大秦线重载列车制动阀切除故障分析及建议

邹新军

（太原铁路局 安全监察室，山西 太原 030013）

大秦线重载列车制动阀切除故障分析及建议

邹新军

（太原铁路局 安全监察室，山西 太原 030013）

针对大秦线重载列车制动阀切除故障进行具体分析，介绍大秦线重载列车制动阀切除的危害，阐述制动阀切除的基本概念和原理，分析造成制动阀切除的原因，并对大秦线LOCOTROL系统设备运用、管理现状进行调研，提出具体的对策建议，为类似重载列车故障分析提供借鉴。

大秦线；制动阀切除；DP系统；OCU数据；意外流量

分布式动力（Distributed Power，DP）组合列车制动阀切除故障一直困扰着大秦线重载列车的运行安全。为了破解这个难题，机务、电务部门进行攻关研究，采取一系列技术改进措施，取得一定效果，但目前此类故障仍时有发生，依然给重载铁路行车安全构成极大威胁[1]。

针对2017年1月1日—6月30日大秦线DP组合列车发生的制动阀故障进行梳理分析，从制动阀切除危害、故障成因、设备运用管理现状等方面进行分析，并提出对策建议。

1 制动阀切除概述

制动阀切除是一种安全保护措施，当DP系统检测到意外流量超过预定参数或其他故障时，控制系统按照导向安全的原则，为保证列车的制动功能，由DP软件通过制动控制系统发出指令要求制动阀切除。制动阀切除分流量切除和列车管切除（Brake Valve Out，BVO）2种，空气制动机发出指令的制动阀切除是流量切除，DP发出指令的制动阀切除是BVO。

CCB2制动机是通过列车管控制模块BPCP内MV53电磁阀得电，使列车管切除阀BPCO动作切除总风与列车管通路，因此在CCB2制动机也称为列车管切除。法维莱制动机则是通过司机制动阀隔离电磁阀（VE（IS）RM）得电，使司机制动阀隔离电磁阀动作，切断总风与列车管通路。

重载列车中部机车制动阀切除后，对行车安全带来严重隐患，主要表现为：

（1）主控机车减压时列车单边制动（中部机车不参与排风），制动距离延长，易冒进信号；

（2）在长大下坡道减压时，由于前部列车排风快，后部列车排风慢，整列车前堵后拥，易造成中部机车脱轨事故；

（3）在长大下坡道缓解时，整列车充风时间延长，若乘务员再次减压时机不当，因后部列车充风不足，列车制动力减弱，易发生放飏事故；

（4）当列车发生紧急制动时，如通信信号丢失，则主、从控机车不能实现同步紧急制动，极易导致列车分离或脱轨事故。

2 造成制动阀切除原因分析

大秦线DP组合列车采用G网无线数据传输（见图1）。遇G网通信中断时，通信路径将自动转换为RDTE（800M电台）模式。RDTE模式受地形、主、从控机车间距、GE软件等影响，通信质量不佳，易产生DP通信丢失，使从控机车无法同步响应主控操作指令而发生制动阀切除（主、从控机车之间有相应的命令传递及应答机制）。2017年上半年共发生制动阀切除故障17件，其中车载通信单元（OCU）设备重启1件、软件问题8件、G网通信异常8件。

图1 数据传输示意图

2.1 OCU设备重启

运行中从控机车OCU设备掉电，造成从控机车OCU设备重启，从控机车无法得到主控机车减压指令，从控机车检测到意外流量引发制动阀切除。

故障概况：2017年2月27日，73063次重载组合列车，HXD1-173主控+HXD1-151从控，12：03因制动阀切除故障停于大秦线延庆—下庄间K278+535处。LOCOTROL系统数据记录见图2。

图2 LOCOTROL系统数据记录

反馈故障时间为27日12：00（乘务员发现故障时间），故障时间段主控机车OCU数据已溢出，通过地面应用节点（Application Node，AN）、从控机车OCU数据进行分析。

（1）主控机车OCU数据溢出，通过AN数据确认机车减压时间为11：59：42，减压前后AN未收到从控机车LOCOTROL数据。AN节点减压前后数据见图3，其中，数据格式采用十六进制：FF 7E 17 00 00 11 73表示列尾固定传输识别代码；55 21表示列尾控制盒给列尾装置传输识别代码；55 22表示列尾装置反馈给列尾控制盒传输识别代码；06 05表示列尾风压605 kPa；11表示预留值。

图3 AN节点减压前后数据

（2）AN节点数据显示：12：02：21后，收到从控机车通信链路检测数据，主、从控机车间LOCOTROL数据传输正常（出现从控机车10151通信记录，见图4）。

图4 AN节点数据传输正常的记录

（3）对应从控机车OCU数据显示：减压时间段内，OCU设备工作正常情况下，突然重启（时间变为“1970/1/1”，后变为正常通信数据，见图5）。

（4）对应从控机车备用端，同时间段内有重启记录，通过AN、从控机车OCU设备数据分析，从控机车OCU设备主、备用端有同时重启记录，且时间较长（将近13 min），OCU设备掉电，OCU设备电源板故障见图6。

