集中式25周相敏軌道電路監(jiān)測(cè)診斷技術(shù)研究

摘 要：集中式25周相敏軌道電路是在既有25周技術(shù)基礎(chǔ)上的升級(jí)迭代產(chǎn)品，具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、集成化程度高、調(diào)整維護(hù)方便的特點(diǎn)。通過對(duì)各設(shè)備端口參數(shù)的采集，將電力載波傳至室內(nèi)搭建統(tǒng)一的數(shù)據(jù)運(yùn)算平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的監(jiān)測(cè)及故障診斷，提高設(shè)備應(yīng)用的信息化及智能化，提升鐵路運(yùn)輸效率。

關(guān)鍵詞：相敏軌道電路;電力載波;監(jiān)測(cè)診斷;信息化;智能化

中圖分類號(hào)：U284.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2024）22-0181-04

Abstract： The centralized 25-cycle phase-sensitive track circuit is an upgraded iterative product based on the existing 25-week technology. It has the characteristics of simple system structure， high degree of integration and convenient adjustment and maintenance. Through the collection of the port parameters of each equipment， through the power line carrier transmission to the indoor to build a unified data operation platform to achieve equipment monitoring and fault diagnosis， improve the information and intelligence of equipment application， and improve the efficiency of railway transportation.

Keywords： phase-sensitive track circuit; power line carrier; monitoring and diagnosis; informatization; intelligence

智能鐵路已是當(dāng)前鐵路行業(yè)研究的重要方向，鐵路信號(hào)設(shè)備的監(jiān)測(cè)診斷技術(shù)，可以有效盯控設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)及設(shè)備故障預(yù)警，對(duì)信號(hào)設(shè)備的智能維護(hù)，故障快速恢復(fù)發(fā)揮重要作用。集中式25周相敏軌道電路屬于近年來的新型軌道電路，該系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)診斷技術(shù)研究，屬于鐵路信號(hào)設(shè)備維管信息化、智能化的重要內(nèi)容。

1 集中式25周相敏軌道電路系統(tǒng)簡介

集中式25周相敏軌道電路系統(tǒng)（以下簡稱“集中式”）由室內(nèi)發(fā)送單元、室內(nèi)接收單元、扼流變壓器及軌道電路接收器（二元二位繼電器及25周電子相敏接收器）組成[1-2]。以二元二位繼電器為軌道電路接收器為例，一送一受系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

室內(nèi)送電端主要設(shè)備為DN-F/25型室內(nèi)發(fā)送單元，用以軌道電路的電平檔位調(diào)整，模擬電纜電阻補(bǔ)償，同時(shí)也為疊加電碼化時(shí)移頻信號(hào)的傳輸提供通道。受電端設(shè)備由DN-R/25型室內(nèi)接收單元及軌道電路接收設(shè)備構(gòu)成，室內(nèi)接收單元用于系統(tǒng)的相位調(diào)整、終端阻抗匹配，一送多受區(qū)段電壓微調(diào)，同時(shí)為疊加電碼化時(shí)移頻信號(hào)的傳輸提供通道。

室外設(shè)備只有BEL型扼流變壓器，作為軌道電路信號(hào)傳輸設(shè)備，保證牽引回流的暢通，同時(shí)為四線制電碼化制式下移頻信號(hào)的傳輸提供接口。

2 故障診斷模型設(shè)計(jì)

按照軌道電路的系統(tǒng)組成，監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)采集的參數(shù)見表1。

建立集中式25周相敏軌道電路的基礎(chǔ)數(shù)學(xué)模型，按照模型計(jì)算出系統(tǒng)在正常工作狀態(tài)下的工作值，作為故障診斷的判斷依據(jù)，納入監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)的基礎(chǔ)信息庫[3]。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障（調(diào)整狀態(tài)下繼電器電壓或相位變化較大、分路狀態(tài)下殘壓過高等）時(shí)，將實(shí)時(shí)采集的電壓電流信號(hào)與標(biāo)準(zhǔn)工作值進(jìn)行對(duì)比并智能化分析處理，進(jìn)行系統(tǒng)故障定位。

