1、C-3D 型 ATP 应答器传输通道关闭故障分析及解决方案摘要：京津城际 C-3D 型列控车载设备（ATP）故障集中在应答器传输通道关闭。故障原因是应答器系统的旁瓣干扰。本文通过对旁瓣干扰的分析和实际运营试验，提出解决应答器系统旁瓣干扰的途径是调整应答器信息接收天线（BTM 天线）距地面应答器的高度。 关键词：列控车载设备；应答器；旁瓣干扰；应答器信息接收天线；中图分类号：F530.32 文献标识码：A 1 引言 2008 年 8 月 1 日中国第一条城际高速铁路京津城际开通运营。京津线使用 CRH3 型动车组，其列控车载设备为德国西门子公司生产，国内称为 C-3D 型 ATP。C-3D 型
2、ATP 设备故障率明显高于其他类型，其中 95%的故障为应答器传输通道关闭故障。据统计，2011 年 C-3D 型 ATP 发生故障124 件，2012 年 C-3D 型 ATP 发生故障 110 件。2013 年 1 月至 5 月，C-3D型 ATP 发生应答器传输通道关闭故障 24 件，平均每月 4.8 件。对正常的运营秩序造成很大的影响。 车载应答器信息接收天线（BTM 天线）接收地面应答器信息过程中，很容易受到旁瓣干扰的影响，引发应答器传输模块（BTM）故障。京津城际列车经常在接触网供电分相区处、进站和出站等地面关键应答器处，因 C-3D 型 ATP 设备应答器传输通道关闭故障，触发紧
3、急制动停车。 本文将对京津城际 C-3D 型 ATP 设备应答器传输通道关闭故障原因进行分析，介绍旁瓣干扰的产生因素，对比应答器信息接收天线（BTM 天线）高度调整前后故障件数，为解决此类故障提供一种可靠的解决方案。 2 应答器系统的组成及工作原理 应答器系统由车载设备和地面设备两部分组成。车载设备包括 BTM主机、连接电缆和 BTM 天线。地面设备包括有源应答器、无源应答器和轨旁电子单元。车载 BTM 天线利用电磁耦合技术，实现与地面应答器之间的能量和信号传输。 列车运行过程中，BTM 天线不间断地向地面发送 27.095MHz 的无线射频。地面应答器接收到此能量信号会被激活，以 4.234
4、MHz 的中心频率向外发送编码信息，直至能量耗尽。BTM 主机将接收到的信息进行解调、解码，并将报文传输给 ATP 主机计算目标距离模式曲线。 图 1：应答器系统工作示意图 3 C-3D 型 ATP 应答器传输通道关闭故障分析 根据地面应答器和车载 BTM 天线的安装情况，车载设备在通过应答器时会收到旁瓣信号。 图 2：主瓣区、旁瓣去和串扰保护区示意图 图 2 中，主瓣与旁瓣间的距离x 取决于地面应答器和车载 BTM 天线的安装情况。主瓣与旁瓣间的时差t 取决于x 和车速 V。如果两个瓣之间的时差在 40.0008ms 之内，C-3D 型 ATP 应答器传输通道关闭故障就有很大概率发生。 因此
5、，C-3D 型 ATP 应答器传输通道关闭故障原因为旁瓣干扰引起。 4 旁瓣区的产生因素及解决方法 研究认为：旁瓣区的产生取决于车载 BTM 的门槛值和旁瓣区的磁场强度 2 个因素。门槛值一般是在车载 BTM 设备上电自检过程中，根据天线周围环境、接收到的自检信号幅度等因素而自行设置，运行中不会变化。旁瓣区的信号强度与 27MHz 的信号强度相关。因此，为减少旁瓣区的影响，应尽量保证旁瓣区信号幅度在门槛电压之下。 西门子公司实验室仿真实验结果表明：旁瓣区主要取决于应答器和天线之间的高度。当高度小于 280mm 时，会产生旁瓣区；当高度大于340mm 时，不会产生旁瓣区；在 280-340mm
6、之间时，则不确定。随着高度的增加，接触时间会减少，上传信号强度会较弱，同样会造成应答器信息的丢失。 京津城际地面应答器安装高度为距离轨面-120mm 至-193mm，车载BTM 天线距离轨面 137mm 至 167mm。计算可得 BTM 天线距离地面应答器高度值为 257mm 至 360mm。结合西门子公司实验室仿真结果，当高度差小于280mm 时，会产生旁瓣区，影响应答器信息的接收，引起 ATP 应答器传输通道关闭。 因此，京津城际项目可以通过调整 BTM 天线距离地面应答器高度值至 280mm-360mm，降低旁瓣干扰影响，较少 C-3D 型 ATP 应答器传输通道关闭故障件数。 5 运营
7、试验 （1）试验动车组 BTM 天线距离地面应答器高度调整前 2013 年 4 月 1 日至 4 月 30 日，CRH3-005 车 08 端 1 系 BTM 天线高度值保持在为 140mm。BTM 天线距离地面应答器高度值为 260mm 至 333mm，共发生应答器传输通道关闭故障 6 件。 （2）试验动车组 BTM 天线距离地面应答器高度调整后 2013 年 5 月 1 日至 5 月 30 日，CRH3-005 车 08 端 1 系 BTM 天线高度值调整为 165mm。BTM 天线距离地面应答器高度值为 285mm 至 358mm，未发生应答器传输通道关闭故障。 （3）京津城际项目整治效
8、果 2013 年 6 月初，完成对 20 组 C-3D 型 ATP 设备 BTM 天线高度调整，高度范围为 160mm 至 167mm。BTM 天线距离地面应答器高度值为 280mm 至360mm。6 月至 9 月，应答器传输通道关闭故障发生 4 件，平均每月 1 件，远远低于 1 至 5 月的每月 4.8 件。整治效果明显。 运营试验结果表明调整 BTM 天线距离地面应答器高度值为 280mm 至360mm 是一种可行的解决方案。 6 结束语 C-3D 型 ATP 应答器传输通道关闭故障原因为应答器旁瓣干扰。实际运用中应保证 BTM 天线和地面应答器之间的距离合适，降低旁瓣区的干扰。本文从原理分析到运营试验，给出了降低 C-3D 型 ATP 应答器传输通道关闭故障的解决方案。 参考文献 1杨永亮.高速铁路应答器系统的电磁特性研究D.北京:北京交通大学.2010.12 2赵银锋,朱卫华,陈立.应答器旁瓣区分析及解决方案J .铁道通信信号.2013.6.49(6).19-20
