李久友 上海鐵路局上海鐵路電務(wù)實(shí)業(yè)有限公司

1 研究背景

1.1 某某線特別重大鐵路交通事故回顧

當(dāng)日20：30左右，甲地開往乙地的D3001次列車行駛至某某線下行K584+300處，與前行的丙地開往乙地的D3003次列車發(fā)生追尾沖突，造成D3001次動(dòng)車組列車第1至5位車輛脫軌，其中2輛墜落橋下，1節(jié)車體懸空，另有一節(jié)車體的部分車體散落橋下；D3003次動(dòng)車組列車第15至16位車輛脫軌，事故造成多人傷亡。

1.2 某某線特別重大鐵路交通事故原因分析

事故發(fā)生前，雷電擊中了H站沿線鐵路牽引供電接觸網(wǎng)，通過大地的阻性耦合或空間感性耦合在信號(hào)電纜上產(chǎn)生浪涌電壓，在多次雷擊浪涌電壓和直流電流共同作用下，LKD2-T1型列控中心設(shè)備采集驅(qū)動(dòng)單元采集電路電源回路中的保險(xiǎn)管F2熔斷。熔斷前H站列控中心管轄區(qū)間的軌道無車占用，因H站列控中心設(shè)備的嚴(yán)重缺陷，導(dǎo)致后續(xù)時(shí)段實(shí)際有車占用時(shí)，列控中心設(shè)備仍按照熔斷前無車占用狀態(tài)進(jìn)行控制輸出，致使H站列控中心設(shè)備控制的區(qū)間信號(hào)機(jī)錯(cuò)誤升級(jí)保持綠燈狀態(tài)。

雷擊還造成軌道電路與列控中心信號(hào)傳輸?shù)腃AN總線阻抗下降，使5829AG軌道電路與列控中心的通信出現(xiàn)故障，造成5829AG軌道電路發(fā)碼異常，在無碼、檢測碼、綠黃碼間無規(guī)律變化，在H站計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖終端顯示下行線三接近，即5829AG區(qū)段“紅光帶”。

20：21，D3003 次列車運(yùn)行到 K583+834處，因5829AG軌道電路故障，觸發(fā)列車超速防護(hù)系統(tǒng)制動(dòng)功能，列車制動(dòng)滑行后停車。20：29，D3003次列車成功轉(zhuǎn)為目視行車模式，以低于20 km/h速度向前運(yùn)行。20：30，D3001次列車進(jìn)入發(fā)生故障的5829AG軌道區(qū)段，在K584+300處，與前行的D3003次列車發(fā)生追尾沖突。

2 區(qū)間移頻軌道電路室外設(shè)備監(jiān)測的意義

2.1 作為信號(hào)集中監(jiān)測系統(tǒng)的擴(kuò)展

監(jiān)測系統(tǒng)是保證行車安全、加強(qiáng)信號(hào)設(shè)備結(jié)合部管理、監(jiān)測信號(hào)設(shè)備狀態(tài)、發(fā)現(xiàn)信號(hào)設(shè)備隱患、分析信號(hào)設(shè)備故障原因、輔助故障處理、指導(dǎo)現(xiàn)場維修、反映設(shè)備運(yùn)用質(zhì)量、提高電務(wù)部門維護(hù)水平和維護(hù)效率的重要行車設(shè)備。

目前信號(hào)集中監(jiān)測系統(tǒng)中對(duì)區(qū)間移頻軌道電路的監(jiān)測內(nèi)容很少，并且都是在室內(nèi)進(jìn)行測試，缺少對(duì)室外軌旁設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測，不能充分反映區(qū)間信號(hào)設(shè)備的真實(shí)運(yùn)用狀態(tài)。區(qū)間移頻軌道電路室外設(shè)備監(jiān)測系統(tǒng)能夠作為信號(hào)集中監(jiān)測系統(tǒng)功能的擴(kuò)展，將區(qū)間移頻軌道電路所有設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行有效的監(jiān)測。區(qū)間移頻軌道電路室外設(shè)備監(jiān)測系統(tǒng)能夠真實(shí)的采集到軌面電壓值，對(duì)區(qū)間軌道電路處于分路狀態(tài)還是調(diào)整狀態(tài)有最直接的發(fā)言權(quán)。

