鐵路信號電纜網絡故障的在線監測研究

歐陽輝

摘 要：文章分析了信號微機監測、SSTDR和TFDR監測手段對鐵路信號電纜網絡故障的在線檢測技術，對信號微機監測技術進行了詳細的設計，包括系統結構模型、網絡平臺和廣域網的設計等方面，達到提高在線監測效率的目的。鐵路信號電纜網絡故障通過這種在線檢測系統，創建了系統化的檢測平臺，實現了故障的自動化定位，以供廣大讀者參考。

關鍵詞：鐵路信號電纜；信號微機監測；SSTDR；TFDR

前言

隨著我國鐵路事業的發展，運輸量也在不斷提升，作為鐵路運輸部門信號傳遞的重要組成部分，鐵路信號電纜在傳遞列車輸運控制信息的作用越來越突出，鐵路信號電纜發生故障對整個列車的安全影響越來越大。同時再加上鐵路信號電纜在進行故障定位和分析研究時難度很大，無法快速確定隱蔽的故障，這樣就加大了對列車正常使用的干擾，同時對列車上人民的生命安全造成很大的損失。所以要提高檢測鐵路信號電纜故障的速度，研發出效率較高的在線檢測系統，針對鐵路信號電纜隱蔽性的特點，設計出快速確定電纜故障方位的網絡系統。

1 鐵路信號電纜網絡故障在線監測方法

隨著鐵路運輸業的提升，鐵路對提高信號電纜的要求也在不斷提升，要實現鐵路信號電纜網絡故障的自動監測和處理，達到減少人工參與的目的，這樣即可以提高信號電纜使用的可靠性，又實現了鐵路的自動化運營。信號微機監測、擴展頻譜時域反射法和時頻域反射法的結合使用，具有預測到信號電纜低阻故障的作用，同時還可以得出故障的精確測量距離和故障阻抗，最終確定故障具體類型的功能。

1.1 信號微機監測

信號微機監測是集合了現場總線、計算機網絡和數據通信等方面要素為一體的可靠網絡體系，可以實現對鐵路設備的在線監測，并將獲得的信息通過網絡傳遞給各分局，以供工作人員進行分析和統計，為以后解決故障提供保證。

信號微機監測網絡系統目前廣泛運用在我國鐵路行業中，是主要的行車安全監測設備，對鐵路運輸的安全和科學化管理有著重大作用，同時也對鐵路信號的維修提供了可靠技術支持。

1.2 擴展頻譜時域反射法

擴展頻譜時域反射法稱為SSTDR，是一種可以在線檢測信號電纜的故障檢測方法，這種方法主要是依賴于擴展頻譜技術[1]。在SSTDR進行在線監測發出信號時，不僅不會影響信號電纜的正常工作，而且還具有能預測到信號電纜低阻故障的作用[1]。SSTDR的工作原理是通過向檢測的電纜發射偽隨機碼和調制信號，得出故障部門的反射時間，主要是因為SSTDR發射的偽隨機碼和調制信號的自噪聲均是零，所以這種信號的發出對電纜的正常工作沒有任何影響，同時還能起到在線檢測故障的目的。

1.3 時頻域反射法

時頻域反射法稱之為TFDR，比較方便用于分析高斯包絡的線性調頻信號，因為通常電纜信號都是非平穩信號，而是以高斯分布為特征的，這樣就需要TDR來得出更為精確的測量精度。TFDR的工作原理是向檢測電纜發射高斯包絡調頻信號，這些信號接收Wigner的處理，得出故障的精確測量距離和故障阻抗，最終還可以確定故障的具體類型[2]。

2 鐵路信號電纜網絡故障在線監測系統設計

2.1 信號微機監測設計

2.1.1 系統結構模型

信號微機監測系統主要是對鐵路信號設備進行遠程監控，對信號設備電氣特性進行在線監測及預警。整個信號微機監測系統包括電務段層、車間層和車站層三個部分，其中電務段終端應該與上級保持溝通狀態。

