動車組電務車載設備與電碼化適配性研究

李永智

(濟南鐵路局，濟南 250001)

動車組電務車載設備與電碼化適配性研究

李永智

(濟南鐵路局，濟南 250001)

在鐵路信號技術發展中，普速線和部分客專線車站采用正線及股道電碼化制式，其側線道岔區段不發碼。近些年來，隨著運輸要求的不斷提高，動車組快速普及，當動車組運行于不發碼區段時，在一定外部條件影響下，信號車載和地面系統存在適配性問題，易引起動車組制動，影響運輸效率。結合信號車載系統規范和設備工作原理，分析動車組電務車載設備制動的原因，從地面信號系統角度提出解決方案，從而提高動車組電務車載設備與電碼化的適配性。

動車組；無碼區段；車載設備；制動；機車信號；軌道電路；全進路有碼

1 運用中的問題

我國的普速鐵路和客貨共線鐵路站內采用電碼化技術，近些年來隨著客運的快速發展，不同種類的動車組越來越頻繁的開行在電碼化車站中。

由于動車組側向過岔運行速度較高，高速鐵路地面采用全進路發碼的站內一體化軌道電路系統。普速和客貨共線鐵路車站大多采用正線及股道電碼化制式，在側線道岔區段是不發碼的，當動車組運行于無碼區段時，在特定的外部條件影響下，存在車載和地面系統的適配性問題。

下面舉兩個現場實際應用的案例：

1）某站站內采用正線及股道電碼化，側線道岔區段不發碼，開行動車組。2016年初，多列CRH1型進入該站股道前的交叉渡線區段，收到2 000 Hz的干擾信號，車載ATP輸出最大常用制動停車。觸發制動位置示意如圖1所示。

圖1 觸發制動位置局部示意圖

經現場測試，收到的2 000 Hz干擾是正弦波信號無低頻特征，可以判斷是牽引電流中的諧波分量。觸發制動時，動車組運行至交叉渡線道岔區段，當通過圖2所示兩差置絕緣節之間時，牽引電流出現100%不平衡，其攜帶的諧波分量干擾信號即通過感應線圈傳至TCR，導致車載ATP收到干擾信號。

圖2 列車通過機械絕緣節牽引回流示意圖

2）2015年初，CRH2A動車在某站高壓脈沖無碼區段收到750 Hz載頻干擾信號，車載ATP輸出制動。2016年初，CRH380A動車組在某站高壓脈沖無碼區段收到1 700 Hz載頻干擾信號，未解調出低頻，車載ATP輸出制動。

高壓脈沖信號本身在頻譜上分布范圍較廣，包含國產移頻和ZPW-2000UM系列載頻，但是不具備低頻特征。車載ATP設備錯誤解析上述載頻的信號造成制動，動車組運行時，脈沖信號的傳輸方式和波形如圖3所示。

工頻諧波干擾車載設備制動、高壓脈沖干擾車載制動是兩類特征比較明顯的車地適配案例，近些年來各地出現過類似故障。

2 動車組電務車載設備控制邏輯解析

2.1 車載設備的控制

中國鐵路總公司在2014年發布《CTCS-2級列控車載設備暫行技術規范》（鐵總運[2014]29號），對CTCS-2級列控運營模式下，動車組車載設備的設計、開發、測試及系統評估工作提出技術條件。

對車載設備與地面軌道電路設備相關的工作邏輯進行解析：

1）軌道電路信息讀取器（TCR）應通過TCR天線接收軌道電路信息，并將解調出的軌道電路載頻、低頻傳送給車載主控單元。說明TCR應解析出載頻和低頻后再傳送給車載主控單元（ATP），沒有同時解析出載頻和低頻的信號不應該向外傳送，工作原理如圖4所示。

圖3 高壓脈沖區段信號傳輸和波形解析圖

圖4 TCR與車載中控單元工作原理圖

2）當主控單元工作在CTCS-2等級時，只使用ZPW-2000/UM71系列軌道電路信息。也就是說，在CTCS-2模式下，國產移頻等其他非1 700～2 600 Hz載頻信號不會被車載設備接收。

2.2 車載設備地面信息的讀取

TCR具有接收多個載頻的能力，包括國產移頻、UM71、ZPW-2000，同時具有可任意指定要接收的載頻功能，即可以同時接收所有的載頻;反之,也可以指定一個載頻和指定2、4、8個載頻。但是，要解調低頻信號，則只能限定1個載頻，如指定要接收多個載頻，則在該狀態下，只有電平最高的載頻會被自動選擇，該載頻中所包含的低頻信息會被解調，其結果只有1個低頻碼可被識別。

