高速鐵路信號(hào)系統(tǒng)聯(lián)調(diào)聯(lián)試常見(jiàn)問(wèn)題分析與對(duì)策

禹志陽(yáng)

（中國(guó)鐵道科學(xué)研究院通信信號(hào)研究所，北京 100081）

1 概述

高速鐵路信號(hào)系統(tǒng)聯(lián)調(diào)聯(lián)試是在信號(hào)系統(tǒng)集成測(cè)試完成后,采用綜合檢測(cè)車(chē)或試驗(yàn)動(dòng)車(chē)組在動(dòng)態(tài)條件下對(duì)信號(hào)系統(tǒng)功能、列控工程數(shù)據(jù)、信號(hào)系統(tǒng)內(nèi)部各子系統(tǒng)間的接口關(guān)系以及信號(hào)系統(tǒng)與外部系統(tǒng)之間的接口關(guān)系進(jìn)行測(cè)試、調(diào)整和優(yōu)化的過(guò)程，是高速鐵路信號(hào)系統(tǒng)開(kāi)通運(yùn)營(yíng)前的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。

從2008年第一條客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)合寧線(xiàn)開(kāi)始，截止至2012年，已先后完成合寧、合武、京津、武廣、鄭西、京滬、廣深港、漢宜、鄭武、哈大等二十多條新建高速鐵路的聯(lián)調(diào)聯(lián)試工作，聯(lián)調(diào)聯(lián)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)并解決了因工程質(zhì)量導(dǎo)致的諸多問(wèn)題。例如應(yīng)答器安裝位置錯(cuò)誤、安裝順序錯(cuò)誤、有源應(yīng)答器尾纜故障、機(jī)車(chē)信號(hào)掉碼、列控工程數(shù)據(jù)不一致等，也暴露出我國(guó)列控系統(tǒng)在功能需求、系統(tǒng)接口以及互連互通等方面的一些問(wèn)題或不足。通過(guò)及時(shí)整治或優(yōu)化，促進(jìn)了我國(guó)列控系統(tǒng)技術(shù)體系的不斷完善，為我國(guó)高速鐵路的安全可靠運(yùn)營(yíng)提供了有力的支持。

2 聯(lián)調(diào)聯(lián)試常見(jiàn)問(wèn)題與分類(lèi)

為便于對(duì)比分析，以武廣、哈大2條線(xiàn)為例，針對(duì)CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)功能聯(lián)調(diào)聯(lián)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分類(lèi)。

2.1 武廣客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)聯(lián)調(diào)聯(lián)試

武廣客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)是我國(guó)第一條采用CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)的線(xiàn)路，線(xiàn)路里程1 068 km，全線(xiàn)包括17個(gè)車(chē)站、53個(gè)中繼站，設(shè)置9臺(tái)無(wú)線(xiàn)閉塞中心（RBC）設(shè)備、4臺(tái)臨時(shí)限速服務(wù)器設(shè)備和72臺(tái)列控中心設(shè)備。武廣客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)聯(lián)調(diào)聯(lián)試從2009年8月開(kāi)始，11月結(jié)束，共計(jì)發(fā)現(xiàn)各類(lèi)問(wèn)題99個(gè)[1]，涉及車(chē)載設(shè)備、列控系統(tǒng)功能、系統(tǒng)接口以及列控系統(tǒng)兼容性等方面。以CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)功能測(cè)試為例，聯(lián)調(diào)聯(lián)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題分類(lèi)統(tǒng)計(jì)如表1所示。

表1 武廣客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)聯(lián)調(diào)聯(lián)試問(wèn)題分類(lèi)統(tǒng)計(jì)

2.2 哈大客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)聯(lián)調(diào)聯(lián)試

