特殊場景下動車組誤接收電碼化信息問題探討

秦樹增

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司,天津 300251)

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

關鍵詞：動車組；誤接收；電碼化；機車信號信息；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，還是未裝備列控設備的普速鐵路，機車信號信息都是信號系統(tǒng)重要的基礎信息。

機車信號信息是由地面向機車傳遞反映線路空閑與進路狀況的信息[1]，主要是列車運行前方閉塞分區(qū)空閑數(shù)、道岔側(cè)向進路信息等[2]；高速鐵路的機車信號低頻信息還對應一定的固定限速，是生成速度—距離模式曲線的基礎數(shù)據(jù)?？梢?，機車信號信息是產(chǎn)生列車運行許可、確保列車安全行車間隔的安全信息，必須符合故障導向安全原則，必須具有高安全、高可靠的性能[3]。

機車信號信息在區(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現(xiàn)信息的傳遞。當車站站型復雜、站場布置特殊、且采用非移頻軌道電路并實施車站電碼化時，如果設計考慮不周全，就有可能出現(xiàn)丟碼、誤接收等問題，處理不當時可能引起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)列車運行方向，列車占壓、出清閉塞分區(qū)的順序關系，對閉塞分區(qū)的狀態(tài)進行邏輯判定[4]，可杜絕由于信息傳輸故障導致的嚴重后果。而車站電碼化缺少此類防護措施。

圖1所示車站(局部)與“運電高信電[2015]889號”通報案例的站型布置相似，且運行動車組列車，若采用相同的電碼化設計方案，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3/5 G(長960 m)設計為壓入發(fā)碼且接車和發(fā)車方向均采用同一載頻時，如果辦理了XB至側(cè)線股道的側(cè)向接車進路，在列車頭部剛越過SZ總出站信號機后可能瞬時接收到HU碼，隨后無碼，車載設備會觸發(fā)緊急制動[5]。

3 原因分析

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

3.1 機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，當機車第一輪對壓入本區(qū)段時，形成一個有電回路，如圖2中的“回路1”；當此電路的電流達到機車信號鋼軌最小短路電流值時，設于機車第一輪對前方的接收線圈就可以產(chǎn)生交變的感應電勢，從而將地面信息傳遞到機車信號設備上來。為了使接收線圈與鋼軌回路產(chǎn)生電磁耦合關系，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車前方第一輪對之前[6-7]。

圖2 機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，在機車第一輪對越過絕緣節(jié)，第二輪對尚未越過的短暫時段內(nèi)，第一輪對與后方絕緣節(jié)之間也形成一個較小的有電回路，如圖2中的“回路2”。但因為接收線圈處于該回路之外，不能產(chǎn)生感應電勢，機車接收不到該信息。

3.2 可能存在的原因

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

首先，電碼化電路設計為壓入發(fā)碼，不區(qū)分列車運行方向，且兩個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等進路信息，不能判斷正確的發(fā)碼時機；這是地面設備控制條件的缺失。而接、發(fā)車進路均采用相同載頻又在車載設備的控制條件上造成缺失。

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

圖3 機車信號信息傳輸原理示意之二(單位：mm)

當然，這個現(xiàn)象的持續(xù)時間很短暫，當后續(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中細虛線所示，當?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 機車信號信息傳輸原理示意之三(單位：mm)

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

第四，由于設計原因，背著列車運行方向的一端(如圖2中的接收端)發(fā)碼時，在第一輪對剛越過絕緣節(jié)時，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，接收線圈瞬時處于該回路上，當然，這個回路太短，作為孤立的因素可以忽略。

上述任何單個原因都不會造成機車信號的誤接收，只有當上述各原因在某個時間點同時發(fā)生，才可能引發(fā)此問題?！斑\電高信電[2015]889號”所提到的案例，正是在設計有缺陷、動車組出段空載自重輕、運行速度慢(當時速度約33 km/h)等原因(或許還有電碼化出口電流較大的原因)同時發(fā)生時，才導致此事件的發(fā)生。

4 解決措施

上述幾個原因中，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[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不可更改的先決條件，其分路效果要提高，可考慮定點提高噴涂、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)段入口電流進行測試，在滿足基本要求的前提下適當降低發(fā)送電平，減少因漏流而引起機車信號誤上碼的概率[5]。

