高速鐵路隧道群地段信號維護(hù)技術(shù)及體制的完善與應(yīng)用研究

陳志穎

(中鐵第一勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司, 西安　710043)

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高速鐵路隧道群地段信號維護(hù)技術(shù)及體制的完善與應(yīng)用研究

陳志穎

(中鐵第一勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司, 西安710043)

摘要：西北及西南地區(qū)高速鐵路建設(shè)多以隧道為主,因隧道地段的信號設(shè)備維護(hù)極為不便,信號維護(hù)人員不能在短時間內(nèi)到達(dá)設(shè)備維護(hù)地點,易造成列車運行安全的風(fēng)險。以寶雞至蘭州客運專線及蘭州鐵路局高速鐵路維護(hù)管理模式為研究基礎(chǔ),提出信號設(shè)備綜合維修平臺技術(shù)理念及“動態(tài)修”、“以換代修”的新型維護(hù)體制,解決山區(qū)鐵路隧道群地段的信號設(shè)備維修、維護(hù)問題,同時補充和完善既有高速鐵路維護(hù)制式及標(biāo)準(zhǔn)。

關(guān)鍵詞：高速鐵路；隧道群；維修維護(hù)體制；信號綜合維修平臺

1概述

高速鐵路為滿足省會城市之間的12 h到達(dá)制，往往需要通過穿越隧道和“以橋代路”的方式來提高列車運行速度，隧道地段較為密集地區(qū)以西北和西南地區(qū)為主，連續(xù)的、密集布置成為其主要特點，因此導(dǎo)致不僅大量的信號室外設(shè)備(例如：軌道電路、信號機(jī)、電纜等)設(shè)置于隧道內(nèi)、甚至車站或中繼站也設(shè)置于隧道內(nèi)。

隧道密集、地形復(fù)雜，信號設(shè)備發(fā)生故障時，信號維修人員不可能在短時間內(nèi)到達(dá)現(xiàn)場，這對列車安全運行非常不利。因此，在目前新的條件和形勢下，需要有一種新型的維護(hù)系統(tǒng)及體制保證密集隧道內(nèi)鐵路信號設(shè)備安全，達(dá)到預(yù)先修、預(yù)先排除故障的效果。本文以寶雞至蘭州客運專線為例，結(jié)合現(xiàn)有的維護(hù)體制和方法，對密集長大隧道群的信號維護(hù)問題進(jìn)行分析和研究，提出完善的解決方案。

2研究背景

2.1站前工程設(shè)計情況

寶雞至蘭州客運專線位于陜西、甘肅兩省。線路東起陜西省寶雞市，西至蘭州西站高速場，線路正線長度400.621 km，隧道長度占到全線長度的78%，隧道內(nèi)信號中繼站6處，兩車站(東岔車站、定西南車站)咽喉區(qū)設(shè)置于隧道內(nèi)。全線隧道概況見表1。

表1　寶蘭客運專線全線隧道概況

全線隧道73座，其中長大隧道密集地段5處，其中6個信號中繼站設(shè)置于密集隧道群內(nèi)。

2.2信號主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及信號設(shè)備布置

2.2.1本線主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

寶雞至蘭州客運專線采用CTCS-2級列車運行控制系統(tǒng)，根據(jù)地面設(shè)備配屬設(shè)置相應(yīng)的車載設(shè)備滿足列車超速防護(hù)運行要求；車站采用二乘二取二計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)；區(qū)間及站內(nèi)采用ZPW-2000A一體化軌道電路；全線采用分散自律調(diào)度集中系統(tǒng)，實現(xiàn)CTC指揮行車。

2.2.2信號設(shè)備布置特點

隧道占線路總長度的78%，其中6處信號中繼站、820個區(qū)間軌道電路、40臺轉(zhuǎn)轍設(shè)備設(shè)置于隧道內(nèi)，多數(shù)隧道設(shè)置在山區(qū)地段，道路曲折復(fù)雜，因此大量的信號室內(nèi)外設(shè)備存在維修、維護(hù)困難的問題。

3既有客運專線信號設(shè)備監(jiān)控及維護(hù)方式

3.1既有信號設(shè)備監(jiān)控方式

電務(wù)段及車站設(shè)置監(jiān)測中心及車站分機(jī)，其對列控中心、車站聯(lián)鎖等信號關(guān)鍵設(shè)備的關(guān)鍵條件進(jìn)行實時監(jiān)控，并對其故障信息進(jìn)行監(jiān)測、記錄、報警。同時列控中心、聯(lián)鎖、臨時限速服務(wù)器等關(guān)鍵設(shè)備，其自身具有對設(shè)備及狀態(tài)信息的監(jiān)控功能，可以對其數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測、存儲。缺點是其只能實現(xiàn)監(jiān)控功能，不能滿足快速維修的要求。

3.2既有維護(hù)體制分析

鐵路局針對高速鐵路新技術(shù)、新裝備的特點，在原有普速鐵路維護(hù)基礎(chǔ)上，調(diào)整維護(hù)機(jī)構(gòu)：電務(wù)處設(shè)立高鐵技術(shù)科，電務(wù)段設(shè)立高鐵辦，與電務(wù)處信號科、電務(wù)段技術(shù)科共同維護(hù)高速鐵路信號設(shè)備，形成以高鐵技術(shù)科為主要技術(shù)主體，電務(wù)段、車間、工區(qū)為維護(hù)個體的四級維護(hù)體制。

