特殊場景下動車組誤接收電碼化信息問題探討

秦樹增

(鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,天津 300251)

摘 要：特殊的車站電碼化場景中動車組列車存在錯(cuò)誤接收電碼化信息的問題,嚴(yán)重時(shí)會導(dǎo)致ATP制動停車事故。從機(jī)車信號信息傳輸原理出發(fā),結(jié)合實(shí)際案例,從電碼化設(shè)計(jì)方案、動車組自身特點(diǎn)等角度進(jìn)行分析和研究,得出主要原因是電碼化方案設(shè)計(jì)有缺陷、動車組空載自重輕、列車運(yùn)行速度慢等。針對各種原因,分別提出相應(yīng)的解決措施,最后著重從改進(jìn)電碼化設(shè)計(jì)方案的角度給出解決方案,并提出不同方案的選用建議。

關(guān)鍵詞：動車組；誤接收；電碼化；機(jī)車信號信息；特殊場景

1 概述

不論是裝備了CTCS-3(或CTCS-2)級列控系統(tǒng)的高速鐵路，還是未裝備列控設(shè)備的普速鐵路，機(jī)車信號信息都是信號系統(tǒng)重要的基礎(chǔ)信息。

機(jī)車信號信息是由地面向機(jī)車傳遞反映線路空閑與進(jìn)路狀況的信息[1]，主要是列車運(yùn)行前方閉塞分區(qū)空閑數(shù)、道岔側(cè)向進(jìn)路信息等[2]；高速鐵路的機(jī)車信號低頻信息還對應(yīng)一定的固定限速，是生成速度—距離模式曲線的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)?？梢?，機(jī)車信號信息是產(chǎn)生列車運(yùn)行許可、確保列車安全行車間隔的安全信息，必須符合故障導(dǎo)向安全原則，必須具有高安全、高可靠的性能[3]。

機(jī)車信號信息在區(qū)間通過無絕緣移頻軌道電路傳遞到列車上；在站內(nèi)可通過有絕緣移頻軌道電路、或車站電碼化措施實(shí)現(xiàn)信息的傳遞。當(dāng)車站站型復(fù)雜、站場布置特殊、且采用非移頻軌道電路并實(shí)施車站電碼化時(shí)，如果設(shè)計(jì)考慮不周全，就有可能出現(xiàn)丟碼、誤接收等問題，處理不當(dāng)時(shí)可能引起ATP制動停車事故。

2 信息傳遞過程中可能出現(xiàn)的問題

高速或普速鐵路的區(qū)間要求由列控中心或繼電式邏輯電路根據(jù)列車運(yùn)行方向，列車占壓、出清閉塞分區(qū)的順序關(guān)系，對閉塞分區(qū)的狀態(tài)進(jìn)行邏輯判定[4]，可杜絕由于信息傳輸故障導(dǎo)致的嚴(yán)重后果。而車站電碼化缺少此類防護(hù)措施。

圖1所示車站(局部)與“運(yùn)電高信電[2015]889號”通報(bào)案例的站型布置相似，且運(yùn)行動車組列車，若采用相同的電碼化設(shè)計(jì)方案，理論上會出現(xiàn)相同的問題。

圖1 車站局部信號平面布置

即當(dāng)3/5 G(長960 m)設(shè)計(jì)為壓入發(fā)碼且接車和發(fā)車方向均采用同一載頻時(shí)，如果辦理了XB至側(cè)線股道的側(cè)向接車進(jìn)路，在列車頭部剛越過SZ總出站信號機(jī)后可能瞬時(shí)接收到HU碼，隨后無碼，車載設(shè)備會觸發(fā)緊急制動[5]。

