动车组电务车载设备与电码化适配性研究

李永智

(济南铁路局，济南 250001)

动车组电务车载设备与电码化适配性研究

李永智

(济南铁路局，济南 250001)

在铁路信号技术发展中，普速线和部分客专线车站采用正线及股道电码化制式，其侧线道岔区段不发码。近些年来，随着运输要求的不断提高，动车组快速普及，当动车组运行于不发码区段时，在一定外部条件影响下，信号车载和地面系统存在适配性问题，易引起动车组制动，影响运输效率。结合信号车载系统规范和设备工作原理，分析动车组电务车载设备制动的原因，从地面信号系统角度提出解决方案，从而提高动车组电务车载设备与电码化的适配性。

动车组；无码区段；车载设备；制动；机车信号；轨道电路；全进路有码

1 运用中的问题

我国的普速铁路和客货共线铁路站内采用电码化技术，近些年来随着客运的快速发展，不同种类的动车组越来越频繁的开行在电码化车站中。

由于动车组侧向过岔运行速度较高，高速铁路地面采用全进路发码的站内一体化轨道电路系统。普速和客货共线铁路车站大多采用正线及股道电码化制式，在侧线道岔区段是不发码的，当动车组运行于无码区段时，在特定的外部条件影响下，存在车载和地面系统的适配性问题。

下面举两个现场实际应用的案例：

1）某站站内采用正线及股道电码化，侧线道岔区段不发码，开行动车组。2016年初，多列CRH1型进入该站股道前的交叉渡线区段，收到2 000 Hz的干扰信号，车载ATP输出最大常用制动停车。触发制动位置示意如图1所示。

图1 触发制动位置局部示意图

经现场测试，收到的2 000 Hz干扰是正弦波信号无低频特征，可以判断是牵引电流中的谐波分量。触发制动时，动车组运行至交叉渡线道岔区段，当通过图2所示两差置绝缘节之间时，牵引电流出现100%不平衡，其携带的谐波分量干扰信号即通过感应线圈传至TCR，导致车载ATP收到干扰信号。

图2 列车通过机械绝缘节牵引回流示意图

2）2015年初，CRH2A动车在某站高压脉冲无码区段收到750 Hz载频干扰信号，车载ATP输出制动。2016年初，CRH380A动车组在某站高压脉冲无码区段收到1 700 Hz载频干扰信号，未解调出低频，车载ATP输出制动。

高压脉冲信号本身在频谱上分布范围较广，包含国产移频和ZPW-2000UM系列载频，但是不具备低频特征。车载ATP设备错误解析上述载频的信号造成制动，动车组运行时，脉冲信号的传输方式和波形如图3所示。

工频谐波干扰车载设备制动、高压脉冲干扰车载制动是两类特征比较明显的车地适配案例，近些年来各地出现过类似故障。

2 动车组电务车载设备控制逻辑解析

2.1 车载设备的控制

中国铁路总公司在2014年发布《CTCS-2级列控车载设备暂行技术规范》（铁总运[2014]29号），对CTCS-2级列控运营模式下，动车组车载设备的设计、开发、测试及系统评估工作提出技术条件。

对车载设备与地面轨道电路设备相关的工作逻辑进行解析：

1）轨道电路信息读取器（TCR）应通过TCR天线接收轨道电路信息，并将解调出的轨道电路载频、低频传送给车载主控单元。说明TCR应解析出载频和低频后再传送给车载主控单元（ATP），没有同时解析出载频和低频的信号不应该向外传送，工作原理如图4所示。

图3 高压脉冲区段信号传输和波形解析图

图4 TCR与车载中控单元工作原理图

2）当主控单元工作在CTCS-2等级时，只使用ZPW-2000/UM71系列轨道电路信息。也就是说，在CTCS-2模式下，国产移频等其他非1 700～2 600 Hz载频信号不会被车载设备接收。

2.2 车载设备地面信息的读取

TCR具有接收多个载频的能力，包括国产移频、UM71、ZPW-2000，同时具有可任意指定要接收的载频功能，即可以同时接收所有的载频;反之,也可以指定一个载频和指定2、4、8个载频。但是，要解调低频信号，则只能限定1个载频，如指定要接收多个载频，则在该状态下，只有电平最高的载频会被自动选择，该载频中所包含的低频信息会被解调，其结果只有1个低频码可被识别。

