高速鐵路災害監(jiān)測系統(tǒng)整治方案研究與應用

沈陽鐵路局電務處 戈明喆

高速鐵路災害監(jiān)測系統(tǒng)整治方案研究與應用

沈陽鐵路局電務處 戈明喆

結合高鐵災害監(jiān)測系統(tǒng)現(xiàn)場運用情況，針對當前存在的主要問題，重點在系統(tǒng)電源、設備配線、組網(wǎng)結構、接口電路等方面提出優(yōu)化措施和整治方案，并在現(xiàn)場實施并應用，確保系統(tǒng)穩(wěn)定運行。

災害監(jiān)測；優(yōu)化措施；整治方案

高速鐵路自然災害及異物侵限監(jiān)測系統(tǒng)（簡稱災害監(jiān)測系統(tǒng)）是鐵路信息系統(tǒng)的組成部分，對高速鐵路沿線風、雨、雪、地震等自然災害及異物侵限進行實時監(jiān)測，為鐵路調(diào)度指揮及維護管理提供預警、報警信息，防止或減少災害對高速鐵路列車運行的影響。

一、系統(tǒng)構成

災害監(jiān)測系統(tǒng)由風、雨、雪、地震以及異物侵限傳感器，監(jiān)控單元，監(jiān)控數(shù)據(jù)處理設備，工務調(diào)度終端，工務段終端，調(diào)度所設備，通信傳輸通道等組成。系統(tǒng)包括風速風向、雨量、雪深、地震及異物侵限監(jiān)測五項內(nèi)容，是構架在鐵路通信傳輸網(wǎng)基礎之上的安全信息采集和監(jiān)控系統(tǒng)，是運營調(diào)度系統(tǒng)的一個子系統(tǒng)。災害監(jiān)測系統(tǒng)采用鐵路局中心系統(tǒng)、現(xiàn)場監(jiān)測設備兩級架構，包括鐵路局中心系統(tǒng)、現(xiàn)場監(jiān)測設備及系統(tǒng)網(wǎng)絡等。系統(tǒng)結構如圖1所示。

圖1 高鐵災害監(jiān)測系統(tǒng)結構圖

風監(jiān)測子系統(tǒng)通過實時監(jiān)測被監(jiān)控區(qū)段的風流相關信息（如風速、風向、大氣壓力以及溫度等），將收集到的數(shù)據(jù)經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)嵌軟件運算和判斷，按預設的門限分級進行判斷，當判斷產(chǎn)生報警時，立即向列調(diào)臺的監(jiān)控終端發(fā)出預設分級的行車速度限制命令，同時啟動相關部門的應急機制。

雨監(jiān)測子系統(tǒng)實時采集鐵路沿線被監(jiān)控區(qū)段的降雨量情況，通過處理、分析實時監(jiān)測降雨量，當發(fā)生且超限可能危及行車安全時，系統(tǒng)立即相應的終端發(fā)出出巡警戒報警、限速警戒報警，同時啟動相關部門的應急機制。

雪監(jiān)測子系統(tǒng)實時采集鐵路沿線被監(jiān)控區(qū)段的降雪量信息，通過處理、分析實現(xiàn)雪深實時監(jiān)測及報警提示，當發(fā)生且超限可能危及行車安全時，系統(tǒng)立即向列調(diào)臺上監(jiān)控終端發(fā)出預設分級的行車速度限制命令，同時啟動相關部門的應急機制。

地震監(jiān)控子系統(tǒng)實時監(jiān)測被監(jiān)控區(qū)段的地震波波動狀態(tài)，當?shù)卣鸩ú▌臃逯党^40gal，即將危及行車安全時，系統(tǒng)立即向相關的行車指揮控制各系統(tǒng)發(fā)地震波超限報警，并切斷監(jiān)控范圍內(nèi)牽引變電所以及分區(qū)所的供電，同時啟動相關部門的應急機制。

異物侵限監(jiān)控子系統(tǒng)實時監(jiān)測鐵路沿線被監(jiān)控區(qū)段的異物侵限狀態(tài)，如公跨鐵橋、隧道口、公鐵并行地段等，當異物侵限發(fā)生且超過防限體積，可能危及行車安全時，系統(tǒng)通過接口繼電器把報警信息實時傳送至列控系統(tǒng)、調(diào)度指揮系統(tǒng)，立即發(fā)出相應的行車管制命令，同時啟動相關部門的應急機制。

