CTCS-0级列控系统动态检测方法

周永健， 许明， 郜新军， 董云逸， 刘世鹏

（1. 中国铁道科学研究院集团有限公司 通信信号研究所，北京 100081；2. 中国铁道科学研究院集团有限公司 基础设施检测研究所，北京 100081）

1 研究背景

在CTCS 体系中，CTCS-0 级列控系统主要运用于我国普速铁路信号系统［1-3］，有成熟的运营管理经验，在保障列车运行安全方面起着重要作用。在中国铁路“走出去”战略［4］的前期阶段，CTCS-0 级列控系统在蒙内、亚吉、磨万铁路已得到广泛应用，结合以往动态检测经验，总结研究CTCS-0 级列控系统测试方法尤为必要。

以磨万铁路为例，其信号系统由行车指挥、区间闭塞、联锁、信号集中监测等子系统构成。正线行车调度指挥采用调度集中控制（CTC）。根据行车调度区划分，新设磨万调度台。采用自动站间闭塞方式，采用计轴设备实现区间占用与空闲检查。各车站均分别设置1套独立的计算机联锁设备。各站进站信号机外方设置双接近区段以及接近信号机，站内正线接发车进路及接近区段均采用97型25 Hz相敏轨道电路。接近区段及站内正线接车进路电码化均采用预叠加发码，侧线股道采用占用叠加发码。发码设备采用ZPW-2000系列移频发码设备。列控系统设计为CTCS-0 级（见图1），以地面信号为主体信号，采用车载机车信号与列车运行监控装置（LKJ）作为辅助信号控车。

图1 CTCS-0列控系统结构

磨万铁路设计为客货共线单线铁路，设计速度为160 km/h。目前用于客货共线铁路动态验收的规范为TB 10461—2019《客货共线铁路工程动态验收技术规范》，适用于设计速度为200 km/h的线路［5］，该规范对《客货共线铁路工程竣工验收动态检测指导意见》（铁建设〔2008〕133 号）（已于2019 年4 月18 日废止）进行了全面修订［6］，修订内容中将适用范围由原“时速200 km 及以下新建客货共线标准轨距铁路的工程竣工验收动态检测”修改为“新建200 km/h 客货共线铁路工程动态验收”，将涉及LKJ 和机车信号的相关检测内容删除。

综上所述，对于客货共线设计速度低于200 km/h的普速铁路，需要及时起草补充相关动态验收规范。对于海外普速铁路项目，目前通过借鉴《铁路技术管理规程》《普速铁路信号维护规则》用于动态验收参考标准，相关子系统设备的规范作为补充，主要包括TB/T 2465—2010《铁路车站电码化技术条件》、TB/T 3060—2016《机车信号信息定义及分配》、TB/T 1567.2—2019《铁路闭塞：第2 部分：自动站间闭塞技术条件》、TB/T 2296—2011《铁路信号计轴设备通用技术条件》、Q/CR 518—2016《调度集中系统技术条件》、TB/T 3027—2015《铁路车站计算机联锁技术条件》等。

2 测试方法研究

列控系统由车载设备和地面设备构成，CTCS-2/CTCS-3 级列控系统计算行车许可的数据来源为地面设备，目前高速铁路列控系统测试普遍采用“车测地”思路进行动态验证，而CTCS-0 级列控系统行车凭证仍为地面信号，车载机车信号与LKJ仅作为辅助信号。

LKJ 控车的基本原理是：用于LKJ 控车的基础数据预先装载在车载设备中，列车运行时LKJ根据列车所在位置调取相应区段数据，根据机车信号及车速计算控车模式曲线。虽然是辅助信号，但LKJ数据直接关系到控车曲线计算的正确性，装载与地面设计一致的LKJ数据使应用车载设备（机车信号+LKJ）验证地面系统成为可能。

2.1 动态检测设备

目前列控系统测试列车一般选用实际运营的主用车型，测试过程中按LKJ控车曲线贴线行车，通过车载LKJ设备人机界面显示或车载记录数据，对列控系统功能测试过程中的实时监测数据进行分析，判断列控系统功能测试结果。

若是客货共线铁路，需考虑LKJ装车时客运机车与货运机车的数据版本并不相同，客运机车LKJ默认侧线发车速度与货运机车默认侧线发车速度不同。如果使用电力机车单机作为测试列车，会因制动性能不足无法满足达速试验要求，一般采用装载着机车信号和LKJ设备的电力机车及车厢编组作为测试列车。

