列控车载设备JRU电源电路优化方案

李 梅

司法记录单元（Judicial records module，JRU）用于记录列车运行中ATP 采集的原始信息和车载设备输出的控制信息［1-2］，通过回放可以再现列车在运行过程中车地之间交互的详细信息［3］，为动车组列车的故障处理和问题追溯提供有力依据。《CTCS-3 级列控车载设备技术条件》［4］（TB/T 3483—2017）5.2.6.2条规定 ：司法/数据记录单元故障时不应影响车载设备运行。

2021年5月21日曾发生一起JRU故障，险些造成D21事故，因应急处置得当，未影响动车组及其他相关动车组的正常运行。本文对此次故障进行深入分析并提出优化建议。

1 问题描述

2021 年5 月21 日16 时10 分，动车 组CRH380 B-3603 车00 端在某站启机时，ATP 设备报“JRU故障”和“制动测试失败”。司机尝试闭合JRU 空开但未能成功，换系重启后故障未消除。16 时15分，电务应急人员断开JRU 电源线，司机正常闭合JRU空开，制动测试通过，ATP设备恢复正常。

2 问题分析

2.1 JRU电源测试

动车组入库后，对JRU 电源接口电路（见图1）进行测试，查找故障原因。

图1 JRU电源接口电路示意

1）断开JRU 电源线PS43.1 和PS43.2，闭合JRU 空开EXT，使用万用表测量EXT 的2、4端电压为112.6 V，EXT 的1、3 端电压为112.4 V；断开JRU 空开EXT，测量PS43.1、PS43.2 端电压为0 V，表明JRU空开EXT闭合/断开状态良好。

2）接通JRU 电源线，JRU 空开EXT 无法闭合；使用万用表蜂鸣挡，测量JRU 单元电源接口JRU-X11-A3、JRU-X11-A1，万用表发出蜂鸣声，表明JRU电源内部正负极处于短接状态。

经分析，JRU 单元电源模块存在短路，导致JRU 空开无法闭合。该JRU 故障件返厂后确定为JRU内部的POSUF电源组件存在短路故障。

2.2 数据和原理分析

CRH380B-3603 车00 端ATP 的AElog 记 录如下。

1）16：08：52，ATP A 7D45I0D1 JRU lost connection（JRU连接丢失）；

2）16：10：24，ATP A 691DR000 Brake Test step 5 not success（制动测试第5步失败）；

3）16：10：24，ATP A 519DRC23 BI-H BT EBFR feedback error（紧急制动反馈错误）；

4）16：10：24，ATP A E19DRC01 Time 132234 BI-H EBFR feedback out of time（EBFB 反馈超时）。

ATP 启机第5 步测试过程：冗余继电器RB 输出紧急制动，使车辆紧急制动反馈继电器EBFB闭合，EBFB 继电器闭合后使ATP 制动采集继电器BFB 闭合，ATP 输出制动测试成功。由于在相互驱动采集过程中存在时间要求（对于CRH3系列车型，EBFB 反馈信号设定的超时时间为3.8 s［5］），ATP 在输出制动命令之后的3.8 s 内，一直未收到EBFB 继电器的反馈信号，对应复示的ATP 侧BFB 继电器无法动作，因此判定EBFB 反馈超时，导致ATP 制动测试第5 步失败，造成此次ATP 设备在始发站时无法正常启机，DMI 显示“制动测试失败”，ATP设备无法正常使用。

通常情况下，“紧急制动反馈错误”故障是由于BFB 继电器故障或动作不及时导致的。按照常理，应该与JRU 设备没有关系，BFB 继电器动作的整个过程并不检查JRU 的设备状态。但是由于本次故障只有JRU 设备发生异常，而ATP 其他设备均处于正常工作状态，所以需要进一步分析JRU 电源故障是否是导致此次BFB 继电器未及时动作的直接原因。为排除继电器本身的硬件故障，车组入库后对该BFB 继电器进行多次性能检测，结果均正常。

从图1 可以看出，JRU 单元与BFB 继电器只在电源回路有联系，所以初步怀疑可能是JRU 电源短路导致 BFB 继电器不能正常工作。动车组正常运行时，JRU 空开EXT 处于常闭状态，向端子排TB1E-71 和TB1E-72 供电，JRU 单元通过端子排TB1E-71 和TB1E-72 获取工作所需的电压。TB1E-42通过ATP31线缆与TB1E-72短接，当列车施加紧急制动时，EBFB 继电器闭合，TB1E-41端子得电，与TB1E-42 形成回路，驱动ATP 制动采集继电器BFB动作。

16 时10 分，ATP 进入启机状态，执行制动测试第5 步，安全输入输出单元VDX1 控制RB 继电器输出紧急制动［6］，EBFB 继电器闭合；根据故障场景及图1，JRU 单元电源模块内部发生短路，导致JRU-X11-A3（PS43.1）正电源线与JRU-X11-A1（PS43.2）负电源线短接，TB1E-71和TB1E-72 端子短路，EXT 空开短路跳闸。此时TB1E-71和TB1E-72 端子处于无电状态，BFB 继电器因电路不通无法动作，ATP 设备VDX2 与VDX1 采用交叉回采机制［7］，VDX2 无法回采来自VDX1输出的紧急制动反馈信息，判断EBFB反馈信号错误或者不及时，ATP 进入宕机状态，DMI 显示制动测试失败。

