CTCS2-200K型列控车载设备掉码原因分析

黄春生，张愿宁

CTCS2-200K型列控车载设备（简称“200K车载设备”）是根据国铁集团《CTCS-2级列控车载设备暂行技术规范》（铁总运〔2014〕29号）［1］，基于三取二安全冗余平台开发的，主要包括ATP单元、接口组匣+隔离开关、人机交互界面（DMI）、数据记录单元、轨道电路接收器（TCR）、应答器接收器（BTM）、TCR天线、BTM天线、雷达和速度传感器等［2］。其中，TCR将接收到的模拟信号经模数转换后解码、编译成数字信号传递至ATP单元，参与控车曲线的计算，达到控制列车运行的目的［3］。在现场列车运营过程中，200K车载设备在同一地点出现了多次掉码，给运输秩序带来较大影响。本文通过分析掉码原因，给出解决方案并进行验证。

1 问题描述

2021年7月3日13：47，大西高铁C9338次列车（装备200K车载设备）运行至大荔站3G停车时，DMI显示接收轨道电路信息异常，ATP输出B7级制动停车，13：48按目视模式对标，13：49停稳。

按照《西安局集团公司电务部关于进行CTCS2-200K型列控车载设备兼容性试验的通知》（西电电〔2021〕11号）电报要求［4］，6月4日该车担当的55512次试验车进行兼容性试验，查询试验记录，该车进入大荔站3G时运行正常，未发生故障或异常。利用信号集中监测和DMS（动态监测系统）运行交路回放数据，该车7月3日担当的C9336次进入大荔站3G时运行正常。

2 原因分析

当出现轨道电路信息异常问题后，一般先根据动车组运行交路，检查地面发码设备是否正常，重点排查地面设备电气特性是否满足动车组运行要求［5］；然后排查车载接收天线及译码设备是否正常，车载ATP能否正常接收轨道电路发送的信息；最后排查是否是特殊运营场景［6］。

大荔站信号设备平面布置见图1。图1中，S-X3进路上的区段信息为：2DG，127 m/2 000 Hz；4DG，152 m/2 300 Hz；8DG，152 m/1 700 Hz；10DG，91 m/2 300 Hz。股道3G的信息为：3G2，155 m/1 700 Hz；3G1，489 m/2 300 Hz。

图1 大荔站信号设备平面布置

经“天窗”时间排查该动车组运行径路各区段，机车信号入口电流正常，载频、低频信息与设计图纸一致，符合接车进路轨道电路发码逻辑；动车组入库后，对车载设备进行循环发码试验，车载设备显示码型与地面发码一致；测量TCR天线距轨面高度在（150±5）mm正常范围内（含保护套）［7］。

2.1 兼容性试验数据分析

分析2021年6月4日55512次车载数据，S进站应答器组（075-5-46-012）距S进站信号机40 m［8］，［CTCS-1］信息包中预告的无码区段长度为522 m（2DG+4DG+8DG+10DG）。在车速为69 km/h的情况下，200K车载设备在距进站应答器组493 m处，收到8DG的1 700 Hz载频的低频信息27.9 Hz（见图2），此时距离200K车载设备接收3G2的前窗起始点（S进站应答器距无码区段末端为562 m，按走行偏差为5%计算，开窗大小为40+562×5%=68.1 m，因此前窗起始点为562-68.1=493.9 m处）仅0.9 m（只有在3G2的前窗起始点范围内收到1 700 Hz载频，才能判断进入3G2）。由于车载数据记录1 700 Hz的载频只持续了1个车载运算周期（车载运算周期包含主控板运算周期0.33 s和通信板运算周期0.1 s，一个车载运算周期内列车的走行距离=69 km/h×（0.33 s+0.1 s）≈8 m），在下一车载运算周期收到2 300 Hz载频的27.9 Hz，此时距进站应答器组501 m，列车位于10DG，与3G2的载频不一致，不认为进入到3G2区段，直至收到3G2的1 700 Hz载频，判断进入3G2，符合ATP处理逻辑，运行正常。

图2 2021年6月4日兼容性试验数据分析截图

2.2 C9336次运行数据分析

分析2021年7月3日C9336次相同进站场景数据，11：36：55，在车速为74 km/h的情况下，在3G2的前窗起始点内未解析出8DG的1 700 Hz载频的27.9 Hz，在504 m（10DG）处收到2 300 Hz载频的27.9 Hz（见图3），与3G2的载频不一致，不认为进入到3G2区段。直至收到3G2的1 700 Hz的载频，判断进入3G2，列车运行正常。