提高列車在該區(qū)段的運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計方案。首先可通過調(diào)整載頻布置，使接、發(fā)車進路采用不同載頻[13]，由車載設備保證正確的接收對象；其次考慮修改電路，由地面設備保證正確的發(fā)碼時機；下述2個方案闡述了如何控制發(fā)碼時機。

4.1 方案1

如圖1所示，3/5G是正線上的區(qū)段，正線發(fā)、接車進路電碼化應設計為預疊加方式，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)分進路方向。而側(cè)向接車進路，咽喉區(qū)軌道區(qū)段不應發(fā)碼；側(cè)向發(fā)車進路，只在SZ總出站信號機的接近區(qū)段3/5G設有電碼化，其形式與股道相似，似乎可以像普速車站側(cè)線股道一樣設計為疊加方式、占用發(fā)碼。實則不然，普速車站股道電碼化不存在上述機車自重小導致的漏流明顯問題，最為關鍵的是，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。這是因為如果是側(cè)向接車至股道停車，股道上本來就該接收到HU碼；而如果是彎進直出的通過進路，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，一端為調(diào)車信號機(僅有絕緣節(jié)，無信號機的情況同此)，只能是單側(cè)發(fā)碼。此種情況，一定要區(qū)分列車運行方向，僅讓迎著列車運行方向的一端發(fā)碼，且應實現(xiàn)預發(fā)碼[14]。如辦理的是側(cè)向發(fā)車進路，在3/5G電碼化電路的發(fā)碼通道中使用的3/5G SCJ應含有YMJ(預發(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個繼電器由聯(lián)鎖驅(qū)動。SZ GJJ平時落下，當以SZ作為進路終端排列了列車進路、且進路鎖閉后吸起，列車壓入上行出站信號機內(nèi)方第一個區(qū)段后落下；SZ ZCJ平時吸起，當以SZ作為進路終端排列了列車進路或由站內(nèi)向3/5G排列了調(diào)車進路、且進路鎖閉后落下，進路最后一個區(qū)段解鎖時吸起[15-17]。YMJ的吸起，證明建立了以SZ作為進路終端的發(fā)車進路，為3/5G發(fā)碼準備了條件。具體的發(fā)碼時機由3/5G SCJ來控制，其電路如圖6所示?？梢钥闯觯熊噳喝氚l(fā)車進路中的5DG時，3/5G開始發(fā)碼，直至列車出清整個發(fā)車進路，3/5G終止發(fā)碼。

此種電碼化設計方案，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)向接車進路，因為YMJ、3/5G SCJ的作用，3/5G沒有發(fā)碼的條件和時機，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時機的發(fā)碼，其他不產(chǎn)生危險的時候可不做處理。正如“運電高信電[2015]889號”指出的“總體要求是在辦理接車進路時，反方向信號機接近區(qū)段應停止發(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，當辦理經(jīng)由3/5G的側(cè)向接車進路時，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的勵磁條件)是辦理了經(jīng)由3/5G的側(cè)向接車進路且進站信號機開放允許信號或引導信號；當列車運行至3/5G內(nèi)方相鄰的軌道區(qū)段時恢復發(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，運營良好，沒再發(fā)生前述故障。

可以看出，如果有多個進站口可以辦理經(jīng)由3/5G的側(cè)向接車進路時，需要將所有進站信號的LXJ、YXJ并聯(lián)在XB LXJ繼電器兩側(cè)；將所有進站信號機內(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)。當車站進站口較多、站場布置比較復雜時，該電路將較為復雜；而且存在特殊情況下由于車列或單機占用某區(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)生嚴重后果，因此，需特別注意特殊情況下的設計方案。

上述2種電碼化改進方案雖然基于不同的思路，但均可以解決此類問題。實際工程建設中，可根據(jù)項目實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)在有動車組運行的區(qū)段，僅運行普速列車的線路不建議進行修改，應維持原有設計方案。

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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)于西南交通大學交通信息工程及控制專業(yè)，工學碩士，主要從事鐵路信號工程設計與研究工作，E-mail：shuzhen_qin@126.com。

文章編號：1004-2954(2017)05-0149-04

中圖分類號：U238;U284

文獻標識碼：A

DOI：10.13238/j.issn.1004-2954.2017.05.032