經(jīng)過功能擴(kuò)展后的信號(hào)集中監(jiān)測系統(tǒng)作為獨(dú)立的第三方監(jiān)測系統(tǒng)，在對(duì)比了自身實(shí)采數(shù)據(jù)與列控系統(tǒng)傳遞的狀態(tài)數(shù)據(jù)后，能夠有效識(shí)別出列控系統(tǒng)是否故障，從而避免重大鐵路交通事故的發(fā)生。

2.2 設(shè)備故障后為應(yīng)急搶修提供技術(shù)指導(dǎo)

區(qū)間移頻軌道電路室外設(shè)備遠(yuǎn)離信號(hào)工區(qū)，對(duì)其進(jìn)行巡檢巡視要花費(fèi)大量時(shí)間用在路途上，一旦發(fā)生設(shè)備故障，由于遠(yuǎn)離信號(hào)工區(qū)往往處理時(shí)間比較長，導(dǎo)致故障延時(shí)，對(duì)運(yùn)輸效率影響大。

由于信號(hào)集中監(jiān)測系統(tǒng)缺少對(duì)室外軌旁設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測，不能充分反映區(qū)間信號(hào)設(shè)備的真實(shí)運(yùn)用狀態(tài)。發(fā)生故障時(shí)，信號(hào)人員只有到達(dá)區(qū)間現(xiàn)場才能知道具體什么設(shè)備故障，無法預(yù)先準(zhǔn)備相應(yīng)的工具和備用設(shè)備，給故障處理帶來困難。

實(shí)現(xiàn)區(qū)間移頻軌道電路室外設(shè)備的監(jiān)測，是掌握區(qū)間室外信號(hào)設(shè)備運(yùn)用狀態(tài)、預(yù)防設(shè)備故障發(fā)生、實(shí)現(xiàn)故障點(diǎn)快速定位、縮短故障延時(shí)的重要手段。

2.3 為設(shè)備狀態(tài)維修提供必要的數(shù)據(jù)支撐

信號(hào)設(shè)備是完成鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)的重要物資技術(shù)基礎(chǔ)。信號(hào)設(shè)備維修是保證信號(hào)設(shè)備狀態(tài)完好的重要措施。長期以來，鐵道系統(tǒng)維修沿用前蘇聯(lián)的設(shè)備定期修理制度，帶有很大盲目性，設(shè)備有無故障、故障部位、故障程度難以準(zhǔn)確把握。另外，由于良好部位的反復(fù)拆卸，機(jī)械性能往往不理想，甚至低于檢修前，而且沒有必要的超前維修，帶來人力、物力的巨大浪費(fèi)。設(shè)備狀態(tài)維修是在設(shè)備運(yùn)行中或基本不解體的情況下，利用設(shè)備產(chǎn)生的不同信息，使用儀器采集、處理、分析信號(hào)，判斷產(chǎn)生故障的部位和原因，并預(yù)測設(shè)備使用壽命而開展的設(shè)備維修方式。狀態(tài)檢測避免了機(jī)械設(shè)備的突發(fā)故障，從而避免了被迫停機(jī)而影響生產(chǎn)；狀態(tài)檢測分析為預(yù)知機(jī)械設(shè)備的維修期提供了可靠依據(jù)，即可做到有必要時(shí)才進(jìn)行維修。同時(shí)，便于及時(shí)準(zhǔn)備維修部件，安排維修計(jì)劃，克服了定期維修帶來的不必要的經(jīng)濟(jì)損失和設(shè)備性能的下降，避免了維修的盲目性，使檢修簡便易行，大大縮短了維修工期。

對(duì)區(qū)間移頻軌道電路室外設(shè)備的監(jiān)測，能夠?yàn)閰^(qū)間移頻軌道電路設(shè)備的狀態(tài)修提供詳細(xì)必要的設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)。為實(shí)現(xiàn)區(qū)間移頻軌道電路設(shè)備的狀態(tài)修做出有力的支撐。

3 區(qū)間移頻軌道電路室外設(shè)備監(jiān)測的可行性

3.1 信號(hào)采集的可行性

采集設(shè)備與被測設(shè)備之間必須采用良好的電氣隔離措施，任何情況下不得影響被檢測設(shè)備的正常工作，符合故障--安全原則。采用應(yīng)滿足鐵道部頒布的鐵路信號(hào)設(shè)備雷電及電磁兼容綜合防護(hù)的相關(guān)規(guī)定，不能產(chǎn)生火、毒、熱、電、輻射等影響人身安全的故障。采集器須具有良好的阻燃性和電氣特性。