3 原因分析

“運(yùn)電高信電[2015]889號”指出，出現(xiàn)此類問題的主要原因是將SZ總出站信號機(jī)的接近區(qū)段3/5G設(shè)計(jì)為壓入發(fā)碼的股道電碼化，不能區(qū)分列車運(yùn)行方向，且兩個(gè)方向采用了相同載頻。此外，還有一個(gè)重要的特點(diǎn)，即該進(jìn)路是動車組運(yùn)行徑路。

3.1 機(jī)車信號接收地面信息的基本原理

地面移頻信息由軌道電路發(fā)送端(或接收端，圖2以發(fā)送端示意)經(jīng)鋼軌引接線送至鋼軌，當(dāng)機(jī)車第一輪對壓入本區(qū)段時(shí)，形成一個(gè)有電回路，如圖2中的“回路1”；當(dāng)此電路的電流達(dá)到機(jī)車信號鋼軌最小短路電流值時(shí)，設(shè)于機(jī)車第一輪對前方的接收線圈就可以產(chǎn)生交變的感應(yīng)電勢，從而將地面信息傳遞到機(jī)車信號設(shè)備上來。為了使接收線圈與鋼軌回路產(chǎn)生電磁耦合關(guān)系，必須使接收線圈置于有電回路上，為此，接收線圈必須懸掛于機(jī)車前方第一輪對之前[6-7]。

圖2 機(jī)車信號信息傳輸原理示意之一

理論上接收線圈只能接收迎著列車運(yùn)行方向發(fā)碼端(如圖2的發(fā)送端)發(fā)送的移頻信息。如果背著列車運(yùn)行方向的一端(如圖2中的接收端)有移頻信息發(fā)至鋼軌上，在機(jī)車第一輪對越過絕緣節(jié)，第二輪對尚未越過的短暫時(shí)段內(nèi)，第一輪對與后方絕緣節(jié)之間也形成一個(gè)較小的有電回路，如圖2中的“回路2”。但因?yàn)榻邮站€圈處于該回路之外，不能產(chǎn)生感應(yīng)電勢，機(jī)車接收不到該信息。

3.2 可能存在的原因

從機(jī)車信號信息傳輸原理來看，理論上不應(yīng)該接收到背向發(fā)送端發(fā)至鋼軌的移頻信息。而實(shí)際運(yùn)用中確實(shí)發(fā)生過此類問題，其主要原因應(yīng)該有如下幾點(diǎn)。

首先，電碼化電路設(shè)計(jì)為壓入發(fā)碼，不區(qū)分列車運(yùn)行方向，且兩個(gè)方向均采用了相同載頻。壓入發(fā)碼的發(fā)碼通道控制繼電器僅為GJF，未包含JMJ、FMJ等進(jìn)路信息，不能判斷正確的發(fā)碼時(shí)機(jī)；這是地面設(shè)備控制條件的缺失。而接、發(fā)車進(jìn)路均采用相同載頻又在車載設(shè)備的控制條件上造成缺失。

其次，與普速列車的機(jī)車相比，動車組列車的單節(jié)車廂整備質(zhì)量要小得多，空載時(shí)其自重更小[8]。因此，僅第一輪對壓入發(fā)碼區(qū)段時(shí)，其分路效果明顯不良；電碼化出口電流較大時(shí)，漏流(如圖3中接收端發(fā)碼時(shí)的細(xì)虛線部分)現(xiàn)象較為明顯，一旦漏流大于機(jī)車信號鋼軌最小短路電流值時(shí)，接收線圈即能接收到移頻信息。

圖3 機(jī)車信號信息傳輸原理示意之二(單位：mm)

當(dāng)然，這個(gè)現(xiàn)象的持續(xù)時(shí)間很短暫，當(dāng)后續(xù)輪對陸續(xù)越過絕緣節(jié)后，第一輪對前方的漏流逐漸減小至微乎其微。如圖4中細(xì)虛線所示，當(dāng)?shù)诙唽υ竭^絕緣節(jié)后，漏流主要局限于第二輪對與第一輪對之間。

