ZPW－2000完整采集及故障分析模型探究

孫鐵強(qiáng) 胡恩華 張俊海 楊向波

ZPW－2000型無(wú)絕緣移頻軌道電路具有低頻信息多、傳輸距離長(zhǎng)、可靠性高以及抗干擾性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，在我國(guó)鐵路系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用，成為保證鐵路運(yùn)輸安全的關(guān)鍵設(shè)備之一。但是，當(dāng)ZPW－2000型軌道電路設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，電務(wù)維護(hù)人員很難快速、準(zhǔn)確判斷故障的位置。一旦設(shè)備故障發(fā)生在室外的調(diào)諧單元或者匹配單元，電務(wù)維護(hù)人員只有攜帶工具和設(shè)備，到達(dá)設(shè)備故障區(qū)間才能確定具體的設(shè)備故障，且無(wú)法預(yù)先準(zhǔn)備相應(yīng)的備用設(shè)備，往往處理時(shí)間較長(zhǎng)，對(duì)運(yùn)輸效率影響較大。

目前，信號(hào)集中監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中針對(duì)移頻軌道電路缺少對(duì)室外軌旁設(shè)備的電氣特性監(jiān)測(cè)，無(wú)論是信號(hào)集中監(jiān)測(cè)采集、還是軌道電路子系統(tǒng)自身采集，都僅僅是針對(duì)室內(nèi)信息進(jìn)行，包括室內(nèi)發(fā)送盒、發(fā)送電纜側(cè)、接收電纜側(cè)、軌入、軌出1和軌出2的采集，即所謂的 “五點(diǎn)采集”。而對(duì)于室外信息的監(jiān)測(cè)，存在如高溫、日曬、風(fēng)雪的影響，對(duì)采集電子器件本身要求較高；受室外地形條件多樣影響，設(shè)備安裝工藝要求較高；同時(shí)由于區(qū)間距機(jī)械室較遠(yuǎn)，傳輸技術(shù)受到考驗(yàn)。所以對(duì)于ZPW－2000室外監(jiān)測(cè)一直沒(méi)有得到實(shí)際應(yīng)用，更無(wú)法將室內(nèi)和室外信息進(jìn)行綜合利用，形成完整軌道電路故障智能分析。

針對(duì)以上問(wèn)題，通過(guò)長(zhǎng)期在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)際的測(cè)試和改進(jìn)，完成了對(duì)ZPW－2000A室外信息的采集和傳輸，并綜合室內(nèi)采集的信息，運(yùn)用智能分析算法，實(shí)現(xiàn)了ZPW－2000A故障智能分析。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證，大大提高了對(duì)ZPW－2000的故障定位和處理的速度。

1 系統(tǒng)采集方案及內(nèi)容

ZPW－2000室外監(jiān)測(cè)采集模型如圖1所示。采集室外調(diào)諧匹配單元兩側(cè)的信息，并通過(guò)載波總線與室內(nèi)通信分機(jī)通信，將信息送給信號(hào)集中監(jiān)測(cè)站機(jī)。

該采集方案中室外新增4點(diǎn)信息采集：發(fā)送電纜側(cè)、發(fā)送軌面?zhèn)?，接收軌面?zhèn)?、接收電纜側(cè)。加上信號(hào)集中監(jiān)測(cè)已有的室內(nèi)5點(diǎn)采集，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)ZPW－2000軌道電路從室內(nèi)發(fā)送盒到室內(nèi)接收盒整個(gè)數(shù)據(jù)鏈完整的9點(diǎn)信息采集和監(jiān)測(cè)。其采集電路圖如圖2所示；各點(diǎn)采集內(nèi)容如表1所示。

圖1 ZPW－2000軌道電路室外監(jiān)測(cè)系統(tǒng)模型圖

圖2 ZPW－2000軌道電路9點(diǎn)采集原理圖

通過(guò)對(duì)ZPW－2000軌道各點(diǎn)完整的采集，實(shí)現(xiàn)對(duì)各點(diǎn)實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)和報(bào)警分析。當(dāng)故障出現(xiàn)時(shí)可以第一時(shí)間通過(guò)監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)定位故障點(diǎn)，大大縮短故障定位時(shí)間。

2 采集安全防護(hù)措施

2.1 室內(nèi)接收端電壓采集安全防護(hù)

ZPW－2000軌道電路接收端在正常情況下，接收器輸入阻抗為10kΩ左右，進(jìn)而高輸入阻抗帶來(lái)抗干擾能力差的問(wèn)題。當(dāng)軌出1和軌出2分別并聯(lián)上采集模塊的采集線時(shí)，線中耦合的干擾會(huì)明顯影響接收器的正常工作。

為了抑制這種干擾，在移頻組合架接收器后的軌出1、軌出2端就近串接隔離模塊，如圖3所示。

就近安裝隔離模塊，可以有效降低采集線纜上產(chǎn)生的干擾信號(hào)；發(fā)送采集線纜與接收采集線纜可改變走線方式，分束走線；在必須同槽走線的情況下，做好發(fā)送與接收采集線纜分束綁把，且分開一定距離 （5cm）走線；采集線纜連接工藝上，要求發(fā)送盒接收采集線纜的屏蔽層分別單點(diǎn)接地。

2.2 室外惡劣環(huán)境下的電壓采集安全防護(hù)

在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，盡管在電壓采集板的前端加入了電壓隔離器，但是由于現(xiàn)場(chǎng)的風(fēng)吹日曬以及高頻率劇烈震動(dòng)的環(huán)境，電壓采集線極有可能會(huì)脫皮造成短路。因此，基于這樣的一個(gè)安全防護(hù)要求，本系統(tǒng)在原有電壓隔離的基礎(chǔ)上，提出在一對(duì)輸入線上分別串入等值防短電阻，即使采集線破皮短接，現(xiàn)場(chǎng)軌道亦不會(huì)短路而出現(xiàn) “紅光帶”。

