过分相两次断主断问题研究

2022-06-27郜新军周永健霍黎明

铁路通信信号工程技术 2022年6期

郜新军，汪洋，周永健，霍黎明

（中国铁道科学研究院集团有限公司，北京 100081）

信号系统联调联试是高速铁路联调联试的重要组成部分，其中自动过分相功能属于重要测试内容。高速铁路接触网采用分段供电，各区段之间通过空间分割，该段无电区称为分相区[1]。

相关学者对列车过分相存在问题进行研究。刘泊涛等[2]提出在联络线设置分相关节或对分相关节改造时，必须统筹考虑邻近分相关节间距，避免动车组磁钢自动过分相失败。姜明华[3]针对装载300S列控车载设备动车组在高铁枢纽结合部运行时发生的过分相问题进行研究，提出修改车载列车超速防护（Automatic Train Protection，ATP）设备逻辑解决问题。张泽等[4]分析动车组磁钢自动过分相原理并对现场过分相故障进行分析，提出整改措施。陈曦等[5]从列控车载设备和动车组两方面对现场发生的带电过分相问题进行分析，提出设计优化建议以避免同类问题发生。上述研究一定程度上降低了现场过分相问题发生频率，但是缺少从源头层面研究解决过分相失败问题，源头理论的研究对解决现场过分相问题有着至关重要的意义。本文以此前从未发生的某线联调联试期间动车组过分相时两次断主断新问题为研究对象，结合不同车载ATP处理逻辑，综合分析过分相问题产生的原因，提出整改措施，并建议从行业规范制定以及设计阶段等源头进行预防，避免现场过分相失败问题。

1 两次断主断问题现象

某高铁线信号系统联调联试过程中，进行跨线列车互联互通测试时，采用CTCS-3级车载设备跨线动车组进行互联互通测试，采用列车CRH2-094C，车载设备是国产化CTCS3-300S车载ATP。

问题发生在测试序列D55114次，试验动车组在经过K1066分相时，正常断开主断，经过分相后正常闭合主断，继续运行至K1067附近时，主断第二次断开，无法自动闭合，需要手动闭合。

2 两次断主断问题分析

车载设备厂家根据车载司法记录单元（Judicial Record Units，JRU）记录对问题进行分析，如图1所示。列车出站后经过应答器030-1-17-2-2，该应答器中[ETCS-68]包表明前方4 980 m之后存在一个长度为90 m的分相区。此外，数据回放显示车载过分相指令已激活，且输出了屏蔽磁钢过分相命令。

图1 JRU接收的应答器信息Fig.1 Balise information received by JRU

数据显示列车在运行至公里标约K1066+942处（进入分相区前3 s），车载输出至车辆断开真空断路器（Vacuum Circuit Breaker，VCB）指令；列车运行至公里标约K1066+768处（越过分相区终点130 m），车载输出至车辆闭合VCB指令；列车运行至公里标K1066+300处（越过分相区终点600 m），车载取消过分相激活指令，不再屏蔽磁钢过分相。该过程符合规范《CTCS-3级列控车载设备技术规范（暂行）》（铁运[2012] 211号文）5.13.2.3节[6]中过分相描述，不存在问题。

测试人员进一步怀疑地面分相数据配置错误，导致该情况发生。故进一步对地面列控数据设计文件进行核对，发现施工符合设计且列控数据方面无问题。从信号系统联调联试的角度出发，该故障非车载设备原因，地面数据也无问题，可直接交予车辆厂家或供电专业进行核查。但对于其他车载设备无故障，300S和300H车载设备经过必出该故障的情况，测试人员没有简单将问题上报，而是进一步进行分析。

自动过分相存在3种方式：1）磁钢过分相；2）ATP自动过分相；3）手动过分相。其中，第一种方式磁钢过分相的原理是车辆通过磁钢感应器感应安装在钢轨上的磁钢，断开/闭合主断路器。根据《车载控制自动过分相系统技术条件》（TB/T 3197-2008）[7]，钢轨地面磁钢布置如图2所示。

图2中G1点为预告点，列车运行至该位置后接收到地面发送的预告地面定位信号，即进入预告模式。控制装置将控制电机电流平稳下降至0，发出断主断信号给控制电路，后者控制机车断主断；G2点为强迫断点，列车运行至该位置后接收到地面发送的强迫断信号，即进入强迫断模式。控制装置向微机柜发出过分相强迫断信号，微机柜立即封锁牵引电机电流，发出断主断信号给控制电路控制机车断主断。若已按预告模式处理完毕，则忽略该信号；G3和G4均为恢复点[8]，列车运行至该位置后接收到地面发送的恢复信号，即进入恢复模式。控制装置将发出合主断指令，并控制辅机系统重启和恢复牵引电机电流。

图2 自动过分相地面磁钢布置Fig.2 Layout of ground magnetic steel of automatic passing neutral section

第二种方式ATP自动过分相原理是依据《CTCS-3级列控车载设备技术规范（暂行）》（铁运[2012] 211号文）5.13.2.3，具体如下：“5.13.2.3 CTCS-2主控单元控制过分相选择信号输出应遵循以下原则：

1）当从应答器接收到分相区预告信息后，应立即输出GFX禁止信号；

2）当车头越过分相区终点600 m后应停止输出GFX禁止信号。”

GFX信号用于屏蔽磁钢过分相功能，该信号有效时，磁钢过分相功能无效；该信号取消时，磁钢过分相功能有效。

对比上述两种自动过分相原理可以得出，在C3车载后备模式C2控车时，自动过分相的流程：车载接收应答器分相预告信息后，立刻输出了过分相（GFX）信号，此时磁钢过分相功能失效。列车根据应答器报文计算分相起点和终点位置后，输出分相断合指令，并在车头越过分相区终点600 m后停止GFX信号的输出，磁钢过分相功能恢复正常。

根据前文提到的磁钢位置，结合磁钢感应器位置，考虑最不利情况，即使用后弓的16列动车组。参考动车组受电弓位置，1型车受电弓位置为（2、7），5型车受电弓位置为（3、6），2型车受电弓位置为（4、6和4、13），3型车受电弓位置（2、7和2、7、10、15）。

最不利情况，按照使用后弓的16列动车组（380BL）计算，后弓距离车头位置大约为370 m，列车车头距离分相600 m，则受电弓距离分相为230 m。受电弓距离最外侧磁钢为25 m（230-170-35=25 m）。即刚好可以屏蔽最后一个可能起作用的磁钢。按照以上数据分析，300S和300H不应存在问题。

但磁钢位置在2012年发生了调整，依据相关标准规定[9]，当实际运营线路是时速250 km及以上高速铁路，地面磁感应器的设置位置调整a值为360 m，b值为140 m。即a+b=500 m。

按照规范中磁钢位置，如图3所示可知列车车头越过分相区终点600 m取消GFX信号时，列车车头距离最外侧磁钢仅100 m。而此时最外侧磁钢的功能对于动车组为强断主断磁钢。经与各车载厂家初步沟通，除300S和300H外其他厂家ATP均对600 m延长了一定距离，如100 m左右，只有300H车载完全按照600 m执行。因此导致300S和300H车载测试时，多次发生两次断主断问题。