圖4 機(jī)車信號信息傳輸原理示意之三(單位：mm)

第三，HU碼的譯碼時(shí)間僅需要0.9 s，譯碼時(shí)間最長的L碼也僅需要2 s[9]，當(dāng)列車運(yùn)行速度較低(如36 km/h，2 s運(yùn)行20 m，0.9 s運(yùn)行9 m)時(shí)，漏流區(qū)段長度不需要太長即可完成譯碼。

第四，由于設(shè)計(jì)原因，背著列車運(yùn)行方向的一端(如圖2中的接收端)發(fā)碼時(shí)，在第一輪對剛越過絕緣節(jié)時(shí)，存在600～680 mm(鋼軌絕緣夾板(魚尾板)按1 000 mm考慮，鋼軌引接線塞釘孔中心至魚尾板端部100～180 mm[10])長的小有電回路，接收線圈瞬時(shí)處于該回路上，當(dāng)然，這個(gè)回路太短，作為孤立的因素可以忽略。

上述任何單個(gè)原因都不會造成機(jī)車信號的誤接收，只有當(dāng)上述各原因在某個(gè)時(shí)間點(diǎn)同時(shí)發(fā)生，才可能引發(fā)此問題?！斑\(yùn)電高信電[2015]889號”所提到的案例，正是在設(shè)計(jì)有缺陷、動車組出段空載自重輕、運(yùn)行速度慢(當(dāng)時(shí)速度約33 km/h)等原因(或許還有電碼化出口電流較大的原因)同時(shí)發(fā)生時(shí)，才導(dǎo)致此事件的發(fā)生。

4 解決措施

上述幾個(gè)原因中，軌道電路發(fā)送端(或接收端)距離絕緣節(jié)的距離受安裝器材的限制，沒有太大的壓縮空間，鋼軌絕緣夾板(魚尾板)長度選擇820 mm時(shí)[11]，該間距最小可減少至(820/2+100)mm=520 mm。原為了在正常情況下消除接收盲區(qū)而采取的交叉設(shè)置鋼軌引接線的方式[3，12]也能在一定程度上起到作用。但由于此原因本身起到的作用微乎其微，可不予考慮。

動車組自重也是一個(gè)不可更改的先決條件，其分路效果要提高，可考慮定點(diǎn)提高噴涂、打磨鋼軌頻度，使鋼軌阻抗長期維持在較低的水平。另外一個(gè)措施就是使漏流變小，可通過對該類電碼化區(qū)段入口電流進(jìn)行測試，在滿足基本要求的前提下適當(dāng)降低發(fā)送電平，減少因漏流而引起機(jī)車信號誤上碼的概率[5]。

提高列車在該區(qū)段的運(yùn)行速度也能在一定程度上降低發(fā)生此類事件的概率，可在行規(guī)、站細(xì)等管理性文件中作出最低限速要求。

然而上述措施只能在一定程度上降低該類事件發(fā)生的概率，不是根本的解決之道。要從源頭上解決，還是要修改電碼化設(shè)計(jì)方案。首先可通過調(diào)整載頻布置，使接、發(fā)車進(jìn)路采用不同載頻[13]，由車載設(shè)備保證正確的接收對象；其次考慮修改電路，由地面設(shè)備保證正確的發(fā)碼時(shí)機(jī)；下述2個(gè)方案闡述了如何控制發(fā)碼時(shí)機(jī)。

