特殊场景下动车组误接收电码化信息问题探讨秦树增 (铁道第三勘察设计院集团有限公司,天津 300251) 摘 要：特殊的车站电码化场景中动车组列车存在错误接收电码化信息的问题,严重时会导致ATP制动停车事故。从机车信号信息传输原理出发,结合实际案例,从电码化设计方案、动车组自身特点等角度进行分析和研究,得出主要原因是电码化方案设计有缺陷、动车组空载自重轻、列车运行速度慢等。针对各种原因,分别提出相应的解决措施,最后着重从改进电码化设计方案的角度给出解决方案,并提出不同方案的选用建议。 关键词：动车组；误接收；电码化；机车信号信息；特殊场景 1 概述不论是装备了CTCS-3(或CTCS-2)级列控系统的高速铁路，还是未装备列控设备的普速铁路，机车信号信息都是信号系统重要的基础信息。 机车信号信息是由地面向机车传递反映线路空闲与进路状况的信息[1]，主要是列车运行前方闭塞分区空闲数、道岔侧向进路信息等[2]；高速铁路的机车信号低频信息还对应一定的固定限速，是生成速度—距离模式曲线的基础数据。可见，机车信号信息是产生列车运行许可、确保列车安全行车间隔的安全信息，必须符合故障导向安全原则，必须具有高安全、高可靠的性能[3]。 机车信号信息在区间通过无绝缘移频轨道电路传递到列车上；在站内可通过有绝缘移频轨道电路、或车站电码化措施实现信息的传递。当车站站型复杂、站场布置特殊、且采用非移频轨道电路并实施车站电码化时，如果设计考虑不周全，就有可能出现丢码、误接收等问题，处理不当时可能引起ATP制动停车事故。 2 信息传递过程中可能出现的问题高速或普速铁路的区间要求由列控中心或继电式逻辑电路根据列车运行方向，列车占压、出清闭塞分区的顺序关系，对闭塞分区的状态进行逻辑判定[4]，可杜绝由于信息传输故障导致的严重后果。而车站电码化缺少此类防护措施。 图1所示车站(局部)与“运电高信电[2015]889号”通报案例的站型布置相似，且运行动车组列车，若采用相同的电码化设计方案，理论上会出现相同的问题。  图1 车站局部信号平面布置 即当3/5 G(长960 m)设计为压入发码且接车和发车方向均采用同一载频时，如果办理了XB至侧线股道的侧向接车进路，在列车头部刚越过SZ总出站信号机后可能瞬时接收到HU码，随后无码，车载设备会触发紧急制动[5]。 3 原因分析“运电高信电[2015]889号”指出，出现此类问题的主要原因是将SZ总出站信号机的接近区段3/5G设计为压入发码的股道电码化，不能区分列车运行方向，且两个方向采用了相同载频。此外，还有一个重要的特点，即该进路是动车组运行径路。 3.1 机车信号接收地面信息的基本原理 地面移频信息由轨道电路发送端(或接收端，图2以发送端示意)经钢轨引接线送至钢轨，当机车第一轮对压入本区段时，形成一个有电回路，如图2中的“回路1”；当此电路的电流达到机车信号钢轨最小短路电流值时，设于机车第一轮对前方的接收线圈就可以产生交变的感应电势，从而将地面信息传递到机车信号设备上来。为了使接收线圈与钢轨回路产生电磁耦合关系，必须使接收线圈置于有电回路上，为此，接收线圈必须悬挂于机车前方第一轮对之前[6-7]。  图2 机车信号信息传输原理示意之一 理论上接收线圈只能接收迎着列车运行方向发码端(如图2的发送端)发送的移频信息。如果背着列车运行方向的一端(如图2中的接收端)有移频信息发至钢轨上，在机车第一轮对越过绝缘节，第二轮对尚未越过的短暂时段内，第一轮对与后方绝缘节之间也形成一个较小的有电回路，如图2中的“回路2”。但因为接收线圈处于该回路之外，不能产生感应电势，机车接收不到该信息。 3.2 可能存在的原因 从机车信号信息传输原理来看，理论上不应该接收到背向发送端发至钢轨的移频信息。而实际运用中确实发生过此类问题，其主要原因应该有如下几点。 首先，电码化电路设计为压入发码，不区分列车运行方向，且两个方向均采用了相同载频。压入发码的发码通道控制继电器仅为GJF，未包含JMJ、FMJ等进路信息，不能判断正确的发码时机；这是地面设备控制条件的缺失。而接、发车进路均采用相同载频又在车载设备的控制条件上造成缺失。 