高铁CTCS-3降级典型故障案例分析及优化措施

陶余永

(中国铁路上海局集团有限公司合肥电务段，合肥 230011)

随着京港、合杭、合安高铁线路的开通运营，中国铁路上海局集团有限公司合肥电务段（简称合肥电务段）管内高铁CTCS-3线路已有5条。CTCS-3无线超时降级为CTCS-2故障时有发生，尤其目前中国国家铁路集团有限公司对CTCS-3无线超时整治高标准要求，CTCS-3无线超时需做到件件分析。本文梳理统计了2020年段管内CTCS-3无线超时降级，分析典型案例，提出优化措施，供借鉴参考。

1 CTCS-3工作原理和主要设备

CTCS-3的核心设备是无线闭塞中心（RBC），RBC根据所控制列车的状态，以及其控制范围内的轨道电路、列车进路状态、临时限速命令、灾害防护和线路参数等信息，产生针对所控列车的移动授权（MA）信息，通过GSM-R无线通信系统传输给车载子系统，保证其管辖范围内列车运行安全。RBC设备主要包括无线闭塞单元（RBU）、ISDN服务器、VIA、维护终端等，CTCS-3车地通信链路组成如图1所示。

图1 CTCS-3车地通信链路组成示意Fig.1 Composition of CTCS-3 train-wayside communication link

2 2020年段管内CTCS-3无线超时降级概况

梳理统计2020年CTCS-3无线超时降级，具体情况如下：通信49件，车载56件，RBC 7件，原因不明79件，总计191件。其中，通信问题主要是基站通信质量不良，为通信设计问题；车载问题主要是单电台移交、电台故障、SIM卡故障、ATP故障、ATP软件原因异常发送DR拆链等；RBC侧7件降级包括京港RBC2与邻局RBC通信问题1件，京港RBC3的ISDN4服务器工作异常1件，京港RBC4时间戳问题 1件，京港RBC6、RBC7的ISDN 软件T1定时器问题 4件。

3 典型CTCS-3降级分析

1）案例1：“3.8”郑阜线G3192次列车从京港RBC1，开往京港RBC2，在移交点发生无线超时降级，京港RBC1与京港RBC2连接关系如图2所示。

图2 京港RBC1与京港RBC2连接关系示意Fig.2 Schematic diagram of the connection relationship between Jinggang RBC1 and Jinggang RBC2

RBC间移交原理：当列车运行至RBC边界处时，需实现列车在两个RBC间行车许可控制的安全切换过程。运行在CTCS-3级的列车，必须能不减速地通过相邻RBC边界。因此，移交RBC必须能向接收RBC发送移交预告信息、进路请求信息、移交通告信息、移交确认信息、移交取消信息等，接收RBC需向移交RBC发送进路信息、接管信息等，如图3所示。

图3 RBC移交（RBC1为移交RBC， RBC2为接收RBC）Fig.3 RBC handover (RBC1 is the handover RBC,RBC2 is the receiving RBC)

原因分析：京港RBC1是中国郑州局铁路集团公司管辖设备，京港RBC2是合肥电务段管辖设备，属于两个RBC厂家接口互联互通问题。两个厂家RBC设备由于处理时隙不同造成通信阻塞导致降级。

解决措施：两个厂家均符合接口规范，经过反复探讨，对京港RBC2软件进行升级，将相邻RBC发送周期时间配置由2 s改为3 s，增加对设备处理延时和通信延时的容忍度，现场更换京港RBC2软件得以解决。

2）案例2：列车在某RBC管辖范围以CTCS-3级完全模式运行正常，列车运行至某处（启动移交后）降为CTCS-2级模式运行。

原因分析：相邻RBC时间戳在处理溢出时存在缺陷，导致相邻RBC通信中断，从而引起列车无线超时，移交RBC日志解析如图4所示。

图4 移交RBC日志解析Fig.4 Analysis of handover RBC log

由于RBC时间戳跳变，引起RBC丢弃相邻RBC数据，RBC-RBC间通信超时，引起正在移交的列车移交失败，导致车地无线超时降级运行。

解决措施：基础软件增加对时间戳溢出的防护逻辑，使得多条消息的时间戳能按照需求依次递增且在时间戳溢出特殊场景下可以做出正确处理，目前厂家已经对管内RBC基础软件进行优化，计划升级软件解决此问题。在软件升级前，电务段通过每季度进行RBC双系重启，以便重置RBC时间戳，确保不发生CTCS-3无线超时降级。