当TCR同时接收到如图5所示的4个信号时，应只解析2 600 Hz信号的低频信息。

图5 TCR接收信号载频和幅值曲线

2.3 原因分析

根据电务车载设备工作逻辑要求，再对本文第一部分的案例进行分析：

第一类工频谐波干扰电务车载设备制动，是牵引电流的谐波引起的。电力机车为非线性负载，在运行过程中从接触网受流，尤其是在启动、加速、制动等工况下，电流不断变化，会产生一定量的谐波成分。牵引电流有时可达数百甚至上千A，其谐波成分的量值也会随着牵引电流的升高而增大。原理如图6所示。

图6 牵引电流谐波成因示意图

牵引谐波是正弦波信号，没有低频特征，属于带内干扰信号的一种。根据电务车载设备控制逻辑第（1）条的技术要求，此类信号TCR没有同时解调出低频、载频信息，不应向车载主控单元传送，车载设备也不应输出制动。因此本次车载设备的制动逻辑与技术条件不符。

第二类高压脉冲干扰电务车载设备制动，是高压脉冲信号中包含带内干扰信号，若在CTCS-2线路中，根据电务车载设备控制逻辑第（2）条的技术要求，国产移频带内的信号（550～850 Hz）无论是否有低频特征，都不应该被车载设备接收。若在CTCS-0线路中，此类信号TCR无法同时解调出低频、载频信息，可得出与第一类故障同样的结论。

这两类案例比较有代表性，原因是电务车载设备的抗干扰性能有待进一步提高。解决此问题，如采用大面积修改电务车载设备的方案，周期长、涉及面广、组织实施难度大。结合当前的实际情况，需要一个简单易行的解决方案。

3 改进方案

3.1 技术方案

结合车载设备逻辑，研究地面设备改进的方案。

站内无码区段由于轨面无机车信号，遇有超过机车信号灵敏度门限的信号，即可能被车载设备接收：

1）站内邻线干扰造成机车误收码；

2）工频牵引谐波无低频特征的干扰信号；

3）高压脉冲信号包含的国产移频、ZPW-2000 （UM）载频频率无低频特征的带内干扰信号。

27.9 Hz的检测码和25.7 Hz的转频码动车组电务车载ATP视为无码处理。目前，各型车载设备均采用TCR解码后，将低频载频信息传给主控单元，主控单元进行无码判断的方式进行处理。TCR设备本身可以正常解析机车信号门限值以上含27.9 Hz或25.7 Hz低频的移频信号。

由此提出车站全进路有码的解决方案。地面无码区段固定输出一个幅值较高的27.9 Hz移频信号，根据前文提到车载设备地面信息的读取原则，车载设备在地面信号读取过程中，即可将幅值小于该信号的干扰信号滤掉，27.9 Hz低频在传给主控单元后仍被视为无码处理。

车载设备在有27.9 Hz检查码的道岔区段存在干扰信号时，逻辑示意如图7所示。

目前，站内全进路有码有如下两种实现方式：

为防止工频谐波干扰，对动车组进路上的无码区段进行电码化；

为防止高压脉冲信号干扰，采用移频信号和脉冲信号叠加的轨道电路系统。

With the development of railway signal techniques, stations of both conventional railways and passenger dedicated lines adopt coding of continuous main line and routes without side route sections with switches. With the constant improvement of the transportation requirements and fast popularization of EMUs in recently years, when a EMU train is running on the no code sending sections, there is a problem of the suitability between the on-board signals and ground systems under the infl uence of external conditions, which easily causes the train braking and infl uences the transportation effi ciency. This paper analyzes the braking causes of on-board signal equipment combined with the standard of on-board signals and the working principle of equipment. It proposes a solution from ground signal systems to improve the suitability between the on-board equipment and coding.

EMU; no coding section; on-board equipment; brake; cab signal; track circuit; coding of continuous route

10.3969/j.issn.1673-4440.2016.06.001