其次，与普速列车的机车相比，动车组列车的单节车厢整备质量要小得多，空载时其自重更小[8]。因此，仅第一轮对压入发码区段时，其分路效果明显不良；电码化出口电流较大时，漏流(如图3中接收端发码时的细虚线部分)现象较为明显，一旦漏流大于机车信号钢轨最小短路电流值时，接收线圈即能接收到移频信息。  图3 机车信号信息传输原理示意之二(单位：mm) 当然，这个现象的持续时间很短暂，当后续轮对陆续越过绝缘节后，第一轮对前方的漏流逐渐减小至微乎其微。如图4中细虚线所示，当第二轮对越过绝缘节后，漏流主要局限于第二轮对与第一轮对之间。  图4 机车信号信息传输原理示意之三(单位：mm) 第三，HU码的译码时间仅需要0.9 s，译码时间最长的L码也仅需要2 s[9]，当列车运行速度较低(如36 km/h，2 s运行20 m，0.9 s运行9 m)时，漏流区段长度不需要太长即可完成译码。 第四，由于设计原因，背着列车运行方向的一端(如图2中的接收端)发码时，在第一轮对刚越过绝缘节时，存在600～680 mm(钢轨绝缘夹板(鱼尾板)按1 000 mm考虑，钢轨引接线塞钉孔中心至鱼尾板端部100～180 mm[10])长的小有电回路，接收线圈瞬时处于该回路上，当然，这个回路太短，作为孤立的因素可以忽略。 上述任何单个原因都不会造成机车信号的误接收，只有当上述各原因在某个时间点同时发生，才可能引发此问题。“运电高信电[2015]889号”所提到的案例，正是在设计有缺陷、动车组出段空载自重轻、运行速度慢(当时速度约33 km/h)等原因(或许还有电码化出口电流较大的原因)同时发生时，才导致此事件的发生。 4 解决措施上述几个原因中，轨道电路发送端(或接收端)距离绝缘节的距离受安装器材的限制，没有太大的压缩空间，钢轨绝缘夹板(鱼尾板)长度选择820 mm时[11]，该间距最小可减少至(820/2+100)mm=520 mm。原为了在正常情况下消除接收盲区而采取的交叉设置钢轨引接线的方式[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，可不予考虑。 动车组自重也是一个不可更改的先决条件，其分路效果要提高，可考虑定点提高喷涂、打磨钢轨频度，使钢轨阻抗长期维持在较低的水平。另外一个措施就是使漏流变小，可通过对该类电码化区段入口电流进行测试，在满足基本要求的前提下适当降低发送电平，减少因漏流而引起机车信号误上码的概率[5]。 提高列车在该区段的运行速度也能在一定程度上降低发生此类事件的概率，可在行规、站细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该类事件发生的概率，不是根本的解决之道。要从源头上解决，还是要修改电码化设计方案。首先可通过调整载频布置，使接、发车进路采用不同载频[13]，由车载设备保证正确的接收对象；其次考虑修改电路，由地面设备保证正确的发码时机；下述2个方案阐述了如何控制发码时机。 4.1 方案1 如图1所示，3/5G是正线上的区段，正线发、接车进路电码化应设计为预叠加方式，发码通道中的3/5G SCJ(3/5G XCJ)含有SI FMJ(XB JMJ)的信息，可区分进路方向。而侧向接车进路，咽喉区轨道区段不应发码；侧向发车进路，只在SZ总出站信号机的接近区段3/5G设有电码化，其形式与股道相似，似乎可以像普速车站侧线股道一样设计为叠加方式、占用发码。实则不然，普速车站股道电码化不存在上述机车自重小导致的漏流明显问题，最为关键的是，即便接收到反向漏流产生的移频信息也不会出现瞬间接收到HU码随即无码的情况。这是因为如果是侧向接车至股道停车，股道上本来就该接收到HU码；而如果是弯进直出的通过进路，则是HU码转变为允许码；因此误接收到的HU码不会突变为更限制级的低频码(如H码)或无码。 而本站3/5G一端为SZ总出站信号机，一端为调车信号机(仅有绝缘节，无信号机的情况同此)，只能是单侧发码。此种情况，一定要区分列车运行方向，仅让迎着列车运行方向的一端发码，且应实现预发码[14]。