3）案例3：3月13日G8327在合安线K1172+290处，因CTCS-3车地通信协议探寻/补发机制失效导致CTCS-3无线超时。

探寻/补发机制原理：根据ISO 7776标准要求，在车地数据交互过程中，发送方每次发送信息帧I帧后，应启动T1定时器（2 s）。若发送方在T1时间内未收到正确的接收确认，发送方应向接收方发送探寻帧，在收到接收方回复的响应帧后，发送方补发丢失的信息帧，如图5所示。

图5 C3车地通信探寻/补发原理Fig.5 Schematic diagram of recovered mechanism in CTCS-3 radio train-wayside communication systems

原 因 分 析：15:52:34.840 RBC 发 送 M3消息，该包拆分为9个HDLC的I 帧（N(S)=49～N(S)=57）。15:52:37.547 车载发送 I帧，N(R)=53，说明N(S)=53～N(S)=57均未被车载正常接收到；T1时间超时后，RBC未向ATP发送探寻帧，导致车载收到I帧序列不完整，无法组成 M3 消息，20 s未收到应用数据判断与RBC超时，主动发送DI断开通信连接，如图6所示。

图6 DI断开消息日志解析Fig.6 DI disconnect message log analysis

经分析，在因通信原因导致多个数据帧丢失时，如果车地通信交互数据较为密集，ISDN 服务器软件在T1时间内会持续收到车载的信息帧I帧或监控帧（RR、RNR）。由于ISDN 服务器软件实现存在缺陷，此时会错误地重置T1定时器，导致RBC未能及时发现有信息帧丢失，未能向车载及时探寻/补发丢失的信息帧。

解决措施：升级合安ISDN 服务器软件，在车地密集交互数据时，保持T1定时器计时的持续性，使RBC可以及时发现因通信原因导致的信息帧丢失，及时向车载探寻/重传数据，确保车地通信的完整性、可靠性，此问题得以解决。

4）案例4：G1804/1次运行至合宁线合肥站-罗岗站下行线CTCS-3转CTCS-2无线连接超时，所属RBC设备为合蚌RBC2。

原因分析：经过分析RBC数据，列车运行至XXK4+746处发生无线超时。根据列控工程数据表CTCS-3级动车组从合蚌客专进入合肥站股道停车后继续向罗岗方向正向运行时，在合肥至罗岗区间B53应答器组处进行CTCS-3级向CTCS-2级执行转换。切换应答器组设计如表1所示。

表1 合肥新客线下行线应答器位置Tab.1 Downlink transponder location table of Hefei New Passenger Line

降级位置未到达CTCS-3/CTCS-2级间切换点B53应答器组所在的XXK5+380。通过分析通信GSM-R三接口数据，无线超时时间段下行通信质量达到7级，属于通信质量不良情况，导致车载未收到RBC发送的信息，车载回执大量无效信息，MSC主动拆链重置当前通信链路，导致列车降级CTCS-2运行。

由于合宁线合肥站出站向罗岗方向属于CTCS-2线路，向合肥北城方向属于CTCS-3线路，合蚌RBC2在合宁线CTCS-3的管辖范围延伸至合肥―罗岗区间，即CTCS-3/CTCS-2级间切换点在合肥―罗岗区间，但合肥―罗岗区间由于原属C2线路，GSM-R未实现良好的冗余覆盖。

解决措施：针对类似合肥站等复杂枢纽场景，涉及多方向出站，且列控等级不同，需将CTCS-2线路的级间切换点移设到合肥站CTCS-3线路方向，或在CTCS-2线路增设GSM-R基站进行增强覆盖。后续应加强通信信号两个专业的联动联检，提前介入，在前期开通中对设计方案进行充分论证，确保此类问题不再发生。

4 总结

高铁线路CTCS-3安全稳定，才能确保铁路的运输安全和运输效率。随着段管内CTCS-3线路日益增多，为保证RBC设备的运用安全，减少CTCS-3降级的发生，后续将会同各厂家进行深入分析，提出针对性的优化及整改措施，对电务CTCS-3无线超时降级分析以及RBC维修管理工作中起到一定的指导和借鉴作用。

CTCS-3无线超时涉及车地传输中ATP、RBC、GSM-R网络等多个环节，各系统间接口又涉及到有线通信和无线通信，情况较为复杂。除加强设备维护和故障分析团队培训外，还应针对车地无线通信的多个环节，补强数据分析手段，积累案例库，利用大数据分析、人工智能等先进技术，实现无线超时故障的自动化分析。