查看从控机车Abis数据，2月27日，主、备模块均进行了切换（MSISDN号切换，见图7）。

2.2 软件问题

主控机车减压指令正确传输至从控机车，由于软件问题（采用时间竞争机制），此刻由于从控机车接收到主控机车发送指令（此指令时间优先），没有启动4 s通信检测，从控机车在保压状态下检测到意外流量，造成机车制动阀切除。

图5 OCU重启、恢复正常数据记录

图6 OCU设备电源板故障数据记录

图7 HXD1-151机车MSISDN号切换数据

故障概况：2017年5月17日，73041次重载组合列车，HXD2-101主控+HXD1-74从控，16：18因从控机车制动阀切除故障，停于大秦线阳原—化稍营间K115+975处。LOCOTROL系统数据记录显示，从控DP数据16：15：00发生意外流量（见图8）。

故障时间段机车OCU数据显示均正常，反馈时间为16：15，通过AN、从控OCU数据进行分析。AN应用数据对应故障时间段，减压时间为AN时间8：13：14（见图9）。AN应用数据使用时间为格林尼治标准时间（Greenwich Mean Time，GMT，北京时间在东八区，时区不同，与AN数据使用时间时差8 h）。

图8 LOCOTROL系统数据记录

图9 AN故障时间段减压时间数据记录

对应AN应用数据，减压前一条从控机车数据见图10。对比减压后10 min从控机车OCU数据，主、从控机车LOCOTROL数据传输正常。

图10 减压前一条从控机车AN数据

G网相关数据记录显示，AN节点数据分析正常（见图11）。

图11 G网相关数据记录

GSM-R AN节点日志中，从控机车处理指令的同时检测到意外流量，未将通信检查的bit（字节位）加入到回复信息中，4 s后通信检查失败，制动阀切除（见图12）。

图12 AN节点检测数据

2.3 G网通信质量

由于通信质量较差，运行中主控机车得不到从控机车回复指令，逻辑制动未完成，此时从控机车检测到意外流量，发起通信检测，导致从控机车制动阀切除。主控机车通信质量差造成制动阀切除。

故障概况：2017年5月16日，74043次重载组合列车，HXD1-172主控+HXD1-106从控，16：49由于从控机车制动阀切除故障，停于大秦线大同南—韩家岭间K5+667处。

从控机车DP数据显示，16：52：45存在意外流量（见图13）。从控机车通信处理模块（Communication Processor Module，CPM）数据显示，16：52：54通信丢失（见图14）。

图13 从控机车DP数据记录

图14 从控通信丢失CPM数据记录

从控机车OCU 16：52：26发送1条LOCOTROL数据，未收到回复。16：52：29转电台模式（见图15）。

查看主控机车Abis数据，5月16日16：54：22，G网质量出现连续偏低，上下行电平质量达到7级，通信质量较差（见图16）。

图15 从控机车通信转电台OCU数据记录

图16 主控机车Abis数据记录

GSM-R AN节点分析，16：52：37主控机车发出1条指令，从控机车回复的指令传到AN上，但主控机车并没有收到该条回复指令；16：52：39主控机车重发指令，尽管从控机车OCU已经收到该指令，但从控机车的回复指令未收到；16：52：41主控机车再次重发，但从控机车回复的信息主控机车并未收到，此时通信路径转电台，但电台通信不好，从控机车在RDTE路径下发出的通信检测主控机车并未收到，从控机车启动通信丢失进入空载，直到16：53：03通信才恢复（见图17）。

图17 AN节点检测数据

由于没有主控机车OCU数据，无法判断GSM-R AN服务器到主控机车OCU之间是否出现单向通信丢失，但主控机车没有收到从控机车的回复信息，从而转到电台模式（见图18）。

3 大秦线LOCOTROL系统设备现状及存在问题

3.1 设备现状

（1）OCU设备使用及检修情况。OCU设备从2006年使用至今已有11年，其中SS4型机车在线120台，HXD1型机车在线250台，HXD2型机车在线180台，《太原铁路局同步操控通信设备维护管理办法》中规定OCU设备大修年限为6年。日常检修作业由相关厂家15名作业人员在湖东电力机务段内负责对OCU设备进行入库检修，5名技术人员在核心机房进行数据监测和分析。

（2）G网设备使用情况。大秦线G网采用同址双网模式覆盖，共使用序号为999—1019的21个频点，设备2005年上线。目前军都山隧道、花果山、摩天岭直放站的6台近端机和17台远端机使用安德鲁产品（该厂已于2010年倒闭，厂家已不提供技术支持）；使用华为BTS3512型基站共164处（2010年6月该型号基站已停产），上述设备已列入2018年更新改造计划。大秦线机车同步操控核心设备AN地面节点2006年安装，已经超过大修年限，目前设备老化严重，2017年铁路局下达更新改造计划，将进行招标采购。

