高速鐵路災害監測系統整治方案研究與應用

沈陽鐵路局電務處 戈明喆

高速鐵路災害監測系統整治方案研究與應用

沈陽鐵路局電務處 戈明喆

結合高鐵災害監測系統現場運用情況，針對當前存在的主要問題，重點在系統電源、設備配線、組網結構、接口電路等方面提出優化措施和整治方案，并在現場實施并應用，確保系統穩定運行。

災害監測；優化措施；整治方案

高速鐵路自然災害及異物侵限監測系統（簡稱災害監測系統）是鐵路信息系統的組成部分，對高速鐵路沿線風、雨、雪、地震等自然災害及異物侵限進行實時監測，為鐵路調度指揮及維護管理提供預警、報警信息，防止或減少災害對高速鐵路列車運行的影響。

一、系統構成

災害監測系統由風、雨、雪、地震以及異物侵限傳感器，監控單元，監控數據處理設備，工務調度終端，工務段終端，調度所設備，通信傳輸通道等組成。系統包括風速風向、雨量、雪深、地震及異物侵限監測五項內容，是構架在鐵路通信傳輸網基礎之上的安全信息采集和監控系統，是運營調度系統的一個子系統。災害監測系統采用鐵路局中心系統、現場監測設備兩級架構，包括鐵路局中心系統、現場監測設備及系統網絡等。系統結構如圖1所示。

圖1 高鐵災害監測系統結構圖

風監測子系統通過實時監測被監控區段的風流相關信息（如風速、風向、大氣壓力以及溫度等），將收集到的數據經系統內嵌軟件運算和判斷，按預設的門限分級進行判斷，當判斷產生報警時，立即向列調臺的監控終端發出預設分級的行車速度限制命令，同時啟動相關部門的應急機制。

雨監測子系統實時采集鐵路沿線被監控區段的降雨量情況，通過處理、分析實時監測降雨量，當發生且超限可能危及行車安全時，系統立即相應的終端發出出巡警戒報警、限速警戒報警，同時啟動相關部門的應急機制。

雪監測子系統實時采集鐵路沿線被監控區段的降雪量信息，通過處理、分析實現雪深實時監測及報警提示，當發生且超限可能危及行車安全時，系統立即向列調臺上監控終端發出預設分級的行車速度限制命令，同時啟動相關部門的應急機制。

地震監控子系統實時監測被監控區段的地震波波動狀態，當地震波波動峰值超過40gal，即將危及行車安全時，系統立即向相關的行車指揮控制各系統發地震波超限報警，并切斷監控范圍內牽引變電所以及分區所的供電，同時啟動相關部門的應急機制。

異物侵限監控子系統實時監測鐵路沿線被監控區段的異物侵限狀態，如公跨鐵橋、隧道口、公鐵并行地段等，當異物侵限發生且超過防限體積，可能危及行車安全時，系統通過接口繼電器把報警信息實時傳送至列控系統、調度指揮系統，立即發出相應的行車管制命令，同時啟動相關部門的應急機制。

二、存在問題

2008年，首套災害監測系統在京津城際鐵路投入使用，隨著高速鐵路建設及飛速發展，早期建設的災害監測系統因經驗不足、標準不統一，給日常維護帶來一定安全隱患，亟需改進，常見問題如下：

1.監控單元UPS電源隱患。一是各站點電源型號、配置、容量不統一，給日常維護帶來難題，且模塊配置容量不足，電源長期滿負荷工作，造成電源模塊不穩定，發生故障影響行車。二是早期建設的災害監測系統電源與通信電源分別引入，或災害監測系統設置獨立機房，缺少動力及環境監控手段。

2.斷路器配置標準低。大多數斷路器采用民用C級斷路器，未按照鐵路信號設備標準使用液壓延時緩動型斷路器，造成斷路器誤動影響行車。

3.監控單元內部配線隱患。設備內部多股軟線未加裝插針或線環，直接使用裸線壓接在端子上，造成端子虛接或斷線而影響行車。

4.鐵路局中心系統均按線建設，造成各線調度所終端接入網絡分別設置路由器和交換機，網絡結構不合理，個別線仍采用單套交換機，而且監控手段不完善，網絡設備沒有專用的網管軟件進行實時監測和性能分析，設備隱患不能及時發現，最終導致故障頻發。

5.設備、電路冗余配置不完善。雖然采用了網絡雙通道、電源雙套，但在部分關鍵部件、節點仍無冗余，如：信號側上行、下行異物繼電器無冗余配置，當外線端子松動或某個端口故障而并非異物侵限，即可引發單側軌道電路紅光帶。

三、整治方案

近幾年，災害監測系統通過在各條高鐵線路上的應用，不斷總結經驗、查找不足，并對各種故障、隱患和問題進行總結、分析，研究出一套高效可行的整治方案，并在哈大、盤營客專、長吉城際等線得到廣泛應用，具體如下：