如办理的是侧向发车进路，在3/5G电码化电路的发码通道中使用的3/5G SCJ应含有YMJ(预发码继电器)信息(包含正线发车的SI FMJ及侧线发车的进路信息)，其电路如图5所示。  图5 YMJ继电器电路 由图5可以看出，YMJ信息中包含区分进路方向和性质的SZ GJJ(轨道检查继电器)、SZ ZCJ(照查继电器)，这2个继电器由联锁驱动。SZ GJJ平时落下，当以SZ作为进路终端排列了列车进路、且进路锁闭后吸起，列车压入上行出站信号机内方第一个区段后落下；SZ ZCJ平时吸起，当以SZ作为进路终端排列了列车进路或由站内向3/5G排列了调车进路、且进路锁闭后落下，进路最后一个区段解锁时吸起[15-17]。YMJ的吸起，证明建立了以SZ作为进路终端的发车进路，为3/5G发码准备了条件。具体的发码时机由3/5G SCJ来控制，其电路如图6所示。可以看出，列车压入发车进路中的5DG时，3/5G开始发码，直至列车出清整个发车进路，3/5G终止发码。 此种电码化设计方案，只在规定的、正确的条件下允许发码，其他情况一概不能发码。如果办理了由XB至侧线股道的侧向接车进路，因为YMJ、3/5G SCJ的作用，3/5G没有发码的条件和时机，也就从根本上消除了误接收的可能。  图6 SCJ继电器电路图 4.2 方案2 该方案的思路是终止不当时机的发码，其他不产生危险的时候可不做处理。正如“运电高信电[2015]889号”指出的“总体要求是在办理接车进路时，反方向信号机接近区段应停止发码”。 该方案是在电码化发码通道中增加QMJ(切码继电器)条件，当办理经由3/5G的侧向接车进路时，由QMJ切断发码通道，3/5G停止发码。停止发码的条件(即QMJ的励磁条件)是办理了经由3/5G的侧向接车进路且进站信号机开放允许信号或引导信号；当列车运行至3/5G内方相邻的轨道区段时恢复发码，直至列车全部出清3/5G。其电路如图7、图8所示[18]。  图7 QMJ继电器电路  图8 发码通道电路 西宁站高速场即采用此整改方案，整改至今，运营良好，没再发生前述故障。 可以看出，如果有多个进站口可以办理经由3/5G的侧向接车进路时，需要将所有进站信号的LXJ、YXJ并联在XB LXJ继电器两侧；将所有进站信号机内方直至3/5G的轨道区段的GJF并联在3DG GJFJ继电器两侧。当车站进站口较多、站场布置比较复杂时，该电路将较为复杂；而且存在特殊情况下由于车列或单机占用某区段，使得QMJ一直维持在自闭状态，正常办理的正线发车进路反倒不能正常发码的可能。因此，有条件的，尽量由联锁驱动QMJ[13]。 5 结语动车组列车错误接收电码化信息的故障虽然不常发生，但一旦发生就有可能产生严重后果，因此，需特别注意特殊情况下的设计方案。 上述2种电码化改进方案虽然基于不同的思路，但均可以解决此类问题。实际工程建设中，可根据项目实际情况选择合适的方案。第1种方案中的YMJ也可以直接由联锁驱动，新建或有联锁软件改造的车站宜采用此种方式。简单整改不涉及到联锁软件改造且进站口较少的车站可以选用第2种方案。 前文已经叙述过，此类问题一般只出现在有动车组运行的区段，仅运行普速列车的线路不建议进行修改，应维持原有设计方案。 参考文献： [1] 中华人民共和国铁道部.TB/T 2465—2010铁路车站电码化技术条件[S].北京：中国铁道出版社，2010. 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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 作者简介：秦树增(1983—)，男，工程师，2010年毕业于西南交通大学交通信息工程及控制专业，工学硕士，主要从事铁路信号工程设计与研究工作，E-mail：shuzhen_qin@126.com。 文章编号：1004-2954(2017)05-0149-04 中图分类号：U238;U284 文献标识码：A DOI：10.13238/j.issn.1004-2954.2017.05.032 |
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