图3 2021年7月3日C9336次运行数据分析截图

2.3 C9338次故障数据分析

分析7月3日C9338次数据，13：47：10，在车速为73 km/h的情况下，车载设备在距进站应答器组490 m处开始收到8DG的1700 Hz载频的27.9 Hz低频，在504 m处仍然收到8DG的1700 Hz载频的27.9 Hz低频（见图4），此时已进入3G2前窗起始点内（3G2前窗起始点为493.9 m处），与［CTCS-1］信息包预告的3G2的载频一致，错误判断列车已进入3G2；继续运行至513 m时，接收的载频变为2 300 Hz（10DG），与3G2的载频不一致，故ATP报轨道电路信息异常，输出最大常用制动，转入部分监控模式（PS）［9］。

图4 7月3日C9338次故障数据分析

2.4 分析结论

200K车载设备上、下行载频切换的逻辑为：完全监控模式（FS）下，车载判断下一个轨道区段有上、下行载频变化时，在车头至本轨道区段末端距离小于配置参数100 m时，ATP开始向TCR发送上、下行载频切换命令。由于岔区由4段轨道电路组成，10DG长度为91 m，与载频切换点仅差9 m，且其两端的轨道电路8DG和3G2载频均为1 700 Hz，因此在当前运行区段末端提前进行下一区段载频信息的核查，车速不同时，受车载运算周期、TCR主控板运算周期、译码时间内走行距离等的影响，会出现车载设备已完成载频切换，但列车依旧运行在本区段且接收到的载频与切换后区段载频一致，导致后续运行出现载频与期望值不一致而输出最大常用制动的情况。

该运营场景中，列车从上行线转线至下行线3G停车，200K车载设备按照S进站应答器组中［CTCS-1］信息包控制TCR主机进行上、下行载频切换［10］。列车在越过S进站应答器组约462 m处（8DG区段内），ATP向TCR发送切换到下行载频的指令。考虑到车载运算周期偏差、译码时间内的走行距离、地面轨道电路信号接收时间等因素［11］，车载设备根据列车当前位置和运行状态不一定能在3G2前窗起始点内解析出8DG载频，若车速较快（如74 km/h），在3G2的前窗起始点内未解析出8DG载频，则不影响列车运行；若车速较慢（如69 km/h），虽然在接近3G2前窗起始点位置解析出了8DG载频，但仅持续了1个车载运算周期，前窗起始点内未再解析出8DG载频信息［12］，也不影响列车运行；但车速在临界点，如故障案例中的73 km/h时，由于在3G2前窗起始点内解析出了8DG载频，则会判断载频错误。

3 试验验证

为解决该问题，车载设备厂家修改了ATP向TCR发送上下行载频切换命令的时机，将载频切换命令发送时机由车头距本轨道区段末端距离小于100 m修改为小于50 m［13］。2021年8月1日对200K车载设备配置文件进行现场升级，由于不同车速会影响到8DG载频能否解析出来，因此现场试验时设计了不同速度进站的场景进行验证［14］，测试结果见表1。

表1 列车不同速度进站测试结果

由表1可知，载频切换命令配置参数修改后，TCR未再解析到8DG的1 700 Hz载频，列车以不同速度进站的情况下，200K车载设备均在3G2前窗起始点内收到了10DG的2 300 Hz载频。现场试验结果符合车载配置参数修改的预期［15-17］。

4 相关思考

通过对本次故障的分析处置，有以下几个方面的思考。

1）加强对动车组异常信息的追踪分析，特别是车载、地面设备均正常，但故障原因不明的情况。为彻底查明掉码原因，需要联合信号专业地面及中心人员，结合车载数据、DMS数据、信号集中监测数据、列控中心维护终端数据、CTC数据，以及ZPW-2000R轨道电路维护终端数据等进行联合分析，最终解决问题。

2）深入研究新型列控车载设备的控车原理及系统配置，掌握与其他车型不同的软件处理逻辑，在新型列控车载设备运用初期，站段维护人员需主动与设备厂家技术人员进行深入交流和技术交底，积累车载设备结构、参数配置、算法选择等方面的知识，便于发现问题后深入查找原因，根据维护经验查找设计缺陷，真正实现源头的质量控制。