當TCR同時接收到如圖5所示的4個信號時，應只解析2 600 Hz信號的低頻信息。

圖5 TCR接收信號載頻和幅值曲線

2.3 原因分析

根據電務車載設備工作邏輯要求，再對本文第一部分的案例進行分析：

第一類工頻諧波干擾電務車載設備制動，是牽引電流的諧波引起的。電力機車為非線性負載，在運行過程中從接觸網受流，尤其是在啟動、加速、制動等工況下，電流不斷變化，會產生一定量的諧波成分。牽引電流有時可達數百甚至上千A，其諧波成分的量值也會隨著牽引電流的升高而增大。原理如圖6所示。

圖6 牽引電流諧波成因示意圖

牽引諧波是正弦波信號，沒有低頻特征，屬于帶內干擾信號的一種。根據電務車載設備控制邏輯第（1）條的技術要求，此類信號TCR沒有同時解調出低頻、載頻信息，不應向車載主控單元傳送，車載設備也不應輸出制動。因此本次車載設備的制動邏輯與技術條件不符。

第二類高壓脈沖干擾電務車載設備制動，是高壓脈沖信號中包含帶內干擾信號，若在CTCS-2線路中，根據電務車載設備控制邏輯第（2）條的技術要求，國產移頻帶內的信號（550～850 Hz）無論是否有低頻特征，都不應該被車載設備接收。若在CTCS-0線路中，此類信號TCR無法同時解調出低頻、載頻信息，可得出與第一類故障同樣的結論。

這兩類案例比較有代表性，原因是電務車載設備的抗干擾性能有待進一步提高。解決此問題，如采用大面積修改電務車載設備的方案，周期長、涉及面廣、組織實施難度大。結合當前的實際情況，需要一個簡單易行的解決方案。

3 改進方案

3.1 技術方案

結合車載設備邏輯，研究地面設備改進的方案。

站內無碼區段由于軌面無機車信號，遇有超過機車信號靈敏度門限的信號，即可能被車載設備接收：

1）站內鄰線干擾造成機車誤收碼；

2）工頻牽引諧波無低頻特征的干擾信號；

3）高壓脈沖信號包含的國產移頻、ZPW-2000 （UM）載頻頻率無低頻特征的帶內干擾信號。

27.9 Hz的檢測碼和25.7 Hz的轉頻碼動車組電務車載ATP視為無碼處理。目前，各型車載設備均采用TCR解碼后，將低頻載頻信息傳給主控單元，主控單元進行無碼判斷的方式進行處理。TCR設備本身可以正常解析機車信號門限值以上含27.9 Hz或25.7 Hz低頻的移頻信號。

由此提出車站全進路有碼的解決方案。地面無碼區段固定輸出一個幅值較高的27.9 Hz移頻信號，根據前文提到車載設備地面信息的讀取原則，車載設備在地面信號讀取過程中，即可將幅值小于該信號的干擾信號濾掉，27.9 Hz低頻在傳給主控單元后仍被視為無碼處理。

車載設備在有27.9 Hz檢查碼的道岔區段存在干擾信號時，邏輯示意如圖7所示。

目前，站內全進路有碼有如下兩種實現方式：

為防止工頻諧波干擾，對動車組進路上的無碼區段進行電碼化；

為防止高壓脈沖信號干擾，采用移頻信號和脈沖信號疊加的軌道電路系統。

With the development of railway signal techniques, stations of both conventional railways and passenger dedicated lines adopt coding of continuous main line and routes without side route sections with switches. With the constant improvement of the transportation requirements and fast popularization of EMUs in recently years, when a EMU train is running on the no code sending sections, there is a problem of the suitability between the on-board signals and ground systems under the infl uence of external conditions, which easily causes the train braking and infl uences the transportation effi ciency. This paper analyzes the braking causes of on-board signal equipment combined with the standard of on-board signals and the working principle of equipment. It proposes a solution from ground signal systems to improve the suitability between the on-board equipment and coding.

EMU; no coding section; on-board equipment; brake; cab signal; track circuit; coding of continuous route

10.3969/j.issn.1673-4440.2016.06.001