哈大客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)也采用CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)，線(xiàn)路里程903.939 km，全線(xiàn)包括23個(gè)車(chē)站、3個(gè)線(xiàn)路所和46個(gè)中繼站，設(shè)置了8臺(tái)LKR-T型RBC設(shè)備，除相鄰RBC采用直接通信方式外，信號(hào)系統(tǒng)制式及設(shè)備與武廣線(xiàn)基本相同。哈大客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)聯(lián)調(diào)聯(lián)試從2012年7月開(kāi)始，9月結(jié)束，2012年10月通過(guò)動(dòng)態(tài)驗(yàn)收。沈陽(yáng)局管內(nèi)CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)功能聯(lián)調(diào)聯(lián)試共計(jì)發(fā)現(xiàn)各類(lèi)問(wèn)題20個(gè)[2]，涉及工程質(zhì)量、系統(tǒng)接口等方面，問(wèn)題分類(lèi)統(tǒng)計(jì)如表2所示。

3 聯(lián)調(diào)聯(lián)試常見(jiàn)問(wèn)題原因分析

對(duì)比武廣、哈大客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)聯(lián)調(diào)聯(lián)試結(jié)果，因工程質(zhì)量、設(shè)備穩(wěn)定性等方面的問(wèn)題明顯減少，列控系統(tǒng)整體質(zhì)量和綜合性能得到進(jìn)一步完善和提升，為便于我國(guó)高速鐵路列控技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，對(duì)近年來(lái)聯(lián)調(diào)聯(lián)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的幾個(gè)典型問(wèn)題分析如下。

3.1 常用制動(dòng)曲線(xiàn)（NBP）異常下降

問(wèn)題描述：在采用CTCS3-300T車(chē)載設(shè)備后備模式控車(chē)，最限制速度曲線(xiàn)MRSP滿(mǎn)足線(xiàn)路最高設(shè)計(jì)速度前提下，NBP曲線(xiàn)出現(xiàn)異常下降，列車(chē)不能按照設(shè)計(jì)速度滿(mǎn)速運(yùn)行，對(duì)運(yùn)輸效率和列車(chē)追蹤運(yùn)行間隔時(shí)分產(chǎn)生影響。該問(wèn)題在京滬、合蚌、鄭武、哈大等多條線(xiàn)都存在。

原因：在CTCS-2級(jí)列控車(chē)載設(shè)備控車(chē)條件下，車(chē)載設(shè)備通過(guò)接收軌道電路發(fā)送的行車(chē)許可和前方閉塞分區(qū)數(shù)量信息、應(yīng)答器提供的閉塞分區(qū)長(zhǎng)度、線(xiàn)路速度和坡度等信息，獲取目標(biāo)距離長(zhǎng)度，并結(jié)合線(xiàn)路速度、坡度以及列車(chē)制動(dòng)性能等實(shí)時(shí)計(jì)算速度監(jiān)控曲線(xiàn)，由于前方空閑閉塞分區(qū)數(shù)量最多為7個(gè)，當(dāng)列車(chē)常用制動(dòng)距離長(zhǎng)度大于前方目標(biāo)距離長(zhǎng)度，將導(dǎo)致起模點(diǎn)起模時(shí)機(jī)提前，NBP曲線(xiàn)下降，列車(chē)提前減速運(yùn)行，如圖1所示。

表2 哈大客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)聯(lián)調(diào)聯(lián)試問(wèn)題分類(lèi)統(tǒng)計(jì)

3.2 RBC邊界“飛車(chē)”

問(wèn)題描述：對(duì)于CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)，無(wú)線(xiàn)閉塞中心具備列車(chē)位置跟蹤和記憶功能，能夠?qū)崟r(shí)掌握列車(chē)運(yùn)行位置信息。當(dāng)相鄰RBC采用非直接通信方式、前行列車(chē)通過(guò)RBC移交邊界且軌道電路分路不良時(shí)，移交RBC發(fā)送給后行列車(chē)的MA將延伸覆蓋前車(chē)所在區(qū)段，當(dāng)列車(chē)緊追蹤運(yùn)行時(shí)，還可能導(dǎo)致后車(chē)出現(xiàn)撞線(xiàn)，輸出制動(dòng)。

