有軌電車信號系統模擬檢測平臺的設計與實現

楊克思

珠海公交軌道交通有限公司 廣東 珠海 519000

1、有軌電車信號系統模擬檢測平臺的背景和需求

目前，國內許多城市的軌道交通采用有軌電車形式運營，截止2020年12月底已有19個城市34條線路的現代有軌電車投入運營，總運營里程457.95Km。隨著科學技術進步，現代有軌電車信號系統均采用新型的技術和設備。已珠海有軌電車為例，正線信號系統采用了WHE61.1道岔控制系統、BRC軌道電路系統、HCS-V環路通信系統、西門子路口信號優先系統、監控系統等技術設備，來實現有軌電車行車控制、電車運行監控和管理、保障電車運行安全、提高運營效率。

這些系統設備在國內都是首次引進使用，存在技術資料不全，維護保養技術不夠完善，維修經驗不足等問題。同時部分設備的軟硬件故障率非常高，專業設備軟硬件的自主檢測難度極大，診斷故障和修復設備的時間長，設備維修對廠家依賴性極高，維保人員技術水平參差不齊等諸多問題。

根據這些問題，為有軌電車信號專業切實解決問題，旨在搭建出一套有軌電車信號系統模擬檢測平臺。主要實現以下功能需求：

（1）設備故障診斷。可以對故障設備進行檢查測試，分析確定故障設備的具體原因。不再完全依賴于廠家的分析報告，掌握設備維保的主動權。

（2）備品備件檢測。備品備件可以經過檢測，合格直接入庫轉為備用；不合格的備品備件或者存在故障的新購物資可以進行退貨處理，避免錯過退貨日期。

（3）新維修技術驗證。對設備維護新的技術方法進行可行性驗證，確保新的維修技術和方法不會對正常運行的設備造成影響。

（4）員工培訓。提供全套模擬的信號系統培訓設備。提高員工實操培訓次數和動手能力，同時避免利用現場設備進行培訓局限性大，限制多的問題。

2、信號系統模擬檢測平臺設計與實現

2.1 檢測平臺設計

有軌電車信號系統目前尚處于起步階段，相關模擬檢測平臺的設計缺乏統一的技術規范和執行標準，也沒有第三方機構和廠家給出選擇方案。鑒于此，暫以高鐵培訓基地的信號模擬培訓系統設計理念為依托，構建一套包括RTU控制子系統、WHE61.1道岔控制系統、BRC軌道電路系統、HCS-V環路通信系統等在內的有軌電車信號系統模擬檢測平臺。

按照總體規劃、分步實施的原則，首期建設先行搭建道岔控制、軌道電路系統、車地通信環路系統等主要的設備功能，預留后期擴展的接口條件。

2.2 檢測平臺實現

已BRC軌道電路系統為例（見圖1），具體實現方式參考正線設備施工安裝方法，按照施工圖紙著手施工安裝模擬的軌道電路設備。

圖1 BRC軌道電路結構簡圖

如圖1所示，模擬BRC軌道電路系統可以按以下方式實現。

（1）準備材料：準備兩根30米的鋼軌，一套標準的BRC軌道電路配件（包括脹釘、信號電纜、電容盒組件、接線端子、電容等）。

（2）脹釘安裝：使用鉆孔機在鋼軌上打眼，使用去毛刺工具去除鋼軌殘留毛刺，使用檢測器對孔直經進行檢查，安裝脹釘，連接線纜配件。

（3）電容盒套件安裝：電容盒套件包含分流電纜，現場安裝前，根據實際位置，從中間剪開電纜，確保電纜兩端能夠連接到兩側的軌道脹釘處。并將電容安裝在電容盒內預留的接線端子處。

（4）信號電纜接線：根據現場實際長度，對信號電纜進行裁剪，連接線不能太長以使其具有固定的形狀。將線纜鋪設在規定位置，使用液壓鉗把接線端子壓接到各個接頭處。

參照軌道電路單個系統設備的搭建，完成其他模擬檢測平臺構架組建，如圖2所示該平臺實現了對有軌電車信號系統單方面的功能仿真模擬，可以實現每個系統設備中的所有元器件上電測試，數據檢測等。

圖2 有軌電車信號系統模擬檢測平臺結構圖

3、模擬檢測平臺功能運用實例

珠海現代有軌電車技術人員利用報廢的設備器件進行維修處理，同時利用現有的一些設備的備品備件進行組裝、配線和調試，成功的搭建了一套完整的珠海有軌電車正線信號系統模擬檢測平臺。利用這套平臺實現的功能案例分析如下：