1.電源整治。

（1）統一全線監控單元UPS型號和容量，現場按照實際安裝數量的8%配置備品備件，方便現場維護管理。并提高UPS電源容量，實際工作時功率應小于額定功率的30%，保證UPS電源低負荷工作，即使單套UPS工作時，實際功率也不會超過額定功率的60%，從而提高電源穩定性。

（2）監控單元交流電源引入線改接至通信電源配電箱，并納入到動環監測系統，實現雙網管同步監控，防止因電源箱故障問題而引發的外電中斷。監控單元獨立機房增加動環及視頻監控系統，實現機房環境，如溫濕度、電源、門禁、水浸、煙霧的實時監控，并可以通過視頻監控隨時查看機房狀態。

2.斷路器整治。

（1）設備機柜內斷路器一律采用為鐵路信號專用液壓緩動型斷路器，防止因普通斷路器工作不穩定而引發的跳閘斷電。

（2）異物控制器、繼電器組合、風雨雪供電模塊等關鍵部分必須保證雙路供電，全部采用雙斷路器從UPS電源引接，防止單點故障影響行車。

3.配線整治。

（1）災害監測系統監控單元內部配線端子整治，線徑小于1.0的多芯軟線必須加裝插針，接入斷路器端子的電源細線壓接線環，防止因端子松動而引發紅光帶影響行車。

（2）取消機柜內部配線的萬可端子，改為塔型端子焊接方式，減少故障點，只有外線電纜采用萬可端子方式接入，并要求配備萬可端子專用工具，嚴禁使用萬用表筆、螺絲刀等，以免損壞端子，造成行車故障。

4.網絡整治。

參照高速鐵路自然災害及異物侵限監測系統鐵路局中心系統總體方案，對各線建設的調度所網絡設備（核心路由器、交換機）進行整合，在調度所災害監測系統機房設置2套千兆防火墻和2套匯聚層網絡交換機，調度大廳所在樓層機房設置2套接入層網絡交換機，通過不同徑路光纜通道實現互聯。各線數據中心服務器分別接入匯聚層網絡交換機，調度所監控終端配置雙網卡，主、備通道分別接入2套接入層網絡交換機。同時，網絡交換設備配置網管服務器，實現對各交換機狀態的實時監控和遠程管理。

5.接口電路優化。

按照《信號系統與異物侵限監控系統接口技術條件》的通知（運基信號〔2009〕719號）要求，信號系統與異物侵限監控系統采用繼電器接口，信號系統設置異物侵限繼電器（YWJ），其型號為JWXC-1700，YWJ由異物侵限監控系統驅動，常態為吸起，落下時信號系統按發生異物侵限影災害進行防護，如圖2所示。根據異物侵限子系統邏輯，只有當異物侵限導致雙電網斷線時，才會向列控聯鎖系統發送異物侵限告警信號，SYWJ、XYWJ同時落下，觸發紅光帶；但由于信號系統與異物侵限監控系統接口無冗余配置，單點或單端口故障即有可能觸發單側軌道紅光帶，引發誤告警，嚴重影響行車。

圖2 信號系統與異物侵限監控系統接口圖

在不改變信號系統與異物侵限監控系統接口技術條件的前提下，在信號軌道控制電路中增加區分繼電器（QFJ），用來辨別設備故障和異物侵限，即當發生異物侵限時，區分繼電器不參與電路控制，不會影響正常報警和臨時通車等功能，如圖3所示。工作原理如下：當設備故障如：外線斷線、端子虛接、送電端口故障等，將引發上行（SYWJ）或下行（XYWJ）異物繼電器單個落下時，區分繼電器（QFJ）會幫助識別出為設備故障，不驅動軌道電路動作，不觸發紅光帶，從而實現端口和電路的冗余保護。當發生異物侵限時，將引發上行（SYWJ）或下行（XYWJ）異物繼電器同時落下，區分繼電器（QFJ）也會落下，不再參與電路工作，從而不影響災害監測系統的臨時通車、恢復等操作。

圖3 信號系統與異物侵限監控系統接口電路優化圖

四、總結

高速鐵路災害監測系統的運行穩定直接影響行車安全，必須在建設階段把住設計、施工和產品質量源頭關，并在運用過程中不斷總結經驗，合理優化系統方案，這樣，才能確保系統的穩定運行。

[1]中國鐵路總公司.鐵總運〔2014〕146號.高速鐵路自然災害及異物侵限監測系統鐵路局中心系統總體方案.2014.

[2]中國鐵道部運輸局.運基信號[2009]719號.關于印發《信號系統與異物侵限監控系統接口技術條件》的通知.2009

[3]中國鐵路總公司.鐵總運〔2013〕142號.高速鐵路自然災害及異物侵限監測系統維護試行辦法.