2.2 动态检测案例

目前规范中暂未提及CTCS-0 级列控系统的测试案例，在此参照高速铁路列控系统案例编制方法，提炼CTCS-0 级列控系统测试案例。列控系统动态检测是对地面和车载系统的综合检测，试验以功能性验证为主，测试案例是功能测试中的最小单元。

每个基本功能的功能编号构成方式如下：CTCS-0-FT-编号，各字段含义如下：

（1）CTCS-0：CTCS-0等级；

（2）FT（Funtion Test）：功能测试（例如轨道电路发码功能）；

（3）编号：2位数字，01～99。

由于每项测试内容包含1个或多个案例，因此各个案例的编号可描述为：CTCS-0-FT-编号-案例号。举例说明如下：功能编号为CTCS-0-FT-01 中案例1 的编号应为：CTCS-0-FT-01-1。

测试案例的测试方法包含以下内容：

（1）适用条件：CTCS-0级列控系统；

（2）测试目的：验证CTCS-0 级列控系统的功能及设备发生故障时是否符合故障-安全原则；

（3）前提条件：满足CTCS-0 级列控系统测试的各项接口需求；

（4）测试步骤和结果：执行当前测试所要经过的操作步骤，需要给出每一步操作的描述，测试人员根据测试案例操作步骤，完成测试案例的测试记录。

功能测试记录表需要包含以下内容：

（1）测试步骤：描述执行该功能案例的具体方法；

（2）执行前提：执行该步骤的前提条件；

（3）预期结果：当前测试案例的预期输出结果，用来与实际结果比较，如果相同则该测试案例通过，否则该测试案例失败；

（4）实际结果：记录当前测试案例的实际输出结果，用来与预期结果比较，如果相同则该测试案例通过，否则该测试案例失败；

（5）测试状态：表明测试案例每个步骤的测试状态，可以是以下情况之一：①通过—该步骤执行正确；②失败—该步骤执行出错；③未测—已经决定（或被告知或不具备条件）跳过该测试步骤。

功能测试时，测试工程师按照测试大纲的要求和内容，编制测试表格，并依据测试表格的内容和次序进行功能测试，测试的过程和相关问题都记录在测试表格中，并根据测试结果，编制最终的测试报告。

2.3 动态检测内容

CTCS-0 级列控系统测试案例是基于LKJ 监测数据的车地数据一致性验证及地面主体信号验证。

根据CTCS-0 级列控系统的特点，测试对象的主体应为地面信号，测试方法为：通过闭塞系统办理闭塞、联锁及CTC 系统排列试验进路，观察测试列车上机车信号和LKJ 数据显示（辅助信息），进行车地一致性数据确认（与设计一致）。

车地数据一致性案例的验证内容涵盖电务类LKJ基础数据的正确性验证，主要包括：信号机位置、轨道电路发码、关联发码信号机显示关系等，涉及控车的还有线路速度、坡度、道岔位置（工务类）、分相区（供电类）等。

除常规数据一致性验证测试案例外，还需考虑故障场景类及系统接口类测试，例如引导接车、人工进路解锁、人工取消进路、轨道电路故障占用、人工取消闭塞、计轴设备工作状态及轴数显示等。值得注意的是，地面信号作为主体信号，信号机的显示距离（瞭望情况）也是动态检测需要考虑的。

2.4 动态检测计划

通过计划管理系统有效跟踪已测进路及场景进度，对测试出的问题序列及时进行定位和补复测。

为了对地面轨道电路发码及各站侧线LKJ数据进行充分验证，需保证与列车进路有关的各站侧线股道至少检测1次，有站台办理客运业务需求的股道需排列到开进路至少检测1次。测试计划中涉及停车的位置需避免含有分相及大坡道。测试序列含有场景测试时，需注意含有特殊设计的位置，例如关联发码信号机、下坡道延续进路等。

3 常见类型及典型案例

结合海外CTCS-0 级列控系统测试结果，总结常见测试类型汇总见表1。

表1 常见测试类型汇总

3.1 信号机显示距离

以磨万铁路试验为例，在侧线进路拉锯试验时，分别发现那磨站X1出站信号机、噶西站S1出站信号机瞭望困难（显示距离不足200 m）。

查阅设计文件，磨万铁路全站侧线出站信号机均设计为矮型信号机，根据TB 10007—2017《铁路信号设计规范》［7］3.3.1 规定“矮柱进站信号机、矮型进路信号机、矮型出站信号机、矮型通过信号机、调车信号机、复示信号机，容许信号、引导信号的显示距离不得小于200 m”。

一般受地形的限制，可以改高柱或者加复示，以满足显示距离最少200 m的要求。上述问题经过现场复核确认，通过增高信号机高度至1 240 mm 得以解决。一般此类问题出现在侧线，因此有必要将试验进路覆盖每条侧线股道至少1次。