3.1 解決軌道電路電流干擾問題（案例一）

珠海有軌電車軌道電路中的工作電流是軌道電路工作狀態主要判斷依據，對軌道電路電流穩定性的控制是信號專業維保工作的重要工作之一。珠海有軌電車個別軌道區段自開通以來一直存在工作電流受到干擾的問題，故障頻發嚴重影響電車運營效率。

解決電流干擾導致軌道電路紅光帶故障的方式，首先尋找干擾源，再研究各個干擾源的干擾途徑，然后根據干擾特性分析利用模擬檢測平臺來準確的定位確定干擾源和干擾途徑。

技術人員通過BRC軌道電路監測系統的數據分析軌道電路工作電流干擾具體情況，從干擾大小、持續時間、其他信號電流侵入等情況分析，逐步排查可能造成干擾的設備元器件，然后利用模擬檢測平臺對可能存在干擾的設備逐個單獨進行上電測試，通過測試模擬后的工作電流數據進行對比，最終發現該軌道電路的信號屏蔽數字電纜存在問題。對該數字電纜進行剝解發現電纜內屏蔽層多處破損、電纜芯線多處斷裂的問題，進一步驗證了該軌道電路工作電流干擾問題是此電纜內芯損壞造成。

該電纜由于有鋁護套和鋼帶保護所有單從外觀檢查和傳承的電纜測試方法無法判斷故障的存在，但是利用模擬檢測平臺進行測試就可以準確的診斷出干擾的具體原因。

3.2 檢測設備故障元器件（案例二）

珠海有軌電車現場發現環線轉換盒無法工作，將現場更換下來的環線轉換盒設備進行分析測試，首先對外觀進行檢查，對上層膠水進行清理，留下預置的膠水，無論從顏色還是質感來看，膠水已經變軟，發生了變質。再將電路板拆出，外觀檢查是否有損壞或燒毀的痕跡，然后利用該模擬檢測平臺對板卡進行上電檢測并用萬用表進行電壓和電流測試，發現兩個電感已經被燒壞，幾乎所有的運算放大器周圍膠水的顏色都變成了紅色（極有可能是高溫導致），以此判定，此板卡上的運放和電感已經被燒壞。使用萬用表進行GND-GND導通測試，結果為顯示開路；ACAC導通測試，結果也為開路；ANT-ANT導通測試，結果為開路。根據此這些檢測數據，可以知道電路中多處回路已經被燒斷。

聯系設備廠家給出的維修方案是建議購買新的設備直接更換故障設備，這樣廠家可以直接獲得最大利益，而對維修來說既沒有根本解決問題也加大了維修成本。

利用模擬檢測平臺可以在檢測室內對環線轉換盒故障原因進行調查分析，并利用真實測試數據來判斷故障具體原因，通過這些數據和故障原因來分析導致故障的因素：是環線轉換盒內長期進水導致的，一旦環線轉換盒的電路板卡接觸到水汽就會直接導致板卡上的電路回路出現短路，進而高溫燒毀元器件。根據造成故障的原因來修訂檢修規程，可以定期檢查環線轉換盒泡水情況，并對密封膠性能進行周期檢查等。

由此案例可以看出對故障設備進行自主測試的重要性，充分掌握故障設備維修的主動權，不再依賴于廠家進行設備維修。

3.3 入庫的材料備品驗收測試（案例三）

檢測有軌電車信號設備狀態是模擬檢測平臺的主要工作內容，隨著有軌電車的發展及設備使用年限的增加，各類設備需要采購新的備品備件。利用模擬檢測平臺對新采購的設備材料進行驗收測試，確保新采購的設備材料質量合格，可以及時發現不合格的殘次品及時進行退貨處理。例如：珠海有軌電車因設備大修，從國外采購的80個環線轉換盒，逐一在模擬檢測平臺進行模擬上電測試發現21個測試不合格產品及時聯系廠家退換貨，如果沒有模擬檢測平臺將錯過合同約定的退換貨時間，為公司造成不必要的損失。

4、結語

在有軌電車的運營維護中，通過此模擬檢測平臺的設計與實現，不僅解決了日常維保工作中實際存在的問題，還提高了員工的業務知識、動手操作能力，同時通過維修方式的更新也提高了設備質量和工作穩定性。而且還可以為下一步有軌電車信號系統設備國產化與新的設備軟件測試，提供了必要的測試平臺及相關數據。更加為公司創造了非常可觀的經濟價值并降低了運營維護成本。