4.1 方案1

如圖1所示，3/5G是正線上的區(qū)段，正線發(fā)、接車進(jìn)路電碼化應(yīng)設(shè)計(jì)為預(yù)疊加方式，發(fā)碼通道中的3/5G SCJ(3/5G XCJ)含有SI FMJ(XB JMJ)的信息，可區(qū)分進(jìn)路方向。而側(cè)向接車進(jìn)路，咽喉區(qū)軌道區(qū)段不應(yīng)發(fā)碼；側(cè)向發(fā)車進(jìn)路，只在SZ總出站信號機(jī)的接近區(qū)段3/5G設(shè)有電碼化，其形式與股道相似，似乎可以像普速車站側(cè)線股道一樣設(shè)計(jì)為疊加方式、占用發(fā)碼。實(shí)則不然，普速車站股道電碼化不存在上述機(jī)車自重小導(dǎo)致的漏流明顯問題，最為關(guān)鍵的是，即便接收到反向漏流產(chǎn)生的移頻信息也不會出現(xiàn)瞬間接收到HU碼隨即無碼的情況。這是因?yàn)槿绻莻?cè)向接車至股道停車，股道上本來就該接收到HU碼；而如果是彎進(jìn)直出的通過進(jìn)路，則是HU碼轉(zhuǎn)變?yōu)樵试S碼；因此誤接收到的HU碼不會突變?yōu)楦拗萍壍牡皖l碼(如H碼)或無碼。

而本站3/5G一端為SZ總出站信號機(jī)，一端為調(diào)車信號機(jī)(僅有絕緣節(jié)，無信號機(jī)的情況同此)，只能是單側(cè)發(fā)碼。此種情況，一定要區(qū)分列車運(yùn)行方向，僅讓迎著列車運(yùn)行方向的一端發(fā)碼，且應(yīng)實(shí)現(xiàn)預(yù)發(fā)碼[14]。如辦理的是側(cè)向發(fā)車進(jìn)路，在3/5G電碼化電路的發(fā)碼通道中使用的3/5G SCJ應(yīng)含有YMJ(預(yù)發(fā)碼繼電器)信息(包含正線發(fā)車的SI FMJ及側(cè)線發(fā)車的進(jìn)路信息)，其電路如圖5所示。

圖5 YMJ繼電器電路

由圖5可以看出，YMJ信息中包含區(qū)分進(jìn)路方向和性質(zhì)的SZ GJJ(軌道檢查繼電器)、SZ ZCJ(照查繼電器)，這2個(gè)繼電器由聯(lián)鎖驅(qū)動。SZ GJJ平時(shí)落下，當(dāng)以SZ作為進(jìn)路終端排列了列車進(jìn)路、且進(jìn)路鎖閉后吸起，列車壓入上行出站信號機(jī)內(nèi)方第一個(gè)區(qū)段后落下；SZ ZCJ平時(shí)吸起，當(dāng)以SZ作為進(jìn)路終端排列了列車進(jìn)路或由站內(nèi)向3/5G排列了調(diào)車進(jìn)路、且進(jìn)路鎖閉后落下，進(jìn)路最后一個(gè)區(qū)段解鎖時(shí)吸起[15-17]。YMJ的吸起，證明建立了以SZ作為進(jìn)路終端的發(fā)車進(jìn)路，為3/5G發(fā)碼準(zhǔn)備了條件。具體的發(fā)碼時(shí)機(jī)由3/5G SCJ來控制，其電路如圖6所示?？梢钥闯?，列車壓入發(fā)車進(jìn)路中的5DG時(shí)，3/5G開始發(fā)碼，直至列車出清整個(gè)發(fā)車進(jìn)路，3/5G終止發(fā)碼。

此種電碼化設(shè)計(jì)方案，只在規(guī)定的、正確的條件下允許發(fā)碼，其他情況一概不能發(fā)碼。如果辦理了由XB至側(cè)線股道的側(cè)向接車進(jìn)路，因?yàn)閅MJ、3/5G SCJ的作用，3/5G沒有發(fā)碼的條件和時(shí)機(jī)，也就從根本上消除了誤接收的可能。

圖6 SCJ繼電器電路圖

4.2 方案2

該方案的思路是終止不當(dāng)時(shí)機(jī)的發(fā)碼，其他不產(chǎn)生危險(xiǎn)的時(shí)候可不做處理。正如“運(yùn)電高信電[2015]889號”指出的“總體要求是在辦理接車進(jìn)路時(shí)，反方向信號機(jī)接近區(qū)段應(yīng)停止發(fā)碼”。