3.2 轨道电路分路不良

以磨万铁路试验为例，下行万基站2G 侧线停车，列车进入股道50 m左右机车信号才显示HU码。

经现场复核，发现万基站2G 钢轨锈蚀严重。通过信号集中监测系统分析，列车进入2G（电压曲线下降的时刻）6 s 后才显示占用（机车信号上码）（见图2）。根据TB/T 3287—2013 《机车信号车载系统设备》［8］4.9.2 规定“设备接收移频信息时，其应变时间为：转换为L、LU 时的应变时间不应大于2 s，其他不应大于1.5 s；从有信息到无信息的应变时间不应大于4 s”，因此确认万基站2G轨道电路分路不良。

图2 万基站2G停车轨道电路电压变化

上述问题可以通过打磨抛光锈蚀钢轨、提高轨道电路发码参数来解决问题。磨万铁路处在潮湿多雨的气候环境，轨道电路分路不良现象较为普遍，尤其在线路开通之前未压过车的侧线股道。考虑目前采用统一标定参数且LKJ在此场景下并不输出制动，经协商由琅勃拉邦维保管理中心登记分路不良，结合后续相同进路列车持续观察。

3.3 引导接车进路显示H灯

以蒙内铁路试验为例，在开展引导接车场景试验时，侧线引导接车进路列车机车信号显示为HUS→H→HU（见图3）。

图3 引导接车进路机车信号显示示意图

经分析，因车站为非全进路发码设计（仅对正线接车进路及侧线股道进行电码化），岔区不发码。根据《列车运行监控装置（LKJ）控制模式设定规范》（铁总运 〔2015〕 102 号）［9］4.2 节规定“当列车从 HU 码或H码区段进入无机车信号信息码区段时，机车信号机显示1个红色灯光；当列车从其他机车信号信息码区段进入无机车信号信息码区段时，机车信号机显示1个白色灯光”。故预期码序应为HUS→B→HU，但实际码序为HUS→H→HU。

根据厂家解释“引导接车时LKJ按特殊控制模式进行处理，进入岔区掉码后机车信号主机输出由HUS 灯转换为H 灯，不影响行车安全”，现场实际并未修改LKJ 软件。值得注意的是，目前高速铁路ATP 规范与LKJ 规范在该场景下略有不同，根据TB/T 3569—2021《列控车载设备人机界面（DMI）显示规范》［10］附录E.3 中规定“HU、HB、H 掉码显示H 码，其他码掉码显示无码”，按ATP 对于机车信号的处理逻辑，则在该场景下码序HUS→H→HU是符合规定的。

3.4 接近区段前允许速度下降

以蒙内铁路试验为例，排列某站正线通过进路，列车在进站前接近区段外方出现允许速度下降现象（见图4）。

图4 接近区段前允许速度下降示意图

经分析，在非自动闭塞接近区段（本线为自动站间闭塞）外方列车收B码，该版本LKJ基于故障导向安全原则，默认进站信号机关闭，根据《列车运行监控装置（LKJ） 控制模式设定规范》（铁总运〔2015〕102号）［9］7.2.1节中制动距离计算公式，按照最大常用制动计算控车模式曲线。接近区段的作用在自动站间闭塞线路上主要用于列车进路的接近锁闭，但是地面接近区段的设计长度基于紧急制动考虑，根据TB 10007—2017《铁路信号设计规范》［7］6.2.13 规定，CTCS-0 级线路接近锁闭长度“不小于列车按设计速度运行时的紧急制动距离”。

上述问题可通过延长接近区段长度或者修改LKJ软件2种方案解决，前者既增加工期也不经济，经协商通过优化LKJ软件，按照紧急制动计算控车模式曲线，问题得到解决。

4 结束语

CTCS-0 级列控系统已在海外普速铁路得到较为广泛的应用，在“一带一路”建设中发挥着保障铁路安全高效运行的重要作用。随着中国铁路“走出去”战略的逐步开展，我国列控系统自主化进程的稳步推进，基于CTCS 体系的列控系统即将得到更大范围应用，例如雅万铁路即将采用CTCS-3 级自主化列控系统，我国列控系统的海外市场也将产生更丰富的产品链。根据CTCS-0 级列控系统构成及动态验收相关规范特点，提出应补充普速铁路动态验收规范的建议。参照高速铁路动态检测经验，研究探讨CTCS-0 级列控系统测试方法，并结合现场测试实践总结常见问题及典型案例，为今后海外普速铁路的设计和试验提供借鉴。