張麗娜

（河北省鐵路事業(yè)發(fā)展中心，河北石家莊 050000）

0 引言

在鐵路系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中信號(hào)設(shè)備會(huì)對(duì)整個(gè)運(yùn)行的安全性、穩(wěn)定性、可靠性造成直接影響，一旦信號(hào)設(shè)備發(fā)生故障，輕則可能會(huì)影響到鐵路系統(tǒng)的運(yùn)行效率，重則會(huì)導(dǎo)致整個(gè)鐵路系統(tǒng)的癱瘓，因此要加強(qiáng)信號(hào)設(shè)備的故障診斷，保證信號(hào)設(shè)備運(yùn)行的可靠性。

1 鐵路信號(hào)設(shè)備故障的分類

針對(duì)不同的鐵路信號(hào)設(shè)備故障，可從以下3 個(gè)方面進(jìn)行分類。

首先，根據(jù)故障原因可以分為人為故障及設(shè)備故障。所謂人為故障是指現(xiàn)場(chǎng)人員未嚴(yán)格按照規(guī)定操作信號(hào)設(shè)備而引起的各類故障，設(shè)備故障則是由于信號(hào)設(shè)備本身質(zhì)量不達(dá)標(biāo)或維護(hù)、維修存在缺陷，最終導(dǎo)致信號(hào)設(shè)備系統(tǒng)發(fā)生故障。

其次，根據(jù)故障性質(zhì)可以將信號(hào)設(shè)備故障劃分為機(jī)械設(shè)備故障及電氣故障兩種類型。其中，機(jī)械設(shè)備故障主要是由于信號(hào)設(shè)備本身元器件老化所致，例如典型的螺絲松動(dòng)引起的繼電器自動(dòng)開(kāi)關(guān)失靈，就是屬于機(jī)械設(shè)備故障；電氣故障主要是由于設(shè)備中的各類電子元件超出了使用壽命期限，雖然電子元器件有著強(qiáng)大的功能，但其本身也有著不同的使用壽命期限，如果信號(hào)設(shè)備日常維護(hù)過(guò)程中電子元器件更換不及時(shí)、維護(hù)不合理，導(dǎo)致電子元件超出使用壽命范圍，就會(huì)引起各類電氣故障。

最后，根據(jù)故障發(fā)生范圍可以將信號(hào)設(shè)備的故障類型分為室內(nèi)與室外故障兩種。其中，發(fā)生于室內(nèi)的常見(jiàn)故障包括信號(hào)電路故障、顯示器故障及電源故障，而室外故障則包括岔轉(zhuǎn)轍機(jī)故障、信號(hào)機(jī)故障等。

2 鐵路信號(hào)設(shè)備常見(jiàn)故障

2.1 軌道電路故障

按照不同的故障性質(zhì)分類，軌道電路故障的種類包括兩種，即電路開(kāi)路故障與電路短路故障，按照不同的故障位置分類，軌道電路故障又包括室內(nèi)故障與室外故障。下面針對(duì)室內(nèi)故障與室外故障進(jìn)行分析。軌道電路的室內(nèi)設(shè)備故障包括3 種，分別是設(shè)備斷路故障、短路故障和局部電源斷相故障。其中，斷路故障的主要是由于軌道繼電器不吸合所致，可以采用多用表測(cè)量繼電器線圈電壓的方法進(jìn)行診斷檢測(cè)，如果線圈電壓低于正常電壓值幅度較小，可能是由于軌道電路繼電器線圈斷線；如電壓值低于正常電壓值1/2，則可能是由于繼電器線圈防護(hù)罩出現(xiàn)斷路；如繼電器細(xì)圈電壓只有正常值的1/3，通常是由于硒堆被擊穿所致。如果繼電器線圈電壓正常，則需要分別測(cè)量局部線圈電壓，如果線圈存在110 V 電壓，可能發(fā)生的故障包括局部線圈開(kāi)路、線圈二元位存在機(jī)械卡滯等。短路故障的排除可以在斷開(kāi)分線盤(pán)兩端線路后測(cè)量電壓值，如果接線端子兩端軟線電壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于正常值即可判斷是存在斷路故障。此外，測(cè)量軌道電路局部線圈的電壓還可以判斷局部電源的斷相故障，如果局部線圈存在110 V 電壓通常屬于室外故障，否則即為室內(nèi)故障。