將集中式劃分為8段進(jìn)行分析，即室內(nèi)發(fā)送單元、送端電纜線路、送端扼流變壓器、軌道線路、受端扼流變壓器、受端電纜線路、室內(nèi)接收單元及軌道電路接收器8個(gè)模塊?？偨Y(jié)了8個(gè)故障區(qū)域、22個(gè)故障類型，根據(jù)數(shù)據(jù)維度進(jìn)行故障區(qū)域合并或細(xì)化，故障類型見表2。

3 監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)整體功能

監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)以下功能。

3.1.1 監(jiān)測(cè)參數(shù)擴(kuò)展并預(yù)留集中監(jiān)測(cè)通信接口

實(shí)施采集室內(nèi)發(fā)送單元、室內(nèi)接收單元輸入輸出的電壓電流參數(shù)，送受電端扼流變壓器牽引、信號(hào)側(cè)電流信息，可以生成實(shí)時(shí)曲線、日曲線、月曲線，日?qǐng)?bào)表以及月度報(bào)表。具備數(shù)據(jù)存儲(chǔ)以及場(chǎng)景回放功能。可以向信號(hào)集中監(jiān)測(cè)系統(tǒng)傳輸采集基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，預(yù)留相應(yīng)的通信接口[4]。

3.1.2 監(jiān)測(cè)及診斷系統(tǒng)設(shè)備開路、短路故障診斷

通過監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析以及配置的故障參數(shù)特征，當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，給出可能造成該種故障的報(bào)警信息，故障定位至每個(gè)設(shè)備。

3.2.3 不平衡牽引電流干擾故障診斷

扼流變壓器鋼軌連接線電流的采集以及頻譜分析，獲得50 Hz工頻信號(hào)成分，通過電流比較確定不平衡度，依據(jù)系統(tǒng)特性定位該種故障類型，對(duì)全站牽引回流通道監(jiān)測(cè)，輔助分析優(yōu)化牽引回流路徑。

3.1.4 絕緣破損故障診斷

相鄰兩區(qū)段的繼電器電壓同步變化規(guī)律提取，以及扼流變牽引側(cè)電流變化，確定絕緣破損位置。

集中式25周相敏軌道電路的故障診斷系統(tǒng)，通過軌道電路的數(shù)學(xué)模型，計(jì)算出系統(tǒng)在正常工作時(shí)的參數(shù)范圍，同時(shí)可以仿真出當(dāng)某一個(gè)器材甚至器材內(nèi)部電路故障導(dǎo)致參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，多組成系統(tǒng)各設(shè)備端口的電壓電流參數(shù)造成的變化規(guī)律，在診斷軟件中進(jìn)行配置，實(shí)現(xiàn)故障診斷定位。

3.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

站內(nèi)軌道電路監(jiān)測(cè)及診斷系統(tǒng)由室內(nèi)設(shè)備及室外設(shè)備組成，室內(nèi)設(shè)備由診斷主機(jī)、室內(nèi)通信分機(jī)、室內(nèi)監(jiān)測(cè)單元及電流傳感器組成;室外設(shè)備由室外采集分機(jī)以及電流傳感器組成[5]。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

系統(tǒng)包括GD-JC型監(jiān)測(cè)單元及診斷主機(jī)。室內(nèi)監(jiān)測(cè)單元對(duì)室內(nèi)發(fā)送單元、室內(nèi)接收單元的輸入端電壓、電流，輸出端電壓、電流信號(hào)進(jìn)行采集處理，與診斷主機(jī)之間采用CAN通信連接，診斷主機(jī)顯示軌道電路工作參數(shù)的數(shù)據(jù)及趨勢(shì)曲線，便于監(jiān)測(cè)及分析。