2.1.2 網絡平臺

信號微機監測系統的網絡平臺是PC機，整個監測中心都采用TCP/IP協議，在終端使用PC機，保持相互間聯系。

2.1.3 廣域網的設計

廣域網的設計要采用最先進的技術手段、系統的端口要滿足標準化的要求、整個系統要確保安全、方便。網絡系統包括各個連接設備、調解器和布線系統等，支撐著所有應用軟件的使用，其可靠性是整個微機監測網絡系統正常使用的關鍵。整個廣域網要以電務段局為中心，實現段局域網之間互聯，通常采用串聯的方式把整個鐵路現場連接起來，這樣既可靠又節省空間。通信信道要保證質量高、穩定度高，這樣才能提高整個網絡的可靠性。結構化布線要保證入網節點與局域網之間的距離在100m之內，采用一級星形布線方式，達到減少投資的目的。結構化布線是整個系統極為關鍵的環節，所以設備要選擇最高品質的產品，滿足未來網絡擴展的需求。

這樣設置局域網可以保證網絡系統的網絡傳輸性能高、網絡可靠性高、系統具有良好的適應性、可以架構企業內部的管理網等。

通過信號微機監測實現了對鐵路信號設備隱患的在線監測，可以及時反映設備的運行情況，并且根據提交的報道信息可以進行及時的現場維修，保證整個列車的正常運行。

2.2 SSTDR和TFDR測試方法設計

通過以上分析可以知道，SSTDR檢測方法具有預測到信號電纜低阻故障的作用，TFDR具有得出故障的精確測量距離和故障阻抗，最終確定故障的具體類型的功能。在實際工作中，這兩種方法并不是單獨使用的，經常結合在統一硬件平臺上檢測電纜故障，這樣即可以確定檢測電纜信號的高阻故障和低阻故障，還可以明確檢測信號電纜故障的精確位置[3]。系統以DSP+CPLD模塊為核心電路，主要包括信號發射模塊、信號采集模塊和數據通信模塊。

CPLD在信號發射模塊中需要控制直接數字合成芯片產生相應的發射信號，這些發射信號要經過驅動放大線路，由驅動放大線路的兩條不同線路產生大小相同、極性相反的電壓信號。

對于信號采集模塊的設計要注意在實際工作中檢測電纜的反射信號比較微弱，并且其幅值具有不穩定的特點，所以前段緩沖放大電路需要使用大小可進行隨意調節的放大緩沖電路[4]。

數據通信模塊是為了適應實際工作中電磁環境復雜、通信距離大等因素而設計的一種抗干擾系統。數據通信的上位機PC端通過與總線連接可以利用數據技術實現對鐵路信號電纜的故障檢測，這樣就方便了后續的處理工作，提高了硬件平臺的通用性和實用性。

3 結束語

通過以上分析可以看出，信號微機監測實現了對鐵路信號設備隱患的在線監測，可以及時反映設備的運行情況，并且根據提交的報道信息可以進行及時的現場維修，保證整個列車的正常運行。而SSTDR和TFDR的故障檢測方法作為補充手段進行結合使用，共同對鐵路信號電纜網絡故障進行在線檢測，具有預測到信號電纜低阻故障的作用，同時還可以得出故障的精確測量距離和故障阻抗，最終確定故障具體類型的功能。這三種方法應該在鐵路系統大力推廣，只有這樣才能更好地排除電纜網絡故障，實現鐵路的自動化運營。

參考文獻

[1]王立華.通信電纜斷點故障自動檢測報警電路的設計[J].自動化儀表，2010，9（12）：98-99.

[2]王國權.鐵路信號電纜對外來地電容不平衡的探討[J].鐵道通信信號，2008，2（27）：38-39.

[3]馬全松，秦亞明，廖立平.鐵路信號電纜絕緣在線測試[J].測控技術，2009，12（4）：34-35.

[4]顏秋容，徐勛建.基于DSP的智能隔離檢測系統的設計[J].儀表技術與傳感器，2006，4（11）：54-55.