原因：前車(chē)尾部（最小安全末端）越過(guò)RBC移交邊界后，移交RBC將通過(guò)與其連接的車(chē)載電臺(tái)命令車(chē)載設(shè)備切斷與移交RBC的無(wú)線(xiàn)連接聯(lián)系，同時(shí)將其從移交RBC的列車(chē)列表刪除，由于相鄰RBC采用非直接通信方式，移交RBC不能獲取接收RBC管轄范圍內(nèi)列車(chē)位置信息，當(dāng)RBC移交邊界附近接收RBC管轄范圍內(nèi)出現(xiàn)軌道電路分路不良時(shí)，移交RBC按照軌道區(qū)段空閑進(jìn)行處理，導(dǎo)致后車(chē)MA延伸，如圖2所示。

3.3 機(jī)車(chē)信號(hào)掉碼或由HU燈轉(zhuǎn)H燈顯示

問(wèn)題描述：側(cè)線(xiàn)接車(chē)進(jìn)路，岔區(qū)無(wú)碼，列車(chē)進(jìn)入股道后機(jī)車(chē)信號(hào)顯示無(wú)碼，車(chē)載輸出到常用制動(dòng)；或在進(jìn)入股道即將停車(chē)時(shí)，機(jī)車(chē)信號(hào)顯示由HU燈轉(zhuǎn)為H燈，輸出緊急制動(dòng)停車(chē)。

原因分析：根據(jù)《CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)應(yīng)答器應(yīng)用原則（V2.0）》，進(jìn)站應(yīng)答器提供CTCS-1包，描述本應(yīng)答器開(kāi)始至該進(jìn)路出站信號(hào)機(jī)的軌道區(qū)段數(shù)據(jù)，當(dāng)CTCS-1包中定義的岔區(qū)無(wú)碼區(qū)段長(zhǎng)度與實(shí)際長(zhǎng)度誤差較大，將導(dǎo)致機(jī)車(chē)信號(hào)出現(xiàn)掉碼或顯示H燈，如下所述。

1）CTCS-1包中描述的無(wú)碼軌道區(qū)段長(zhǎng)度（L_section）小于實(shí)際長(zhǎng)度，機(jī)車(chē)信號(hào)掉碼，輸出B7制動(dòng)，如圖3所示。

2）CTCS-1包中描述的無(wú)碼軌道區(qū)段長(zhǎng)度（L_section）大于實(shí)際長(zhǎng)度，列車(chē)運(yùn)行到接車(chē)進(jìn)路中最后一個(gè)軌道區(qū)段時(shí)，由于載頻不一致，機(jī)車(chē)信號(hào)從HU碼變成無(wú)碼，輸出EB制動(dòng)，如圖4所示。

4 整改措施與防治對(duì)策

對(duì)于聯(lián)調(diào)聯(lián)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的簡(jiǎn)單工程質(zhì)量問(wèn)題，可以通過(guò)及時(shí)整改予以糾正，有些問(wèn)題，涉及到信號(hào)系統(tǒng)與其他系統(tǒng)的接口、涉及到系統(tǒng)軟件或工程數(shù)據(jù)調(diào)整，整治和復(fù)驗(yàn)的難度較大。因此，應(yīng)盡量在聯(lián)調(diào)聯(lián)試前克服或進(jìn)行防范，結(jié)合前期聯(lián)調(diào)聯(lián)試經(jīng)驗(yàn)，提出以下對(duì)策。

4.1 進(jìn)一步優(yōu)化車(chē)載制動(dòng)模型

我國(guó)的CTCS-2級(jí)列控系統(tǒng)通過(guò)前方閉塞分區(qū)空閑數(shù)量獲取目標(biāo)距離，受低頻信息碼的限制，目前目標(biāo)距離最多只能提供前方7個(gè)閉塞分區(qū)長(zhǎng)度，為解決CTCS-2級(jí)列控系統(tǒng)控車(chē)時(shí)NBP曲線(xiàn)下降問(wèn)題，建議在充分保證制動(dòng)距離安全的前提下，優(yōu)化制動(dòng)模型，適當(dāng)壓縮ATP控車(chē)時(shí)制動(dòng)距離。