該方案是在電碼化發(fā)碼通道中增加QMJ(切碼繼電器)條件，當(dāng)辦理經(jīng)由3/5G的側(cè)向接車進(jìn)路時(shí)，由QMJ切斷發(fā)碼通道，3/5G停止發(fā)碼。停止發(fā)碼的條件(即QMJ的勵(lì)磁條件)是辦理了經(jīng)由3/5G的側(cè)向接車進(jìn)路且進(jìn)站信號機(jī)開放允許信號或引導(dǎo)信號；當(dāng)列車運(yùn)行至3/5G內(nèi)方相鄰的軌道區(qū)段時(shí)恢復(fù)發(fā)碼，直至列車全部出清3/5G。其電路如圖7、圖8所示[18]。

圖7 QMJ繼電器電路

圖8 發(fā)碼通道電路

西寧站高速場即采用此整改方案，整改至今，運(yùn)營良好，沒再發(fā)生前述故障。

可以看出，如果有多個(gè)進(jìn)站口可以辦理經(jīng)由3/5G的側(cè)向接車進(jìn)路時(shí)，需要將所有進(jìn)站信號的LXJ、YXJ并聯(lián)在XB LXJ繼電器兩側(cè)；將所有進(jìn)站信號機(jī)內(nèi)方直至3/5G的軌道區(qū)段的GJF并聯(lián)在3DG GJFJ繼電器兩側(cè)。當(dāng)車站進(jìn)站口較多、站場布置比較復(fù)雜時(shí)，該電路將較為復(fù)雜；而且存在特殊情況下由于車列或單機(jī)占用某區(qū)段，使得QMJ一直維持在自閉狀態(tài)，正常辦理的正線發(fā)車進(jìn)路反倒不能正常發(fā)碼的可能。因此，有條件的，盡量由聯(lián)鎖驅(qū)動QMJ[13]。

5 結(jié)語

動車組列車錯(cuò)誤接收電碼化信息的故障雖然不常發(fā)生，但一旦發(fā)生就有可能產(chǎn)生嚴(yán)重后果，因此，需特別注意特殊情況下的設(shè)計(jì)方案。

上述2種電碼化改進(jìn)方案雖然基于不同的思路，但均可以解決此類問題。實(shí)際工程建設(shè)中，可根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況選擇合適的方案。第1種方案中的YMJ也可以直接由聯(lián)鎖驅(qū)動，新建或有聯(lián)鎖軟件改造的車站宜采用此種方式。簡單整改不涉及到聯(lián)鎖軟件改造且進(jìn)站口較少的車站可以選用第2種方案。

前文已經(jīng)敘述過，此類問題一般只出現(xiàn)在有動車組運(yùn)行的區(qū)段，僅運(yùn)行普速列車的線路不建議進(jìn)行修改，應(yīng)維持原有設(shè)計(jì)方案。

參考文獻(xiàn)：

[1] 中華人民共和國鐵道部.TB/T 2465—2010鐵路車站電碼化技術(shù)條件[S].北京：中國鐵道出版社，2010.

[2] 中華人民共和國鐵道部.科技運(yùn)[2007]43號關(guān)于發(fā)布《既有線CTCS-2級列車運(yùn)行控制系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范(暫行)》的通知[Z].北京：中華人民共和國鐵道部，2007.

[3] 傅世善.閉塞與列控概論.第八講主機(jī)機(jī)車信號的標(biāo)準(zhǔn)與實(shí)施[J].鐵道通信信號工程技術(shù)，2006(4)：61-63.

[4] 中國鐵路總公司.鐵總運(yùn)[2016]63號關(guān)于引發(fā)《區(qū)間邏輯檢查功能運(yùn)用暫行辦法》的通知[Z].北京：中國鐵路總公司，2016.