室外設(shè)備由室外監(jiān)測(cè)分機(jī)及電流互感器組成，實(shí)現(xiàn)對(duì)扼流變壓器牽引側(cè)25、50 Hz信號(hào)電流的監(jiān)測(cè)，采集信號(hào)通過室外監(jiān)測(cè)分機(jī)，利用電力載波技術(shù)，通過電纜傳輸至室內(nèi)載波通信分機(jī)，并與室外采集數(shù)據(jù)一并傳輸至上位機(jī)處理。

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具備數(shù)據(jù)采集、處理、存儲(chǔ)、統(tǒng)計(jì)、界面顯示、歷史回放和故障診斷定位等功能，并將采集及報(bào)警數(shù)據(jù)通過預(yù)留的以太網(wǎng)接口傳送給信號(hào)集中監(jiān)測(cè)。

診斷主機(jī)軟件邏輯結(jié)構(gòu)主要分為：數(shù)據(jù)采集處理轉(zhuǎn)發(fā)模塊及顯示模塊，前者為診斷主機(jī)核心模塊，后者用于負(fù)責(zé)與用戶的互動(dòng)，如圖3所示。

監(jiān)測(cè)診斷主機(jī)軟件，是客戶端應(yīng)用交互程序，包含數(shù)據(jù)顯示、查詢曲線、故障診斷等功能。

3.2.1 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)狀態(tài)

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中可以直觀調(diào)閱室內(nèi)設(shè)備的組合排列及工作狀態(tài)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)報(bào)表如圖4所示。

3.2.2 曲線查詢

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具備數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、參數(shù)曲線生成及報(bào)表生成的功能，監(jiān)測(cè)軌道電路電壓曲線如圖5所示。

將監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)在西平線南市站上道應(yīng)用，并進(jìn)行測(cè)試驗(yàn)證效果，監(jiān)測(cè)采集參數(shù)與儀表測(cè)試數(shù)據(jù)基本保持一致，誤差可以控制在5%以內(nèi)。同時(shí)模擬了現(xiàn)場(chǎng)絕緣破損、斷線檢查等典型故障，系統(tǒng)均有可靠的報(bào)警提示。

4 結(jié)論

集中式25周相敏軌道電路監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)采用了先進(jìn)的信號(hào)采集與處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了軌道電路系統(tǒng)參數(shù)的在線監(jiān)測(cè)及故障診斷，符合鐵路信號(hào)向著信息化、智能化方向發(fā)展的需要，可以解決現(xiàn)場(chǎng)軌道電路故障排查難的技術(shù)難題。同時(shí)，對(duì)設(shè)備參數(shù)監(jiān)測(cè)以實(shí)現(xiàn)智能預(yù)警，避免軌道電路設(shè)備故障造成行車中斷對(duì)列車運(yùn)行效率的影響。同時(shí)，設(shè)備的集成化與信息化設(shè)計(jì)，可以有效提高維護(hù)作業(yè)人員的工作效率，符合目前車站無人值守，設(shè)備免維護(hù)的發(fā)展需要。

參考文獻(xiàn)：

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[2] 劉泉.集中式25 Hz相敏軌道電路調(diào)整表仿真計(jì)算[J].鐵道通信信號(hào)，2022，58（3）：32.

[3] 李文濤，楊軼軒，陽晉.高速鐵路軌道電路技術(shù)創(chuàng)新與實(shí)踐[J].鐵路通信信號(hào)工程技術(shù)，2019，16（S1）：1-5.

[4] 鐵路信號(hào)維護(hù)規(guī)則技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)Ⅰ[M].3版.北京：中國鐵道出版社，2014.

[5] 李長春，趙林海.基于LightGBM算法的25 Hz相敏軌道電路故障診斷方法優(yōu)化[J].鐵道學(xué)報(bào)，2022，44（8）：68-77.

作者簡介：張曉如（1991-），女，碩士，助教。研究方向?yàn)殍F路交通運(yùn)輸規(guī)劃。