二、存在問題

2008年，首套災害監(jiān)測系統(tǒng)在京津城際鐵路投入使用，隨著高速鐵路建設及飛速發(fā)展，早期建設的災害監(jiān)測系統(tǒng)因經(jīng)驗不足、標準不統(tǒng)一，給日常維護帶來一定安全隱患，亟需改進，常見問題如下：

1.監(jiān)控單元UPS電源隱患。一是各站點電源型號、配置、容量不統(tǒng)一，給日常維護帶來難題，且模塊配置容量不足，電源長期滿負荷工作，造成電源模塊不穩(wěn)定，發(fā)生故障影響行車。二是早期建設的災害監(jiān)測系統(tǒng)電源與通信電源分別引入，或災害監(jiān)測系統(tǒng)設置獨立機房，缺少動力及環(huán)境監(jiān)控手段。

2.斷路器配置標準低。大多數(shù)斷路器采用民用C級斷路器，未按照鐵路信號設備標準使用液壓延時緩動型斷路器，造成斷路器誤動影響行車。

3.監(jiān)控單元內(nèi)部配線隱患。設備內(nèi)部多股軟線未加裝插針或線環(huán)，直接使用裸線壓接在端子上，造成端子虛接或斷線而影響行車。

4.鐵路局中心系統(tǒng)均按線建設，造成各線調(diào)度所終端接入網(wǎng)絡分別設置路由器和交換機，網(wǎng)絡結構不合理，個別線仍采用單套交換機，而且監(jiān)控手段不完善，網(wǎng)絡設備沒有專用的網(wǎng)管軟件進行實時監(jiān)測和性能分析，設備隱患不能及時發(fā)現(xiàn)，最終導致故障頻發(fā)。

5.設備、電路冗余配置不完善。雖然采用了網(wǎng)絡雙通道、電源雙套，但在部分關鍵部件、節(jié)點仍無冗余，如：信號側上行、下行異物繼電器無冗余配置，當外線端子松動或某個端口故障而并非異物侵限，即可引發(fā)單側軌道電路紅光帶。

三、整治方案

近幾年，災害監(jiān)測系統(tǒng)通過在各條高鐵線路上的應用，不斷總結經(jīng)驗、查找不足，并對各種故障、隱患和問題進行總結、分析，研究出一套高效可行的整治方案，并在哈大、盤營客專、長吉城際等線得到廣泛應用，具體如下：

1.電源整治。

（1）統(tǒng)一全線監(jiān)控單元UPS型號和容量，現(xiàn)場按照實際安裝數(shù)量的8%配置備品備件，方便現(xiàn)場維護管理。并提高UPS電源容量，實際工作時功率應小于額定功率的30%，保證UPS電源低負荷工作，即使單套UPS工作時，實際功率也不會超過額定功率的60%，從而提高電源穩(wěn)定性。

（2）監(jiān)控單元交流電源引入線改接至通信電源配電箱，并納入到動環(huán)監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)雙網(wǎng)管同步監(jiān)控，防止因電源箱故障問題而引發(fā)的外電中斷。監(jiān)控單元獨立機房增加動環(huán)及視頻監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)機房環(huán)境，如溫濕度、電源、門禁、水浸、煙霧的實時監(jiān)控，并可以通過視頻監(jiān)控隨時查看機房狀態(tài)。

2.斷路器整治。

（1）設備機柜內(nèi)斷路器一律采用為鐵路信號專用液壓緩動型斷路器，防止因普通斷路器工作不穩(wěn)定而引發(fā)的跳閘斷電。

（2）異物控制器、繼電器組合、風雨雪供電模塊等關鍵部分必須保證雙路供電，全部采用雙斷路器從UPS電源引接，防止單點故障影響行車。

3.配線整治。

（1）災害監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)控單元內(nèi)部配線端子整治，線徑小于1.0的多芯軟線必須加裝插針，接入斷路器端子的電源細線壓接線環(huán)，防止因端子松動而引發(fā)紅光帶影響行車。

（2）取消機柜內(nèi)部配線的萬可端子，改為塔型端子焊接方式，減少故障點，只有外線電纜采用萬可端子方式接入，并要求配備萬可端子專用工具，嚴禁使用萬用表筆、螺絲刀等，以免損壞端子，造成行車故障。