根據(jù)2011年完成的京滬先導(dǎo)段綜合試驗(yàn)[3]，CTCS-300T列控車(chē)載設(shè)備支持UIC標(biāo)準(zhǔn)中基于制動(dòng)百分比的制動(dòng)模型（TDE1）和六段式參數(shù)配置優(yōu)化模型（TDE0），分段式制動(dòng)模型依照動(dòng)車(chē)組主機(jī)廠提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行參數(shù)配置，并設(shè)置每一段的減速度均不大于相應(yīng)的廠家值，以保證監(jiān)控曲線(xiàn)的安全性，表3為CRH380AL車(chē)型的TDE1模型制動(dòng)減速度，表4為按照TDE0模型，制動(dòng)參數(shù)參照廠家數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化后的SB制動(dòng)減速度。

優(yōu)化后的制動(dòng)距離對(duì)比如表5所示。

表5所示數(shù)據(jù)表明，對(duì)于大部分情形，TDE0制動(dòng)模型算法在保證安全的前提下，行車(chē)效率要優(yōu)于TDE1算法。采用優(yōu)化后的模型，在制動(dòng)初速度300 km/h條件下，相比表6中規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)值，SB常用制動(dòng)距離可以得到進(jìn)一步優(yōu)化。

表3 CRH380AL車(chē)型的TDE1模型制動(dòng)減速度

表4 CRH380AL車(chē)型的TDE0模型SB制動(dòng)減速度

表5 CRH380AL車(chē)型制動(dòng)距離對(duì)比

表6 車(chē)載ATP設(shè)備限速目標(biāo)距離

4.2 強(qiáng)化接口設(shè)計(jì)

高速鐵路信號(hào)系統(tǒng)接口關(guān)系非常復(fù)雜，信號(hào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)結(jié)合信號(hào)系統(tǒng)需求，統(tǒng)籌考慮信號(hào)系統(tǒng)與相關(guān)的線(xiàn)路、接觸網(wǎng)、站場(chǎng)等之間的接口，提前做好接口部分的設(shè)計(jì)工作。

下列問(wèn)題應(yīng)在接口設(shè)計(jì)階段充分重視。

1）線(xiàn)路數(shù)據(jù)

線(xiàn)路數(shù)據(jù)是列控系統(tǒng)正常工作的基礎(chǔ)，線(xiàn)路專(zhuān)業(yè)應(yīng)向信號(hào)專(zhuān)業(yè)提供準(zhǔn)確的軌道區(qū)段長(zhǎng)度數(shù)據(jù)、絕緣節(jié)位置信息、信號(hào)機(jī)里程數(shù)據(jù)等；特別是站內(nèi)咽喉區(qū)和一些變更進(jìn)路，寫(xiě)入應(yīng)答器或列控中心的列控?cái)?shù)據(jù)應(yīng)與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際數(shù)據(jù)保持一致。

2）一離去區(qū)段和股道有效長(zhǎng)

最近完成的哈大、合蚌等線(xiàn)的聯(lián)調(diào)聯(lián)試中，由于一離去區(qū)段長(zhǎng)度不夠長(zhǎng)，引發(fā)的列車(chē)FS模式發(fā)車(chē)不能滿(mǎn)速運(yùn)行甚至導(dǎo)致“撞線(xiàn)”的現(xiàn)象比較多，因股道有效長(zhǎng)度不夠，重聯(lián)動(dòng)車(chē)組不能接進(jìn)站內(nèi)的現(xiàn)象也有發(fā)生。

發(fā)車(chē)進(jìn)路中的一離去區(qū)段長(zhǎng)度應(yīng)滿(mǎn)足列車(chē)越過(guò)無(wú)岔區(qū)段、進(jìn)入一離去區(qū)段后，前方信號(hào)突然關(guān)閉，列車(chē)在防護(hù)信號(hào)機(jī)前制動(dòng)停車(chē)的要求；站內(nèi)股道長(zhǎng)度應(yīng)考慮重聯(lián)動(dòng)車(chē)組接車(chē)制動(dòng)距離和停車(chē)位置的要求。設(shè)計(jì)階段應(yīng)提早對(duì)一離去區(qū)段長(zhǎng)度、股道有效長(zhǎng)等進(jìn)行確認(rèn)，調(diào)整區(qū)段長(zhǎng)度設(shè)置、股道信號(hào)機(jī)位置或?qū)Σ韰^(qū)軌道電路區(qū)段進(jìn)行補(bǔ)碼設(shè)計(jì)。