图18 主控机车转电台模式记录

（3）LOCOTROL系统通信方式。通信方式为：LOCOTROL（主控）—OCU（主控）—G网/800M—OCU（从控）—LOCOTROL（从控），且OCU采用800M模式建立连接，然后转G网通信模式，如G网通信丢失，通信路径再转回800M模式。

（4）LOCOTROL系统工作模式。重载组合列车LOCOTROL同步操控系统由OCU、AN通过GSM-R网络提供主用数据传输通道，由800M RDTE提供备用数据传输通道[2]。2015年湖东电力机务段协调厂家对系统进行升级，升级后的系统在通信路径转为800M电台时在控制面板上显示红色告警信息，通信全部中断时会出现红色“DP通信丢失”告警。

3.2 技术攻关存在的困难

（1）技术信息未共享。DP指令内容及路径切换条件属于厂家技术保密范围，机务部门对G网转换800M通信方式的转换机制不掌握，造成原因分析梗阻，通过对数据的整理和分析，从技术层面消除通信异常现象存在困难。

（2）技术标准不统一。AN节点数据分析系统判定网络中断的条件为网络拆线或30 s内无任何数据交互。通过DP系统现场实验及中断信息的数据分析，DP系统判定网络中断的条件高于AN节点数据分析系统。因此会发生DP系统数据记录通信丢失，而AN节点显示网络连接无中断，导致通信异常，相关数据调取分析产生偏差。

（3）设备性能不掌握。太原通信段对2015年11月上线运行的30台新造HXD1型机车OCU设备性能未深入了解，未做好对G网系统使用边缘频点现状的风险研判，导致新造30台机车上线后出现OCU无法识别边缘频点，造成通信丢失问题。

（4）通信质量不稳定。大秦线延庆—下庄、化稍营—涿鹿、下庄—茶坞部分区段G网通信质量有所下降、误码率上升，同时网络通信及车载设备使用年限较长，各设备性能劣化叠加导致OCU与G网连接中断。特别是在隧道内的直放站远端机设备输出信号质量差，造成主控机车给出减压指令后，从控机车不能有效接收到，从控机车判断为意外流量而触发“制动阀切除”保护动作。

4 对策建议

（1）推进技术共享。加强与设备厂家的联动，将制动阀切除和G网闪红的AN数据进行综合分析，查明故障原因，并对G网转换800M通信方式的转换机制进行分析研究。

（2）加快功能优化。针对LOCOTROL系统软硬件功能优化升级项点内容，在基于现有技术平台、软硬件设备的情况下，通过适度调整系统软件及增加部分硬件系统解决目前存在的不适应问题，详细技术方案等问题需进一步协商。

（3）加快设备升级。一是延长集成机车计算机（Integrated Locomotive Computer，ILC）通信超时设置门槛。将现DP模式超时5 s惩罚制动延长到10 s或更长时间，会降低惩罚制动发生几率，短时通信超时对安全运行无影响。二是优化指令传输处理机制。通过优化软件指令传输机制，消除从控机车检测到意外流量，因软件传输指令冲突造成未启动4 s通信检测，导致制动阀不能自动投入。

（4）强化应急处置。针对LOCOTROL系统新版软件中通信路径提供电台闪红提醒的变化，制定LOCOTROL显示器报红后的操作程序和注意事项，完善防止G网中断造成制动阀切除的控制措施和发生制动阀切除后的处置程序，确保发生问题第一时间做好应急处置。

（5）规范合署办公制度。由机务处牵头、电务处配合，湖东电力机务段、太原通信段及相关厂家完善合署办公制度，明确故障分析流程、周期及领导机构、人员等相关事宜，制定切实可行的解决方案，真正让综合数据分析发挥优势。

[1]李思昕，冀彬．大秦线重载组合列车中部机车制动 阀切除故障分析[J]．中国铁路，2013(9)：78-81．

[2]高春明，冀彬，张波，等．大秦线重载组合列车 的LOCOTROL技术应用研究[J]．电力机车与城轨车 辆，2006(6)：5-7．

The Analysis and Suggestions to the Brake Valve Excision Breakdown of Datong-Qinhuangdao Heavy Haul Train

ZOU Xinjun
（Safety Inspection Offce，Taiyuan Railway Administration，Taiyuan Shanxi 030013，China）

Based on the analysis and suggestions to brake valve excision breakdown of Datong-Qinhuangdao heavy haul train, the paper introduces the harm of excision breakdown, elaborates basic concept and principle of it and analyzes the reasons of it. The author makes a survey on LOCOTROL system equipment operation and management conditions and comes up with corresponding suggestions to provide reference to similar breakdown analysis of heavy haul train.

Datong-Qinhuangdao line；brake valve excision；DP system；OCU data；unexpected traffc flow

U279

A

1001-683X（2017）11-0066-06

10.19549/j.issn.1001-683x.2017.11.066

邹新军（1973—），男，高级工程师。E-mail：zxj_3323394@126.com

责任编辑 高红义

2017-09-30