通过JRU 电源接口电路分析，确认JRU 电源短路故障是ATP 宕机的直接原因。JRU 单元因与BFB 继电器电源回路关联，在JRU 出现电源短路故障时，BFB 继电器电源电路被切断，从而造成BFB 继电器未及时动作。JRU 电源与继电器工作电源的共用存在安全隐患，JRU 电源短路会影响动车组正常运行。

2.3 特殊场景分析

对2021 年5 月21 日CRH380B-3603 车00 端 的全天运行交路数据进行分析，发现JRU 电源短路故障已在前一交路01 端运行途中出现。由于JRU开关是单独集成在司机室左侧开关机柜里，与司机室右侧机柜的ATP 电源开关没有直接关系。动车组两端的JRU 开关一直处于闭合状态，而ATP 开关则只在运用端时单独上电（ATP 设备两端不能同时有电）。当第1 次发现00 端JRU 跳闸时，00 端ATP 并未使用，01 端的JRU 开关闭合状态正常，ATP设备正常，所以对01端正常行车并无影响。

为全面分析JRU 电源与BFB 继电器工作电源共用的安全风险，还需要确认在JRU 电源短路故障情况下，如果运行途中ATP输出紧急制动命令，是否会导致动车组无法缓解制动，从而造成动车组无法救援与人工驾驶等。

车辆紧急制动回路见图2，串接在车辆制动回路中的车辆监测器44-A01用于检测ATP状态。当ATP 正常启机后，44-A01 闭合，ATP“隔离/运行”开关处于运行状态K38-1/K37-1，车辆制动继电器43-K33/K34 吸起得电，使ATP 输出的紧急制动回路正常工作。

图2 车辆紧急制动回路

JRU 一旦发生短路故障，当ATP 输出紧急制动命令时，必然造成ATP 宕机，44-A01 监测到ATP 处于宕机状态后断开，车辆制动继电器43-K33/K34 失电，紧急制动无法缓解，此种场景必然导致列车无法移动，也无法救援。此时可将ATP“隔离/运行”开关转换至隔离状态K38-2/K37-2，车辆备用电源使车辆制动继电器43-K33/K34得电，紧急制动缓解。

综上所述，如果JRU 出现短路故障，且在运行途中ATP 一旦输出紧急制动命令，可将ATP 隔离开关打到隔离位，来缓解ATP 输出的紧急制动命令，不会影响救援，所以JRU 电源短路故障的安全风险总体可控。

3 优化方案

目前除加强对JRU 设备状态的实时盯控外［8］（如果在DMS 中出现JRU 工作灯不亮的异常信息，需立即安排应急人员上车处置），还需对JRU 的电源回路进行优化，以消除JRU 电源短路故障对行车的影响。

3.1 JRU电源回路优化（方案一）

JRU 电源回路优化方案见图3，在车辆蓄电池处直接连接JRU 空开，断开原端子排TB1E-71.3和TB1E-72.3供电线路，将线缆PS43.1 和PS43.2转接至TB3E端子排“加1”“加2”中，并在“加1”“加2”线路中加装屏蔽线圈G，实现车辆电源直接向JRU 电源模块供电。新加的端子排只用来给JRU 供电，只要车辆的供电正常，JRU就能正常工作。

图3 JRU电源回路优化方案

该方案需增加外部设备，对现有的端子排与空气开关装置进行硬件改造，以便于后期维修，问题解决比较彻底。但ATP 机柜内TB3E 端子排没有多余闲置孔［9］，增加“加1”“加2”比较困难，须变更设计图纸，重新布局整个端子排，涉及车辆、电务等多个部门，人力、物力投资较大，且机柜内空间受限，设计和实施均十分困难，同时改造只能结合动车组高级修进行，改造周期长，盯控难度大，造成JRU电源隐患问题长期存在。

3.2 JRU内部回路优化（方案二）

JRU内部加装空开优化方案见图4，不改变原来电路，在JRU模块的补空板开孔加装双断空气开关QF，双断开关同时作用于零线和火线［10］。当JRU设备内部出现电源短路故障时，该空开跳起，完全切断JRU单元与ATP设备电源的联系，由于是与电源完全断开，ATP设备电源不会有接地短路点，从而不会对ATP设备的启机及制动构成任何影响。

该方案需要将现有的JRU 设备替换下道并返厂重新加工改造，需要一定的人力、物力成本投入。但具有如下优点：①当JRU 发生严重的过载、短路或欠压等故障时，能自动切断电路，其功能相当于熔断式开关与欠压热继电器等的组合，在分断故障电流后一般不需要更换零部件；②双断空气开关安装在JRU 外壳的面板上，便于JRU 故障维护，平时加装防碰罩，能有效避免误碰及人为频繁关断造成的设备磨损，当发生突发情况时，应急人员可以及时对双断空气开关进行干预，最大限度地保证设备和人员安全；③空气开关的加装易实现，只需对火线PS43.1 和零线PS43.2 加装空气开关即可，对现有的整个ATP 机柜以及电务车辆结合部的改造没有影响，不需要改造任何外部空气开关与线路，后期可通过JRU 面板上的空气开关状态及时发现并排除故障。

ATP 厂家正在与车辆部门共同研究优化方案，目前倾向于选择方案二，现已完成JRU 样品加工，计划在全路范围内组织实施。

4 结束语

通过对JRU 电源组件故障进行原因分析，发现列控车载设备在特定情况下的安全隐患，该问题需要高度重视，必要时安排电务人员上车应急处置。电务维护部门围绕出现的问题要主动思考分析，加大设备源头与厂家的共同研究，解决列控设备存在的隐患问题，最大程度地减少列控设备异常对运输造成的影响。