4.網(wǎng)絡整治。

參照高速鐵路自然災害及異物侵限監(jiān)測系統(tǒng)鐵路局中心系統(tǒng)總體方案，對各線建設的調(diào)度所網(wǎng)絡設備（核心路由器、交換機）進行整合，在調(diào)度所災害監(jiān)測系統(tǒng)機房設置2套千兆防火墻和2套匯聚層網(wǎng)絡交換機，調(diào)度大廳所在樓層機房設置2套接入層網(wǎng)絡交換機，通過不同徑路光纜通道實現(xiàn)互聯(lián)。各線數(shù)據(jù)中心服務器分別接入?yún)R聚層網(wǎng)絡交換機，調(diào)度所監(jiān)控終端配置雙網(wǎng)卡，主、備通道分別接入2套接入層網(wǎng)絡交換機。同時，網(wǎng)絡交換設備配置網(wǎng)管服務器，實現(xiàn)對各交換機狀態(tài)的實時監(jiān)控和遠程管理。

5.接口電路優(yōu)化。

按照《信號系統(tǒng)與異物侵限監(jiān)控系統(tǒng)接口技術條件》的通知（運基信號〔2009〕719號）要求，信號系統(tǒng)與異物侵限監(jiān)控系統(tǒng)采用繼電器接口，信號系統(tǒng)設置異物侵限繼電器（YWJ），其型號為JWXC-1700，YWJ由異物侵限監(jiān)控系統(tǒng)驅動，常態(tài)為吸起，落下時信號系統(tǒng)按發(fā)生異物侵限影災害進行防護，如圖2所示。根據(jù)異物侵限子系統(tǒng)邏輯，只有當異物侵限導致雙電網(wǎng)斷線時，才會向列控聯(lián)鎖系統(tǒng)發(fā)送異物侵限告警信號，SYWJ、XYWJ同時落下，觸發(fā)紅光帶；但由于信號系統(tǒng)與異物侵限監(jiān)控系統(tǒng)接口無冗余配置，單點或單端口故障即有可能觸發(fā)單側軌道紅光帶，引發(fā)誤告警，嚴重影響行車。

圖2 信號系統(tǒng)與異物侵限監(jiān)控系統(tǒng)接口圖

在不改變信號系統(tǒng)與異物侵限監(jiān)控系統(tǒng)接口技術條件的前提下，在信號軌道控制電路中增加區(qū)分繼電器（QFJ），用來辨別設備故障和異物侵限，即當發(fā)生異物侵限時，區(qū)分繼電器不參與電路控制，不會影響正常報警和臨時通車等功能，如圖3所示。工作原理如下：當設備故障如：外線斷線、端子虛接、送電端口故障等，將引發(fā)上行（SYWJ）或下行（XYWJ）異物繼電器單個落下時，區(qū)分繼電器（QFJ）會幫助識別出為設備故障，不驅動軌道電路動作，不觸發(fā)紅光帶，從而實現(xiàn)端口和電路的冗余保護。當發(fā)生異物侵限時，將引發(fā)上行（SYWJ）或下行（XYWJ）異物繼電器同時落下，區(qū)分繼電器（QFJ）也會落下，不再參與電路工作，從而不影響災害監(jiān)測系統(tǒng)的臨時通車、恢復等操作。

圖3 信號系統(tǒng)與異物侵限監(jiān)控系統(tǒng)接口電路優(yōu)化圖

四、總結

高速鐵路災害監(jiān)測系統(tǒng)的運行穩(wěn)定直接影響行車安全，必須在建設階段把住設計、施工和產(chǎn)品質量源頭關，并在運用過程中不斷總結經(jīng)驗，合理優(yōu)化系統(tǒng)方案，這樣，才能確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

[1]中國鐵路總公司.鐵總運〔2014〕146號.高速鐵路自然災害及異物侵限監(jiān)測系統(tǒng)鐵路局中心系統(tǒng)總體方案.2014.

[2]中國鐵道部運輸局.運基信號[2009]719號.關于印發(fā)《信號系統(tǒng)與異物侵限監(jiān)控系統(tǒng)接口技術條件》的通知.2009

[3]中國鐵路總公司.鐵總運〔2013〕142號.高速鐵路自然災害及異物侵限監(jiān)測系統(tǒng)維護試行辦法.