信號(hào)設(shè)備的室外故障包括電路短路故障與斷路故障兩種，針對(duì)不同的故障診斷可以采用不同的方法，檢測(cè)電路故障區(qū)域中軌道電路的電流值及軌面電壓值即可做出判斷，測(cè)量電流值可判斷短路故障，測(cè)量軌面電壓值可診斷斷路故障：一般情況下，軌面電壓值高于正常電壓值可能是由于某個(gè)區(qū)域存在斷路所致，如果送電端電氣設(shè)備功能正常，可能是在鋼軌與受電端之間發(fā)生的故障；如果軌面電壓低于正常值，則可能是由于軌道受電端存在短路故障所致，此時(shí)測(cè)量鋼軌電流值大于其正常值。

2.2 信號(hào)機(jī)故障

信號(hào)機(jī)是常見(jiàn)的鐵路信號(hào)設(shè)備，其不僅故障率較高，且一旦發(fā)生故障影響范圍也比較大。信號(hào)機(jī)故障包括出現(xiàn)站內(nèi)信號(hào)機(jī)滅燈控制臺(tái)、區(qū)間信號(hào)機(jī)出現(xiàn)斷絲及滅燈現(xiàn)象等。其中調(diào)車信號(hào)機(jī)、列車信號(hào)機(jī)都有可能出現(xiàn)站內(nèi)信號(hào)機(jī)滅燈控制臺(tái)問(wèn)題，出現(xiàn)故障后控制臺(tái)信號(hào)機(jī)復(fù)示器會(huì)出現(xiàn)閃光，這種故障較為隱蔽，尤其是允許信號(hào)燈光滅燈時(shí)，如果開(kāi)放信號(hào)不及時(shí)就很難發(fā)現(xiàn)這類故障。具體問(wèn)題表現(xiàn)為，排列對(duì)應(yīng)列車信號(hào)機(jī)進(jìn)路時(shí)，開(kāi)始端按鈕指示燈熄滅，信號(hào)器會(huì)點(diǎn)亮綠燈或白燈，而調(diào)車復(fù)示器指示燈快閃后就自動(dòng)熄滅，列車復(fù)示器則快閃后恢復(fù)“禁止燈光點(diǎn)亮”，出現(xiàn)這種現(xiàn)象就表明發(fā)生了允許燈滅燈的問(wèn)題。信號(hào)機(jī)故障包括信號(hào)燈雙斷絲、燈泡與燈座接觸不良等，如果出現(xiàn)上述兩種問(wèn)題，可能會(huì)導(dǎo)致點(diǎn)燈回路中的熔斷器熔斷而引起斷路器跳閘。此外，信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈回路發(fā)生斷線、繼電器一級(jí)變壓器出現(xiàn)點(diǎn)燈單元斷絲等問(wèn)題也均會(huì)引起信號(hào)機(jī)故障，區(qū)間信號(hào)機(jī)出現(xiàn)滅燈可進(jìn)行燈光轉(zhuǎn)移。

2.3 道岔故障

道岔故障的判斷可采用測(cè)試電流法，操作單動(dòng)道岔時(shí)，如控制臺(tái)顯示電流證明已經(jīng)送出動(dòng)作道岔電流；如道岔無(wú)法操動(dòng)至指定位置，基本可判斷是室外故障；如操動(dòng)道岔時(shí)控制臺(tái)未顯示電流，則可進(jìn)一步測(cè)量對(duì)應(yīng)道岔的電壓值，查看室外分線盤(pán)，如存在電壓證明動(dòng)作道岔電源正常送出，可能出現(xiàn)了室外故障。操作雙動(dòng)道岔時(shí)控制臺(tái)電流表只動(dòng)作一次，證明動(dòng)作道岔電源正常送出，可確定故障位置在一動(dòng)道岔處，判定為室外故障。如道岔定位、反位操動(dòng)均正常，但沒(méi)有電流，則需要進(jìn)一步測(cè)量電壓值，如電壓不超過(guò)250 V，再進(jìn)一步測(cè)量分線盤(pán)電壓，如不存在110 V交流電壓可判定為室內(nèi)故障，反之則判定為室外故障。由此可見(jiàn)，發(fā)生道岔故障后要及時(shí)分析引起故障問(wèn)題的本質(zhì)原因，通過(guò)測(cè)試電流的方法檢查室外分線盤(pán)處是否正常送出電源，如此時(shí)需要啟動(dòng)電路，則需要同步測(cè)量操動(dòng)道岔電流；如測(cè)量分線盤(pán)外處存在電壓，則可排除電源送出異常問(wèn)題，判斷為室內(nèi)故障。

