动车组过分相区BTM收全零报文排查方案研究

关孟达

(北京全路通信信号研究设计院集团有限公司，北京 100070)

在CTCS-2/3 级列控运行控制系统中，列车的速度信息、定位信息是由地面应答器和车载BTM天线进行车地信息传输。其中，车载BTM 单元接收应答器1 023 位报文进行校验解码，并转化为830 位的信息报文发送给主机单元。

在实际线路中，倘若特殊电磁环境干扰BTM 接收应答关键信息，则会导致列车安全计算机丢失关键数据信息而输出制动，影响运输安全和效率。目前，国内高铁线路多次出现车载BTM 天线接收应答器全零报文的现象；由于现场缺乏经验，偶发性强，暂无有效可靠排查手段，给现场故障排查带来困难。

本文针对动车组在线路运行中发生该类故障车载ATP 输出常用制动案例进行排查和分析，阐述排查方案的研究、制定过程。

1 干扰案例概述

在国内多条高铁线路中，动车组经过分相区时车载ATP 输出制动导致停车，现场线路轨道电路设备、应答器设备安装布置完好。通过现场初步考察并对该类问题进行梳理，故障现象主要体现在动车组在过分相区时，出现车载BTM 天线接收全零报文，但未发现实际位置应答器报全零。

2 故障排查方案说明

2.1 排查总体思路

通过在现场故障常发点布置信号采集设备，收集具体位置应答器工作环境周边电磁场变化数据的方式，分析该应答器附近干扰信号强度、频率，以及车载BTM 天线附近干扰信号强度、频率等信息，分析问题成因并试图查找干扰源。

2.2 排查目的及原理

2.2.1 库内静态测试

测试目的：在列车静态条件下，测试列车受电弓开关主断操作过程对车载BTM 设备传输的影响。

测试方法：测试点选取。

1）选取车辆任意一端安装测试设备。

2）将车载BTMb 的电源线从TB3E19-2、TB3E20-2 取出，分别连接至TIF 断路器接口3 和接口1，位于断路器上方；将BTMb 的两根MVB线（SM.12、SM.14）从X1、X2 上取下，直接对插并用胶带紧固。

3）将放大器连接至BTM-X11 和BTM-X13。

其连接方式如图1 所示。

图1 车载BTM主机采集点图Fig.1 Acquisition points diagram of onboard BTM main machine

4）将电磁效应高速数据采集仪连接至放大器，测试天线放置BTM 天线附近位置。

5）将测试天线连接至电磁效应高速数据采集仪，设置好电磁效应高速数据采集仪参数。

6）将车载设备冗余开关打到A 系，上电运行（该端车载设备须始终采用A 系运行）。

测试点原理框架如图2 所示。

2.2.2 线路动态测试

测试目的：

图2 测试原理框架图Fig.2 Test principle diagram

1）使用电磁效应高速数据采集仪采集列车在过分相区时，车载BTM 主机是否收到干扰信号；

2）通过断开车载BTM 主机电缆来判断干扰源是否来自其自身电缆。

测试方法：测试点同样在车载BTM 主机发送板、接收板的X11、X13 端子，记录信号波形数据。

测试过程：

1）列车在莞惠线上往返运行，采集列车在通过分相区时刻车载BTM 主机收到的信号波形数据。

2）断开车载BTM 主机电缆，对比采集车载BTM 主机收到的干扰信号差异。

2.2.3 测试仪器

电磁效应高速数据采集仪采用模块化形式设计，主要由信号采集模块、滤波模块、频谱分析模块与大容量存储模块等构成。可以实现10 ～100 MHz 的高频信号波形实时记录，并对采集的数据进行分析和判断。电磁效应高速数据采集仪样机如图3所示。

图3 电磁效应高速数据采集仪样机Fig.3 Prototype of high-speed data acquisition instrument for electromagnetic effect

3 数据分析与结论

3.1 库内静态数据分析

在列车静态情况下，在不同时段内让地面应答器呈现不发送特定频率报文和发送报文两种状态，对受测试车辆受电弓进行开主断、关主断操作。使用电磁效应高速数据采集仪采集数据，在车载BTM 主机测试点采集到的数据波形及频谱如图4、5所示。

图4 无发送报文时采集数据Fig.4 Acquisition data when no message is sent

图5 有发送报文时采集数据Fig.5 Acquisition data when a message is sent

通过对比应答器发送报文、不发送报文情况下，受电弓开主断、关主断操作，采集数据的波形和频谱分析，可以得出以下结论：

1）应答器在发送报文情况下，该采集仪器能在测试点准确采集到标准频带内的信号；

2）列车在静态情况下，受电弓开主断、关主断操作对车载BTM 接收信号影响很小。

3.2 线路动态数据分析

列车在莞惠线往返动态运行过程中， BTM 实时记录仪（BTRA）在某些分相区采集到幅值较低的干扰信号有效值，电磁效应高速数据采集仪也在相应分相区采集到干扰信号的波形。

如图6所示，列车在通过上行惠州北变电所时，BTRA 采集到的数据，电磁效应高速数据采集仪未采集到干扰信号。

图6 BTRA采集数据（一）Fig.6 BTRA acquisition data（1）

列车在通过常平东分相区时，BTRA 采集到的数据如图7 所示，电磁效应高速数据采集仪采集到的干扰信号如图8 所示。

图7 BTRA采集数据（二）Fig.7 BTRA acquisition data（2）

图8 电磁效应高速数据采集仪测试数据Fig.8 Test data of high-speed data acquisition instrument for electromagnetic effect

对列车经过莞惠线各变电所、分相区采集数据结果汇总，如表1 所示。

通过对表1的数据分析，可以得出以下结论。

1）BTRA 采集到带内干扰信号有效值10 次，电磁效应高速采集仪在其中9 次采集到干扰信号波形，两种设备采集结果基本一致；

表1 电磁效应高速采集仪数据Tab 1 Data of high-speed data acquisition instrument for electromagnetic effect

2）分相区内干扰信号为瞬时非周期性信号，该信号在动车组受电弓断路器的断、合瞬间产生；

3）断开车载BTM 主机电缆，采集的干扰信号幅值未有明显降低，干扰信号不是源于电缆传导。

4 结论

动车组在经过分相区时，受电弓断路器在开、合的瞬间会产生强烈的电磁效应，干扰车载BTM天线对应答器报文的传输过程。可采取的解决方案如下：1）在既有车载BTM 天线上加特质防护铝板，不影响有效信号传输；2）采用国产自主化、干扰性强的车载BTM 天线。

本文提出动车组车载BTM 天线接收应答器全零报文导致车载ATP 输出制动的排查方案，从静态测试、动态测试方法至最后的测试结果分析，对今后类似干扰故障排查会起到一定的借鉴作用。