測試接車進路入口電流，IAG 為0.9 A、1DG 為0.92 A、7DG 為0.64 A、9DG 為1 A。入口電流符合要求。

3.2.2 信號集中監(jiān)測分析

監(jiān)測調(diào)閱區(qū)段占用開關(guān)量如圖4 所示，占用正常。因車載數(shù)據(jù)分析懷疑機車信號在1DG 區(qū)段低頻碼發(fā)生跳變L2 升L3 所致，考慮到A 站列控軟件仍使用138 號規(guī)范，即具有碼序保持功能，因此，重點排查機車在掉碼后收到L3 碼是在占用IAG、X進站信號機關(guān)掉后，還是在占用IAG、X 進站信號機關(guān)掉之前。

圖4 區(qū)段占用開關(guān)量Fig.4 Section occupied digital signals

列控對區(qū)間軌道電路和IAG 的軌道繼電器都做了采集，也都送給集中監(jiān)測，通過回放X 發(fā)送盒發(fā)送低頻碼從L2 升L3 是因為7G（五離去）出清。由此可見，7G 出清時間為20:30:15，1AG 占用時間為20:30:18，XLXJ 關(guān)閉時間為20:30:19，判斷為X 發(fā)送盒碼序先升級，IAG 再占用、XLXJ 后關(guān)閉。

根據(jù)邏輯，列控通過聯(lián)鎖接收XLXJ 的關(guān)閉情況，在XLXJ 關(guān)閉前發(fā)生的碼序升級可以立即實現(xiàn)，不需要進行碼序保持。

3.2.3 列控場景分析

A 站辦理 IG 通過進路， 列車正線通過IG，列車進站后收碼異常。查看列控中心數(shù)據(jù)，列控中心收到聯(lián)鎖發(fā)送進站信號機 H 燈后， 啟動接車進路碼序保持功能，如圖5 所示。

圖5 地面場景模擬Fig.5 Ground scenario simulation

3.2.4 現(xiàn)場驗證

到A 站，使用如下情景進行碼序保持功能。

1）開放X―SF 通過信號；

2）占用7G（移頻柜后關(guān)空開）；

3）測試X、XI 低頻為12.5 Hz（L2）；

4）室外采用分路線占用X 進站信號機外方區(qū)段；

5）室外采用分路線占用IAG；

6）出清7G；

7） 測 試X 低 頻 為12.5 Hz，XI 低 頻 為21.3 Hz（L5)。

現(xiàn)場驗證，說明X 發(fā)送盒實現(xiàn)了碼序保持。

3.2.5 列控監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

結(jié)合車載記錄反饋，列車在進入到IAG、1DG時均收到L2（碼），分析為壓入1DG 區(qū)段此時發(fā)生了碼序的升級（X 進站信號未關(guān)閉），造成ATP 因低頻碼的跳變而解碼不成功，形成掉碼。

X 發(fā)送盒碼序變化如圖6 所示。

圖6 列控監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)碼變化Fig.6 Transmission code change of train control monitoring data

20:29:48 X 發(fā)送盒發(fā)送的低頻碼為 L2；

20:30:00 X 發(fā)送盒發(fā)送的低頻碼為 L3；

20:30:20 X 發(fā)送盒發(fā)送的低頻碼為F2 占用檢查。

列控中心處理過程如下。

1）20:29:57 7G 出清，但列控中心三點檢查要求出清延遲3 s 處理，因此接車進路的X 發(fā)送盒在20:30:00 發(fā)送的低頻碼升為L3。

2）列控中心岔區(qū)碼序保持的依據(jù)為聯(lián)鎖進站信號機關(guān)閉條件，此條件更新時間同為20:30:00。

因此碼序升級與聯(lián)鎖信號機關(guān)閉為同周期事件。列控中心正常升級X 發(fā)送盒碼序。

3.3 結(jié)合車載信號與地面信號綜合分析

可知IAG（52 m）、1DG（71 m）、7DG（261 m），動車在7DG 列車運行方向24 m 處發(fā)生掉碼，地面信號和車載信號單獨分析均正常。結(jié)合車載信號和地面信號的分析結(jié)果，掉碼原因分析過程如下。

1）動車剛進入IAG 時，進路碼序L2，越過絕緣節(jié)動車組開始解碼，IAG 長度52 m，當(dāng)時進站速度125 km/h（相當(dāng)于34.7 m/s），動車在IAG剩余走行時間1.5 s，小于1.9 s (即小于廠家設(shè)置的主機解碼L2 閾值時間),解碼不出，緊接著越過IAG/1DG 絕緣節(jié)，重新解碼。

2）1DG 長度71 m，動車在1DG 走行時長2.05 s，大于2 s（低頻L3 最長解碼維規(guī)上限是2 s），正常應(yīng)該解碼成功。但實際進路碼序在1DG運行的前0.05 s 至1.9 s 之間正好由L2 升級L3，動車組需再次重新解碼，由于動車組由重新解碼位置至1DG/7DG 絕緣節(jié)的運行時間小于2 s，導(dǎo)致解碼再次不成功。緊接著越過1DG/7DG 絕緣節(jié)，動車組再次重新解碼。

3）動車組在7DG 運行至24 m 處，進站后解碼的總用時間超過4 s（維規(guī)規(guī)定成功解碼閾值小于4 s），發(fā)生掉碼，輸出制動命令。

4 結(jié)論和改進措施探析

4.1 結(jié)論

該站動車組在越過進站信號機后，由于第一個區(qū)段設(shè)置較短，速度快（運行時間低于1.9 s），不滿足解碼條件；以及第二個區(qū)段低頻碼序發(fā)生跳變現(xiàn)象（符合列控規(guī)范），導(dǎo)致ATP 設(shè)備在2 s 內(nèi)再次未能解出有效的低頻信息；動車組運行至第3 個區(qū)段，因解碼總時長超過維規(guī)設(shè)計規(guī)范要求的4 s，發(fā)生掉碼并輸出制動停車。

4.2 改進措施

經(jīng)過深入分析，考慮以上因素，建議設(shè)計單位在運行250 km/h（約等于69.5 m/s）設(shè)計新線建設(shè)時，將車站進站信號機內(nèi)方第一區(qū)段設(shè)計延長至139 m，以滿足最高速度時2 s 能解碼成功的最低要求，或優(yōu)化車載邏輯。

5 總結(jié)

針對該站動車組在越過進站信號機第二個區(qū)段低頻碼序發(fā)生跳變現(xiàn)象，在第三個區(qū)段發(fā)生掉碼問題，經(jīng)過對該場景掉碼原因深入分析，提出延長進站信號機內(nèi)方第一區(qū)段的區(qū)段長度的建議，以此為設(shè)計和施工提供參考，目的是減少該特殊場景下的動車組掉碼情況。