3 鐵路信號(hào)設(shè)備故障診斷常用技術(shù)

3.1 傳統(tǒng)診斷方法

鐵路信號(hào)設(shè)備故障診斷過(guò)程中，傳統(tǒng)的診斷方法包括比較法、壓縮法、觀察法、邏輯推理法等，這些方法主要是通過(guò)人工排查、處理故障，故此對(duì)于技術(shù)人員的工作經(jīng)驗(yàn)要求、專業(yè)能力要求更高，具體應(yīng)用過(guò)程中通常不會(huì)應(yīng)用單一的方法進(jìn)行診斷，需要聯(lián)合應(yīng)用。一般情況下可應(yīng)用計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖與6502 電氣集中聯(lián)鎖排除故障的方法，及時(shí)判斷電路故障問(wèn)題點(diǎn)及問(wèn)題性質(zhì)，提高故障排除的針對(duì)性及時(shí)效性。聯(lián)合故障診斷可及時(shí)定位故障位置，對(duì)于故障的原因、程度做出準(zhǔn)確分析。當(dāng)然傳統(tǒng)診斷方法具有一定的靈活性，需要技術(shù)人員有豐富的工作經(jīng)驗(yàn)。

3.2 信號(hào)處理法

信號(hào)處理法主要是利用數(shù)學(xué)函數(shù)提取故障分析可測(cè)信號(hào)檢測(cè)結(jié)果中的特征值，最終實(shí)現(xiàn)故障的診斷與處理。相比傳統(tǒng)的故障診斷方法，信號(hào)處理法工作效率更高，操作方法更為簡(jiǎn)便，其對(duì)于故障模型的要求不同，因此目前在鐵路信號(hào)設(shè)備故障診斷中有著廣泛應(yīng)用。不過(guò)信號(hào)處理法也存在一定不足，即外界信號(hào)噪聲會(huì)對(duì)其檢測(cè)結(jié)果產(chǎn)生干擾，過(guò)于依賴信號(hào)的檢測(cè)與處理；且信號(hào)處理法具有一定的局限性，無(wú)法檢測(cè)、診斷出所有故障問(wèn)題。因此未來(lái)發(fā)展過(guò)程中需要進(jìn)一步提高信號(hào)檢測(cè)的精度，拓展信號(hào)處理法的應(yīng)用范圍。

3.3 解析模型法

一旦鐵路信號(hào)設(shè)備出現(xiàn)故障，系統(tǒng)的輸入與輸出就會(huì)發(fā)生變化，此時(shí)針對(duì)其變化特點(diǎn)可以利用數(shù)學(xué)模型直觀的分析出來(lái)，進(jìn)一步確定故障位置、類型及排除方法。解析模型法的基本原理包括數(shù)理統(tǒng)計(jì)與解析函數(shù)，在故障判斷過(guò)程中通過(guò)對(duì)應(yīng)的數(shù)學(xué)方法構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，確定故障原因及故障部位，其實(shí)用性及有效性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于上述信號(hào)處理法和傳統(tǒng)診斷方法。解析模型法不僅可以及時(shí)解決當(dāng)前的設(shè)備故障，而且可預(yù)測(cè)出故障的發(fā)展趨勢(shì)，幫助技術(shù)人員提前做好預(yù)防措施。數(shù)學(xué)理論、數(shù)學(xué)思想的應(yīng)用最大限度地保證了故障診斷過(guò)程中邏輯的嚴(yán)謹(jǐn)性，提高問(wèn)題診斷及排除的針對(duì)性。當(dāng)然，解析模型法對(duì)于技術(shù)人員的專業(yè)能力要求也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)診斷方法及信號(hào)處理法。

