張 昕

(中國鐵路廣州局集團有限公司衡陽電務(wù)段，湖南衡陽 431000)

1 概述

隨著高速鐵路飛速發(fā)展，高速鐵路的運營里程在不斷擴張，軌道交通系統(tǒng)的復雜度也日益增加。國內(nèi)高鐵建設(shè)具有周期短規(guī)模大的特點，就目前來說，高鐵建設(shè)正在從全方位、大范圍的建設(shè)階段，向提質(zhì)量，增效率的維護階段轉(zhuǎn)換。鐵路信號設(shè)備是高速列車運行的基本保障系統(tǒng)，提高信號設(shè)備的維護質(zhì)量，可以積極的促進高速鐵路快速發(fā)展。

提速道岔作為高速鐵路信號系統(tǒng)設(shè)備的安全關(guān)鍵設(shè)備，其運行環(huán)境復雜，經(jīng)常遭受外界環(huán)境干擾，一旦出現(xiàn)故障，將造成列車大面積晚點。因此，解決提速道岔運行狀態(tài)健康管理（Prognostics and Health Management,簡稱PHM）關(guān)鍵技術(shù)，對于提升其預(yù)防和應(yīng)對故障的能力，維修模式由狀態(tài)修向預(yù)防修、針對修的轉(zhuǎn)變，保障高速鐵路的安全穩(wěn)定運行具有重要的理論意義和實用價值。

2 提速道岔信息采集

現(xiàn)階段高速鐵路提速道岔通過信號集中監(jiān)測、缺口監(jiān)測、電務(wù)安全生產(chǎn)指揮等系統(tǒng)采集到大量的信息，道岔數(shù)據(jù)采集層數(shù)據(jù)框圖如圖1所示。

1）道岔動作電流曲線：道岔電流曲線反映道岔在轉(zhuǎn)換過程中道岔控制電路工作狀態(tài)、轉(zhuǎn)轍機運用狀態(tài)，通過對道岔動作電流曲線的分析，能了解道岔轉(zhuǎn)換時的運用質(zhì)量，還能在故障時進行輔助判斷，指導現(xiàn)場有針對性的進行故障處理。

圖1 提速道岔數(shù)據(jù)采集圖Fig.1 Data collection diagram of speed-up switch

2）道岔功率曲線：是道岔尖軌移動推拉力的反映，通過對道岔動作功率曲線的分析，能反映道岔轉(zhuǎn)換過程中道岔整體工作情況，在日常分析中道岔動作功率曲線更能反映道岔在轉(zhuǎn)換過程中受力情況和道岔機械性能，指導現(xiàn)場有針對性地進行維修。

3）道岔表示電壓：對道岔表示模擬量的采集主要是道岔在定、反位時分線盤處的交流電壓、直流電壓。

4）道岔操縱及表示信息：通過采集1DQJ判斷道岔操縱時間，采集表示繼電器狀態(tài)判斷道岔位置信息。

5）道岔電纜絕緣：通過電纜絕緣電阻的測量，可以及時了解電纜芯線對地絕緣的情況。

6）道岔缺口：通過圖像識別技術(shù)監(jiān)測道岔表示缺口變化情況，如不及時調(diào)整道岔則會導致檢查柱無法落入缺口，道岔無法給出表示信息，影響行車安全。通過分析缺口偏移量的變化趨勢，及時養(yǎng)護調(diào)整，防止道岔無表示故障發(fā)生。

7）道岔油量：通過液位傳感器測量道岔油箱內(nèi)的油位，防止油位不達標造成道岔無法操縱。

8）道岔動作油壓：通過壓力傳感器測量道岔操縱期間的阻力變化情況，并記錄定、反位的轉(zhuǎn)換和靜態(tài)壓力。

9）道岔溫度、濕度、震動參數(shù)：通過溫濕度傳感器采集轉(zhuǎn)轍機內(nèi)部溫濕度及過車情況。

10）道岔維修信息：通過電務(wù)安全生產(chǎn)指揮系統(tǒng)查詢道岔維修及施工天窗計劃信息。

11）道岔問題庫：通過安全生產(chǎn)指揮系統(tǒng)查詢道岔日常檢查發(fā)現(xiàn)的問題庫信息。

3 提速道岔PHM系統(tǒng)

提速道岔PHM系統(tǒng)主要包含道岔運行數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理分析（預(yù)處理、特征分析、智能挖掘）、可視化界面呈現(xiàn)3大業(yè)務(wù)流程節(jié)點，如圖2所示。

