微機監(jiān)測中軌道電路的故障報警技術(shù)解析

孫永剛

摘? 要：軌道電路作為鐵路信號的重要組成部分，會直接影響車輛的行駛安全和效率。為了能夠有效掌握軌道電路運行性能，及時預(yù)防故障發(fā)生，提前消除安全隱患，現(xiàn)如今我國鐵路電務(wù)部門也引用了微機監(jiān)測系統(tǒng)，可以實時對軌道電路進行監(jiān)控、警報、信息存儲、全程監(jiān)督、遠(yuǎn)程監(jiān)視等。基于此，該文首先提出軌道電路故障與診斷原理，進而對軌道電路故障報警技術(shù)進行解析。

關(guān)鍵詞：微機監(jiān)測;軌道電路;故障報警技術(shù)

中圖分類號：U284? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

對于軌道電路來說，其會直接影響相應(yīng)電氣設(shè)備的使用性能，一旦軌道電路發(fā)生故障情況，則會直接影響列車的行駛效率和安全。近些年鐵路電務(wù)部通過不斷引進、完善微機監(jiān)測系統(tǒng)，對鐵路信號進行全程監(jiān)控。如果鐵路信號設(shè)備出現(xiàn)了故障，監(jiān)控系統(tǒng)就可以將故障信息傳輸?shù)较到y(tǒng)終端，并自動提出解決方案。由于在整個監(jiān)測系統(tǒng)中要事先設(shè)定軌道電路運行標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)范圍，一旦軌道電路出現(xiàn)了故障情況，其電氣指標(biāo)會發(fā)生劇烈波動，如果超過了設(shè)定的閾值范圍，系統(tǒng)就會自動報警，提醒電務(wù)人員第一時間開展檢修工作，處理設(shè)備隱患。

1 故障檢測與診斷的基本原理

在微機監(jiān)測領(lǐng)域當(dāng)中，F(xiàn)DD（故障檢測與診斷技術(shù)）技術(shù)取得了令人矚目的科技成果。FDD技術(shù)是通過被檢測對象或某個系統(tǒng)預(yù)測檢測對象是否存在故障的一項新型技術(shù)。FDD作為微機監(jiān)測系統(tǒng)的重要組成部分，主要是通過監(jiān)測軌道電路電氣特性，實時監(jiān)測軌道電路信息。在監(jiān)測系統(tǒng)中提前設(shè)置軌道電路特性的上下閾值，如果電路或設(shè)備發(fā)生了故障情況，此時電氣特性指標(biāo)會產(chǎn)生較大的波動變化。在正常情況下，軌道電路電壓曲線處于一條水平直線上，如果軌道電路故障，則電路電壓曲線會大部分下降或上升，出現(xiàn)峰值。此時FDD即可獲取故障信息、判定故障情況，聯(lián)動故障報警技術(shù)提醒電務(wù)人員軌道區(qū)域電路出現(xiàn)故障，及時處理故障問題。根據(jù)數(shù)據(jù)波動峰值量，系統(tǒng)還會自動開啟一級、二級、三級聲光報警。

2 微機監(jiān)測中軌道電路故障報警系統(tǒng)框架

軌道電路報警系統(tǒng)整體上采用了集中報警檢測方案，其所管轄的軌道電路利用傳感器進行監(jiān)測，傳感器與FDD連接，設(shè)置電路報警圖形顯示器、報警控制臺、報警聯(lián)動系統(tǒng)，從而監(jiān)控軌道電路故障信號和電氣設(shè)備運行狀態(tài)。

從整個系統(tǒng)的有效性、經(jīng)濟性方面考慮，整個故障報警通信系統(tǒng)采用“無線網(wǎng)+光纖”形式。故障報警系統(tǒng)設(shè)置在各個軌道電路、電氣設(shè)備、機房當(dāng)中，并統(tǒng)一由FDD判定故障情況，但每個區(qū)域的報警系統(tǒng)保持獨立，實現(xiàn)區(qū)域性報警方案，形成集成軌道電路故障報警系統(tǒng)。每個區(qū)域的報警區(qū)間通常設(shè)置3個以內(nèi)，每個區(qū)間設(shè)置一個控制柜，包括監(jiān)控器、控制器、聯(lián)動電源、網(wǎng)絡(luò)交換機等，負(fù)責(zé)對報警區(qū)間進行監(jiān)測、報警、聯(lián)動。通過網(wǎng)絡(luò)交換機將光纖接入FDD系統(tǒng)，通過無線網(wǎng)絡(luò)將信息傳輸?shù)诫妱?wù)站上位機中。

3 微機監(jiān)測中軌道電路故障報警技術(shù)

3.1 基于FDD系統(tǒng)的報警信號

3.1.1 特點分析

在整個軌道電路系統(tǒng)當(dāng)中，微機監(jiān)測中多數(shù)都是采用FDD聯(lián)動報警功能，報警信號的作用包括：1）可以避免故障電路長期運行，通過遠(yuǎn)程關(guān)閉的方法降低運行風(fēng)險;2）如果提示軌道電氣設(shè)備需要維修，那么報警系統(tǒng)就會發(fā)出響聲，告知電務(wù)人員做好檢修工作，避免連帶其他組件、設(shè)備產(chǎn)生故障，確保軌道電路系統(tǒng)的安全性。