[5] 中國鐵路總公司運(yùn)輸局.運(yùn)電高信電[2015]889號關(guān)于蘭新高鐵西寧高速場電碼化觸發(fā)ATP制動停車事故的通報(bào)[Z].北京：中國鐵路總公司運(yùn)輸局，2015.

[6] 中國鐵路通信信號總公司研究設(shè)計(jì)院.鐵路工程設(shè)計(jì)技術(shù)手冊.信號[M].北京：中國鐵道出版社，2007.

[7] 董昱，等.安全列車間隔控制系統(tǒng)[M].蘭州：蘭州大學(xué)出版社，2002.

[8] 中國鐵路總公司.TG/01—2014鐵路技術(shù)管理規(guī)程(普速鐵路部分)[S].北京：中國鐵道出版社，2014.

[9] 中華人民共和國鐵道部.鐵路信號維護(hù)規(guī)則(技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)Ⅰ)[S].北京：中國鐵道出版社，2008.

[10]中國鐵路總公司.Q/CR 9607—2015高速鐵路信號工程施工技術(shù)規(guī)程[S].北京：中國鐵道出版社，2015.

[11]中華人民共和國鐵道部.TB/T 2975—2000膠接絕緣技術(shù)條件[S].北京：中華人民共和國鐵道部，2000.

[12]王兆學(xué).站內(nèi)電碼化在機(jī)械絕緣節(jié)處盲區(qū)處理方案[J].鐵道通信信號，2009(12)：39.

[13]鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司.“運(yùn)電高信電[2015]889號”文整改方案技術(shù)交流會議記錄[Z].天津：鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，2015.

[14]中華人民共和國鐵道部.鐵科技運(yùn)[2010]138號關(guān)于印發(fā)《列控中心技術(shù)規(guī)范》的通知[Z].北京：中華人民共和國鐵道部，2010.

[15]何文卿.6502電氣集中電路(修訂本)[M].北京：中國鐵道出版社，2007.

[16]北京全路通信信號研究設(shè)計(jì)院有限公司.DS6-K5B型計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖設(shè)備說明書V0.1.0[Z].北京：北京全路通信信號研究設(shè)計(jì)院有限公司，2013.

[17]中國鐵道科學(xué)研究院.TYJL-ADX計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖結(jié)合設(shè)計(jì)規(guī)范V2.0[S].北京：中國鐵道科學(xué)研究院，2012.

[18]鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司.ZPW-2000A型站內(nèi)電碼化圖冊[Z].天津：鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，2005.

Discussion on the Problem of EMU Failing to Receive Correct Coding Information in Particular Situation

QIN Shu-zeng

(The Third Railway Survey and Design Institute Group Corporation, Tianjin 300251, China)

Abstract：The problems of EMU receiving incorrectly the coding information exist in particular station coding condition, which, if serious, may cause ATP parking accident. Based on the analysis of the principle of cab signal information transmission and practical cases in terms of the design of coding and the characteristics of EMU, it is conclude that the main failure causes are the design defects, the light dead load of empty EMU and slow running speed of the train. In view of the various reasons, corresponding measures are proposed, solutions are recommended to improve coding design scheme and advices are offered for scheme selection.

Key words：Electrical multiple units (EMU); Error reception; Coding; Cab signal information; Particular situation

收稿日期：2016-09-20；

修回日期：2016-10-13

作者簡介：秦樹增(1983—)，男，工程師，2010年畢業(yè)于西南交通大學(xué)交通信息工程及控制專業(yè)，工學(xué)碩士，主要從事鐵路信號工程設(shè)計(jì)與研究工作，E-mail：shuzhen_qin@126.com。

文章編號：1004-2954(2017)05-0149-04

中圖分類號：U238;U284

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

DOI：10.13238/j.issn.1004-2954.2017.05.032