3.4 人工智能診斷法

隨著人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展，其在鐵路信號(hào)設(shè)備故障診斷中的應(yīng)用也越來(lái)越普遍，人工智能診斷法包括模糊邏輯法、專家控制系統(tǒng)及人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷法等。

（1）所謂模糊邏輯法，是根據(jù)事物的模糊性特點(diǎn)引申出來(lái)的診斷方法，其基本特征是結(jié)構(gòu)性知識(shí)表達(dá)能力，該特點(diǎn)對(duì)于定性知識(shí)與模糊知識(shí)的表達(dá)有著顯著優(yōu)勢(shì)，能夠?qū)﹃P(guān)聯(lián)關(guān)系進(jìn)行編碼處理，并對(duì)處理過(guò)程進(jìn)行追蹤，提高故障診斷的有效性。一般情況下信號(hào)燈點(diǎn)亮故障、道岔繼電器閉合故障應(yīng)用模糊邏輯法診斷，可以通過(guò)事例推理及規(guī)則推理準(zhǔn)確定位出信號(hào)設(shè)備的故障位置。不過(guò)該方法也存在一定的問(wèn)題，即更多地依賴模糊知識(shí)庫(kù)對(duì)故障問(wèn)題做出判斷，對(duì)于知識(shí)庫(kù)中未存檔的故障類型可能會(huì)出現(xiàn)誤判，因此實(shí)際應(yīng)用時(shí)可結(jié)合人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法，以保證診斷的準(zhǔn)確性。

（2）專家控制系統(tǒng)以專業(yè)知識(shí)為核心，通過(guò)專家的科學(xué)指標(biāo)確定故障的類型、位置及排除方法，該方法需要技術(shù)人員具備更強(qiáng)的專業(yè)知識(shí)。專家控制系統(tǒng)適用于復(fù)雜的鐵路信號(hào)設(shè)備故障，其通過(guò)符號(hào)表達(dá)、顯示故障，對(duì)于細(xì)節(jié)知識(shí)的要求相對(duì)較低，設(shè)定對(duì)應(yīng)的基本規(guī)則、滿足模塊化處理要求即可，但是可以保證故障診斷過(guò)程中邏輯的嚴(yán)謹(jǐn)性，提高復(fù)雜故障的診斷效率。不過(guò)專家控制系統(tǒng)也存在局限性，即知識(shí)獲取存在一定難度，會(huì)直接影響到診斷效果，實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中可以與故障樹(shù)方法相結(jié)合，以確保診斷知識(shí)的完整性，提高診斷準(zhǔn)確率。

（3）人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法主要是通過(guò)分類器、動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)模型全面評(píng)估故障問(wèn)題。該方法模擬人腦信息的處理功能，可以有效彌補(bǔ)上述專家控制系統(tǒng)中知識(shí)庫(kù)構(gòu)建的局限性。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法中各神經(jīng)元具有更強(qiáng)的獨(dú)立性，增強(qiáng)了系統(tǒng)的泛化能力及容錯(cuò)能力，保證快速推理。不過(guò)該方法的應(yīng)用成本較高。

4 結(jié)束語(yǔ)

鐵路信號(hào)設(shè)備正常、穩(wěn)定的運(yùn)行，是保證鐵路安全運(yùn)行的重要保證，其涉及到多種設(shè)備，且故障原因復(fù)雜，具有偶然性、突發(fā)性及模糊性的特點(diǎn)，因此只有采用先進(jìn)的診斷方法才能為故障分析提供更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。實(shí)際工作中，鐵路設(shè)備管理技術(shù)人員要不斷實(shí)踐、研究，及時(shí)排除信號(hào)設(shè)備故障，為鐵路的安全運(yùn)行提供保障。