圖1 電壓采集電路

當(dāng)采用圖1電路作為電壓采集電路時(shí)，限流電阻高低端各采用1 MΩ，2 W的電阻，當(dāng)輸入電壓為3 000 V時(shí)，經(jīng)測試證明，不會(huì)造成安全問題。高電壓信號(hào)經(jīng)過串聯(lián)大功率大阻值電阻的分壓后，只有幾百毫伏信號(hào)輸入到采集回路中，電路板上的TVS管 (瞬變電壓抑制器)、高精度變壓器等措施可以防止因遭到類似高壓沖擊而串入后級(jí)的測量電路中，特別是變壓器徹底將輸入側(cè)和后級(jí)處理側(cè)隔離開來，提高了模塊耐高壓的能力。

當(dāng)出現(xiàn)極端情況，外部牽引回流串進(jìn)采集模塊，由于采集模塊不存在接地點(diǎn)，所以輸入端子高低端之間的短路成為主要的問題。當(dāng)超過3 000 V的高壓進(jìn)入隔離電路時(shí)，一旦要在輸入點(diǎn)之間形成短路，采集器輸入端分壓回路中串入的PTC(可恢復(fù)保險(xiǎn)絲)元件在電流超過20 mA時(shí)發(fā)揮作用，在幾十至幾百毫秒內(nèi)將阻值變大到幾兆歐直至自身燒毀開路，而熔斷保險(xiǎn)絲（標(biāo)稱值為100 mA）可在電流超過200 mA時(shí)瞬間熔斷，為防止輸入高低端子間短路提供了雙保險(xiǎn)。

由于ZPW2000A/K移頻軌道電路是利用頻移鍵控的方式進(jìn)行編碼的（即FSK編碼）。我們將采集到的信號(hào)數(shù)據(jù)根據(jù)FSK信號(hào)的帶通特性，采用欠采樣技術(shù)對(duì)信號(hào)進(jìn)行采樣。這樣不僅保證儀表檢測的實(shí)時(shí)性，并且保證在不增加采用點(diǎn)數(shù)的情況下，提高FSK信號(hào)的分辨率。然后對(duì)采得的信號(hào)進(jìn)行傅立葉變換，根據(jù)其頻譜特性，計(jì)算出FSK信號(hào)的中心頻率、低頻調(diào)制信息，同時(shí)利用希爾伯特變換對(duì)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，從而確定出頻偏和信號(hào)的幅值。

3.2 數(shù)據(jù)傳輸?shù)目尚行?/h3>

RS485總線在波特率9 600 bps的情況下傳輸距離是2 km。RS-485信號(hào)在經(jīng)過一定距離的傳輸或者帶有一定數(shù)量的負(fù)載設(shè)備之后，信號(hào)強(qiáng)度會(huì)有相應(yīng)的衰減，當(dāng)信號(hào)衰減到一定程度之后，RS-485接口芯片就不能檢測到相應(yīng)的信號(hào)，從而導(dǎo)致數(shù)據(jù)通信失敗。將RS485中繼器放置在RS485信號(hào)有所衰減但是又能檢測到信號(hào)的位置，將RS485信號(hào)整形還原，再將復(fù)制的信號(hào)通過RS-485總線進(jìn)行傳輸，從而達(dá)到延長RS-485總線通信距離，增加RS-485總線負(fù)載能力的作用。由于鐵路區(qū)間長度在1.4 km以下，所以在每個(gè)調(diào)諧區(qū)都安裝一個(gè)RS485中繼器就能將區(qū)間內(nèi)所有軌旁設(shè)備的監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸?shù)杰囌拘盘?hào)集中監(jiān)測系統(tǒng)的站機(jī)了。

4 結(jié)論

根據(jù)對(duì)區(qū)間移頻軌道電路室外設(shè)備監(jiān)測意義的分析以及區(qū)間移頻軌道電路室外設(shè)備監(jiān)測的可行性分析，我們可以得出這樣的結(jié)論：

對(duì)區(qū)間移頻軌道電路室外設(shè)備的監(jiān)測能夠有效地避免重大鐵路交通事故的再次發(fā)生、能夠?yàn)閰^(qū)間室外設(shè)備狀態(tài)維修提供必要的數(shù)據(jù)支撐、能夠?qū)^(qū)間室外設(shè)備故障后的維修提供技術(shù)指導(dǎo)。對(duì)區(qū)間移頻軌道電路室外設(shè)備的監(jiān)測是可行的也是必要的。