3）優(yōu)化電分相區(qū)設(shè)置位置

《高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范》中明確“電分相應(yīng)設(shè)在進(jìn)站信號(hào)機(jī)500 m以外或經(jīng)行車(chē)減算確認(rèn)，應(yīng)避免設(shè)在變坡點(diǎn)、大電流和加速區(qū)段，宜設(shè)置在6‰及以下坡度的區(qū)段”。

新建高速鐵路將電分相區(qū)設(shè)置在一離去至二離去區(qū)段，且該區(qū)段坡道達(dá)到20‰的現(xiàn)象也有發(fā)生，特定模式（OS模式、PS模式等）下，列車(chē)速度低于45 km/h，列車(chē)將無(wú)法通過(guò)電分相區(qū)。

4.3 完善集成測(cè)試

集成測(cè)試是第三方動(dòng)態(tài)檢測(cè)前，以集成商或設(shè)備供貨商為主導(dǎo)，對(duì)信號(hào)系統(tǒng)進(jìn)行的綜合測(cè)試和調(diào)試，包括室內(nèi)仿真測(cè)試、現(xiàn)場(chǎng)靜態(tài)調(diào)試和動(dòng)態(tài)集成調(diào)試等環(huán)節(jié)，集成測(cè)試是提前發(fā)現(xiàn)信號(hào)系統(tǒng)集成方案、列控?cái)?shù)據(jù)、系統(tǒng)兼容性等方面潛在問(wèn)題的重要環(huán)節(jié)，通過(guò)集成測(cè)試，發(fā)現(xiàn)和克服因工程質(zhì)量導(dǎo)致的諸多簡(jiǎn)單問(wèn)題，并促進(jìn)列控系統(tǒng)工程數(shù)據(jù)和軟件版本及時(shí)發(fā)布并保持相對(duì)穩(wěn)定。

目前對(duì)于集成商或設(shè)備廠家的現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)態(tài)測(cè)試還沒(méi)有明確的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范要求，在互連互通測(cè)試方面還沒(méi)有完全建立統(tǒng)一的仿真測(cè)試平臺(tái)，對(duì)于信號(hào)系統(tǒng)內(nèi)部接口特別是首次現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的內(nèi)部接口關(guān)系，尤其應(yīng)在集成測(cè)試階段進(jìn)行重點(diǎn)驗(yàn)證。

5 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)聯(lián)調(diào)聯(lián)試中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行整理、深入分析和分類(lèi)，既是積累經(jīng)驗(yàn)，提升聯(lián)調(diào)聯(lián)試方法、指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)的需要，也充分體現(xiàn)了我國(guó)高速鐵路列控系統(tǒng)不斷總結(jié)、完善和優(yōu)化的過(guò)程；通過(guò)問(wèn)題分析，不斷強(qiáng)化系統(tǒng)方案和接口的設(shè)計(jì)、完善測(cè)試方法和測(cè)試手段，建立和不斷完善針對(duì)性的防范措施，將成為我國(guó)高速鐵路列控系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行的有力保障。

[1] 中國(guó)鐵道科學(xué)研究院.TY字第2638-2-4號(hào) 武廣客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)聯(lián)調(diào)聯(lián)試報(bào)告信號(hào)分報(bào)告.

[2] 中國(guó)鐵道科學(xué)研究院.TY字第3348-1號(hào) 哈大客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)沈陽(yáng)局管段動(dòng)態(tài)檢測(cè)報(bào)告.

[3] 中國(guó)鐵道科學(xué)研究院.TY字第3074-4號(hào) 京滬高速鐵路綜合試驗(yàn)研究分報(bào)告之四——通信信號(hào)系統(tǒng)試驗(yàn).