圖2 提速道岔PHM系統(tǒng)流程示意圖Fig.2 Flow diagram for PHM system of speed-up switch

3.1 數(shù)據(jù)采集

提速道岔PHM系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集主要包含集中監(jiān)測、道岔缺口監(jiān)測、電務(wù)安全生產(chǎn)調(diào)度指揮系統(tǒng)的各類數(shù)據(jù)。

3.2 數(shù)據(jù)處理分析

按線路、站名逐級劃分結(jié)構(gòu)層次模型，同時建立以道岔為最核心的性能診斷的最小單元模型；針對各站的道岔數(shù)據(jù)，進行統(tǒng)計分析，測定道岔的運行健康狀態(tài)。

3.3 可視化界面

道岔PHM系統(tǒng)將分析處理得出的道岔診斷和健康管理數(shù)據(jù)融合貫通，根據(jù)道岔的組成結(jié)構(gòu)，形成可視化界面，提出道岔維護綜合報告，以幫助電務(wù)維護人員掌握道岔運行情況，提出維修決策。

4 提速道岔健康管理方法

隨著監(jiān)測技術(shù)不斷進步，對提速道岔設(shè)備的監(jiān)控越來越完善，收集到的設(shè)備運行狀態(tài)信息越來越豐富，如同每時每刻都在給設(shè)備進行全身體檢。這些海量數(shù)據(jù)中蘊含著巨大的經(jīng)濟價值，有效利用收集到的設(shè)備運行狀態(tài)信息，實時對設(shè)備運行質(zhì)量給出科學的評價，實現(xiàn)更加精準的設(shè)備維修，不僅可以大幅度提高維修效率和降低人員需求，同時對維修質(zhì)量也給出科學的評價，實現(xiàn)更加科學高效的維修評價體系。

對提速道岔的各類信息進行篩選，擬定以下11項信息作為評判道岔健康狀態(tài)的條件，并對每個評分項目的評分標準及權(quán)重進行設(shè)定，如表1所示。

表1 提速道岔健康評分系統(tǒng)Tab.1 Health scoring system of speed-up switch

依據(jù)提速道岔的健康管理系統(tǒng)進行分析，對提速道岔運用狀態(tài)評價等級進行劃分，如表2所示。

表2 提速道岔健康狀態(tài)評價等級表Tab.2 Table for health state evaluation grade of speed-up switch

5 健康管理應(yīng)用成果

提速道岔健康管理系統(tǒng)自2018年3月在衡陽電務(wù)段衡柳線運用以來，經(jīng)過長期對道岔的健康進行評判，功能達到預(yù)期目標，突破了傳統(tǒng)的單一系統(tǒng)監(jiān)測局限性。通過長期運用，健康管理系統(tǒng)應(yīng)用價值突出，主要表現(xiàn)在以下幾個方面。

5.1 保障提速道岔安全運行，確保高速鐵路正常運輸

系統(tǒng)的建設(shè)在減少和預(yù)防設(shè)備故障，減少作業(yè)維護人員上道次數(shù)等方面起到了非常好的效果。通過對道岔健康評判的分析和維修的總結(jié)，積累經(jīng)驗，為提速道岔故障預(yù)防提供重要的參考和借鑒，通過健康管理，避免了大量提速道岔故障隱患，保障高鐵的正常運輸。

5.2 改變維修模式，節(jié)約維修成本

將原來以狀態(tài)修和故障修為主的提速道岔維修模式轉(zhuǎn)變?yōu)轭A(yù)防修、針對修為主的方式，準確客觀的健康狀態(tài)評價，減少維修成本。

5.3 降低勞動強度、提高管理水平

通過提速道岔健康管理系統(tǒng)對道岔的健康狀態(tài)進行客觀的評價，減少電務(wù)作業(yè)人員上道次數(shù)。

6 結(jié)論

高速鐵路提速道岔健康管理是實現(xiàn)電務(wù)信號設(shè)備預(yù)防修、針對修的主要技術(shù)支持，確保高速鐵路運行的基本保障技術(shù)。提速道岔健康管理運用良好取決于現(xiàn)場數(shù)據(jù)的準確性及可靠性，在后續(xù)運行中對設(shè)備的評分設(shè)置標準及評分權(quán)重進行優(yōu)化，相應(yīng)的在高速鐵路計算機聯(lián)鎖、軌道電路等關(guān)鍵設(shè)備進行推廣。