3 基于智能分析的故障分析模型

智能分析目前在信號(hào)集中監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中已得到推廣應(yīng)用，在智能分析系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，將室內(nèi)采集和室外采集的信息進(jìn)行匯總和綜合，采用基于二叉樹的表述方式，形成一套完整分析模型，包括：室內(nèi)發(fā)送盒側(cè)、室內(nèi)發(fā)送電纜側(cè)、室外發(fā)送電纜側(cè)、室外發(fā)送端軌面?zhèn)取⑹彝饨邮斩塑壝鎮(zhèn)?、室外接收電纜側(cè)、室內(nèi)接收電纜側(cè)、室內(nèi)接收端設(shè)備側(cè)、室內(nèi)衰耗盒端，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)ZPW－2000軌道電纜各故障點(diǎn)的完整分析。同時(shí)，對(duì)于室外鋼包銅線電流不平衡進(jìn)行預(yù)警分析，建立預(yù)警分析模型。

圖3 移頻接收端安全采集示意圖

3.1 故障分析模型

如圖4所示的二叉樹表述模型，以區(qū)段故障紅光帶為例。當(dāng)區(qū)段紅光帶故障時(shí)，發(fā)現(xiàn)其紅光帶并開始分析。系統(tǒng)從站場(chǎng)圖中根據(jù)設(shè)備關(guān)聯(lián)關(guān)系，搜索該區(qū)段的前后區(qū)段 （區(qū)段的前后方向根據(jù)閉塞分區(qū)方向燈獲?。?。

表1 ZPW－2000完整采集內(nèi)容

當(dāng)前后區(qū)段都無(wú)紅光帶時(shí)，初步定位是發(fā)送通道和軌面故障；當(dāng)區(qū)段小軌入正常，主軌入趨于0，前方區(qū)段小軌入正常，定位為軌面故障；本區(qū)段的主軌入趨于0，前方區(qū)段的小軌入趨于0，前方區(qū)段主軌入正常，定位為本區(qū)段發(fā)送通道故障。當(dāng)后方區(qū)段也亮紅光帶時(shí)，定位為接收通道故障；同理，對(duì)具體的故障點(diǎn)還需進(jìn)一步推理。

通過(guò)對(duì)各點(diǎn)信息分析，可以準(zhǔn)確定位故障點(diǎn)。

1.發(fā)送通道故障包括：發(fā)送通道移頻架發(fā)送器功出端子到模擬網(wǎng)絡(luò)設(shè)備側(cè)開路故障；發(fā)送通道模擬網(wǎng)絡(luò)盤到電纜輸出端子側(cè)故障；發(fā)送通道中模擬網(wǎng)絡(luò)電纜側(cè)至鋼軌側(cè)開路；模擬網(wǎng)絡(luò)電纜側(cè)至室外送端電纜側(cè)故障；室外送端電纜側(cè)至軌面?zhèn)裙收稀?/p>

2.接收通道故障包括：室外接收主軌軌面至室外受端電纜側(cè)故障；室外受端電纜側(cè)至模擬網(wǎng)絡(luò)電纜側(cè)故障；接收通道中模擬網(wǎng)絡(luò)電纜側(cè)至模擬網(wǎng)絡(luò)設(shè)備側(cè)故障；接收通道中模擬網(wǎng)絡(luò)盤設(shè)備側(cè)至接收器入口故障；衰耗器故障。

圖4 ZPW－2000二叉樹表述原理圖

3.發(fā)送主軌軌面至接收主軌軌面故障。

3.2 鋼包銅線不平衡預(yù)警分析

鋼包銅線是調(diào)諧匹配單元輸出信號(hào)傳輸至鋼軌上的關(guān)鍵媒介。由于受到震動(dòng)影響以及氧化腐蝕影響，鋼包銅線的固定栓會(huì)松動(dòng)或者鋼包銅線阻值不平衡，從而造成鋼包銅線電流不平衡，因此有必要即時(shí)、準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)、預(yù)警鋼包銅線的工作狀態(tài)。

為便于討論，定義長(zhǎng)側(cè)鋼包銅線電流分別為I長(zhǎng)內(nèi)、I長(zhǎng)外，短側(cè)鋼包銅線電流分別為I短內(nèi)、I短外。那么，鋼包銅線故障隱患判據(jù)一：I長(zhǎng)內(nèi)＋I(xiàn)長(zhǎng)外＝I短內(nèi)＋I(xiàn)短外。

考慮既有線路上應(yīng)用的備用鋼包銅線和主鋼包銅線尺寸不一致。因此，針對(duì)客專線，定義鋼包銅線故障隱患判據(jù)二：I長(zhǎng)內(nèi)＝I長(zhǎng)外；I短內(nèi)＝I短外。

由此實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼包銅線電流不平衡進(jìn)行預(yù)警。

4 結(jié)束語(yǔ)

該智能分析系統(tǒng)在吉林電務(wù)段管內(nèi)長(zhǎng)吉城際客專進(jìn)行了實(shí)際運(yùn)用。通過(guò)對(duì)ZPW－2000室外采集，實(shí)現(xiàn)了軌道電路各設(shè)備點(diǎn)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。通過(guò)建立完整的智能分析模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)ZPW－2000軌道電路完整監(jiān)測(cè)和報(bào)警的功能，大大縮短了電務(wù)維護(hù)人員對(duì)故障的判斷、定位和處理。

［1］ 董昱.區(qū)間信號(hào)與列車運(yùn)行控制系統(tǒng)［M］.北京.中國(guó)鐵道出版社.2008.6.