FDD聯(lián)動警報具有時域性、連續(xù)性特點，如果電路運行數(shù)據(jù)超過了設(shè)定閾值參數(shù)，此時系統(tǒng)就會發(fā)出報警信息。為了能夠更加直觀地觀測到FDD報警信息特征，電務(wù)站的人機交互機界面會呈現(xiàn)出可視化信息，通過平面圖來表示具體的故障情況。

3.1.2 故障信號處理

從FDD聯(lián)動報警系統(tǒng)故障診斷方式來說，主要是利用了軌道電路故障和警報信息間的因果關(guān)系，不同故障程度的報警信息也不同，通常藍(lán)色為三級警報;黃色為二級警報;紅色為一級警報;正常情況下為綠色燈。整個微機監(jiān)測中軌道電路故障報警技術(shù)打破了傳統(tǒng)的機械診斷方法，可以及時發(fā)出軌道電路的警報信息，結(jié)合微機監(jiān)測的傳感器，從而確定具體的故障位置。此外，還需要結(jié)合軌道電路系統(tǒng)特性與運行要求，因此需要做到以下2點。

（1）除了要在微機監(jiān)測系統(tǒng)當(dāng)中設(shè)定運行參數(shù)閾值，還需要對整個微機監(jiān)測系統(tǒng)進行劃分，系統(tǒng)劃分可以讓不同子系統(tǒng)顯示不同警報內(nèi)容。

（2）在頻繁出現(xiàn)電路故障的部位安裝傳感器，傳感器作為FDD系統(tǒng)中的一部分，可以直接將信息傳遞給終端系統(tǒng)中，如果運行數(shù)值超出了閾值，則會自動發(fā)出警報，并且人機交互界面會判定哪個傳感器發(fā)出警報，確定需要進行檢修的線路部位。

改進之后的方案可以分散處理信息，如果同時出現(xiàn)故障，不同的區(qū)域也會共同發(fā)出警報，從而判定哪個軌道電路出現(xiàn)了故障，針對不同的故障位置、情況，找出報警信號的因果關(guān)系，確保報警信息的正確性與針對性。

3.2 軌道電路故障報警技術(shù)分析

3.2.1 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)故障定性技術(shù)

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以對數(shù)據(jù)信息的隱層網(wǎng)絡(luò)、顯層網(wǎng)絡(luò)進行智能判定，被分析對象并沒有固定的數(shù)學(xué)模型。所以想要盡可能反映真實的報警信息，就必須要構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)神經(jīng)元。結(jié)合軌道電路特征，在沒有可靠的數(shù)學(xué)模型的情況下，借助“FDD+神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”依然可以采集故障信息，掌握軌道電路出現(xiàn)了哪種故障以及故障程度。作為一個判定故障的定性應(yīng)用程序，通過FDD分析定子電流、轉(zhuǎn)子電流信號，得出信息波動數(shù)值，處理之后得到電流信號諧波分量，最后判定諧波分量變化所對應(yīng)的故障等級（藍(lán)、黃、紅）模擬故障識別。

3.2.2 借助小波分析技術(shù)獲取信息

在FDD中加入小波分析技術(shù)，其主要流程為1）采用電流、電壓傳感器，獲取軌道電路的信息數(shù)據(jù);2）將信號傳輸給FDD模塊，此時對采集信息進行轉(zhuǎn)換;3）進入數(shù)據(jù)采集模塊中采用小波函數(shù)，并從多個客觀層面對小波進行分解，這樣即可提取相應(yīng)的故障信號;4）對故障信號進行分解，重構(gòu)波形和頻譜，判定故障信號特征、規(guī)律;5）通過以上的故障判定因素即可獲取故障時間、類型、程度。

4 軌道電路故障報警信息分析方法

（1）通過觀察軌道電路故障曲線數(shù)值高低，對故障性質(zhì)進行區(qū)分，如果電壓數(shù)值超出了正常電壓數(shù)值，則可以初步判定是外界干擾造成電路問題;如果曲線高低變化較緩，則可能是牽引電流干擾造成的故障問題;如果曲線表現(xiàn)為鋸齒狀，可能是瞬間外界干擾造成的結(jié)果。一旦電路曲線波動較大，需要工作人員持續(xù)觀察曲線變化情況，及時做出反應(yīng)，聯(lián)系檢修人員對故障問題進行統(tǒng)一處理。

（2）考慮到軌道電路故障的聯(lián)動性，一旦發(fā)出了警報信息，還需要對相鄰軌道電路電壓曲線進行分析，判定是否出現(xiàn)電壓波動，如果出現(xiàn)波動，判定波動時機是否相同。如果在同一時間段產(chǎn)生了相同波動，則表示相鄰軌道絕緣受損或公共部分產(chǎn)生了異常。

（3）結(jié)合列車運行情況判定軌道電路曲線故障情況，判定產(chǎn)生故障的原因，不斷縮小故障范圍。監(jiān)測中注意曲線異常波動區(qū)段，記錄異常波動時間點，調(diào)看站場平面圖，對列車運行情況進行分析，找出造成曲線異常波動的原因。

5 結(jié)語

綜上所述，微機監(jiān)測中軌道電路故障報警技術(shù)對保證列車運行安全、效率有著重要意義，其不僅能夠?qū)崿F(xiàn)軌道電路故障判定、預(yù)防、警報等功能，還可以有效挖掘電路或設(shè)備的故障隱患，從而提升軌道電路的運行質(zhì)量，保證列車安全行駛。

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