高速鐵路信號設(shè)備實行屬地化維護(hù)管理，鐵路局實行電務(wù)處、電務(wù)段分級管理；電務(wù)段實行段、車間、工區(qū)三級維護(hù)。以蘭州鐵路局為例，其設(shè)置機(jī)構(gòu)為電務(wù)處高鐵科、電務(wù)段高鐵辦、綜合維修車間、站級工區(qū)。蘭州鐵路局設(shè)3個電務(wù)段(蘭州、嘉峪關(guān)、銀川電務(wù)段)，每條客運專線按其長短設(shè)置綜合維修車間及綜合維修工區(qū)(200 km設(shè)置1處車間)，寶蘭客運專線設(shè)置2個車間、2個綜合維修工區(qū)，11個站級工區(qū)。蘭州鐵路局高速鐵路列控維修維護(hù)體系如圖1所示。

圖1　蘭州鐵路局高速鐵路列控維修維護(hù)體系

站級工區(qū)：第一級維護(hù)；信號值班員(信號工)定期監(jiān)測、檢查信號設(shè)備，尤其是聯(lián)鎖、列控中心、CTC等關(guān)鍵設(shè)備的面板表示燈狀態(tài)變化情況，并形成專門的報告上報綜合維修工區(qū)及車間技術(shù)及管理人員，對確認(rèn)的信號故障設(shè)備(室內(nèi)外)經(jīng)上級審批后進(jìn)行一般信號設(shè)備更換(繼電器、發(fā)送器、隔離盒等)。

綜合維修工區(qū)(信號車間)：第二級維護(hù)；技術(shù)較強的專業(yè)技術(shù)人員負(fù)責(zé)將站級工區(qū)上報的信號設(shè)備故障進(jìn)行匯總、整理、分析，根據(jù)相關(guān)設(shè)備廠商提供的信號設(shè)備配套使用說明及《高速鐵路維修規(guī)范》對現(xiàn)場發(fā)生的故障進(jìn)行處理，遇到特殊故障上報電務(wù)段高鐵辦處理(三級維護(hù)中心)。

電務(wù)段高鐵辦：第三級維護(hù)中心；配備高學(xué)歷、較強的技術(shù)能力并熟悉信號各個子系統(tǒng)設(shè)備的專業(yè)人員，負(fù)責(zé)全面掌握各條線各個車站、不同設(shè)備廠家信號子系統(tǒng)故障狀況，對綜合維修車間上報的故障信息進(jìn)行分析，并與相關(guān)設(shè)備廠家進(jìn)行結(jié)合，解決現(xiàn)場問題，并形成故障日志，為后續(xù)出現(xiàn)類似問題提供技術(shù)保障。

電務(wù)處高鐵科：第四級維護(hù)，主要管理部門；負(fù)責(zé)信號設(shè)備維修、中修、大修、更新改造、電氣特性調(diào)整及列控數(shù)據(jù)、報文運用等專業(yè)技術(shù)管理工作，對信號設(shè)備維護(hù)實施專業(yè)監(jiān)督、檢查和指導(dǎo)。同時對高速鐵路信號建設(shè)方案進(jìn)行審查，參與高速鐵路信號工程靜、動態(tài)驗收，聯(lián)調(diào)聯(lián)試和工程驗交工作。

既有維護(hù)體制僅僅能夠解決信號設(shè)備發(fā)生故障的監(jiān)控、定點維修功能，并不能起到快速的效果。因此針對不同的線路條件及特點，尤其是密集隧道群條件下設(shè)置專門的維修及監(jiān)控機(jī)制是迫在眉睫的。

4密集隧道群信號設(shè)備維護(hù)技術(shù)及體制研究

隨著我國“四縱四橫”的高速鐵路框架逐步完成、城市之間的城際鐵路大面積開工建設(shè)，標(biāo)準(zhǔn)化的高速鐵路維護(hù)、維修體制正在逐步走向完善，“快速、高效、準(zhǔn)確”已經(jīng)成為高速鐵路維修體制的代名詞，保證信號設(shè)備的快速維修條件和時間，新的維修理念就必須提出“值檢分離；以預(yù)警預(yù)修代定點檢修”的安全維修理念，以新技術(shù)來保證維修維護(hù)的要求。

4.1建立智能化的信號設(shè)備預(yù)先報警系統(tǒng)

長大隧道內(nèi)信號設(shè)備發(fā)生故障，尤其是連續(xù)的密集隧道地段，車輛無法通行，維護(hù)人員在2 h的維修時間內(nèi)到達(dá)10 km以上的隧道內(nèi)進(jìn)行設(shè)備更換和檢修是基本上不可能的，同時隧道內(nèi)設(shè)備故障是無法預(yù)知，普通的信號維護(hù)人員是無法在短時間內(nèi)對故障點進(jìn)行確認(rèn)和排除，因此，必須建立設(shè)備定點自我檢測系統(tǒng)和智能預(yù)判系統(tǒng)。

4.1.1建立綜合型信號系統(tǒng)智能維護(hù)平臺(圖2)

信號設(shè)備動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)：由信息采集裝置、地面數(shù)據(jù)中心及查詢終端3部分組成。

信息采集裝置安裝在信號機(jī)房或機(jī)械室相應(yīng)機(jī)柜內(nèi)，其中室內(nèi)信號設(shè)備如聯(lián)鎖、列控中心等在系統(tǒng)運行過程中完成信號電子設(shè)備的信息采集，其數(shù)據(jù)通過GPRS網(wǎng)傳回地面數(shù)據(jù)中心，經(jīng)處理、分析、統(tǒng)計后，通過互聯(lián)網(wǎng)或鐵路辦公網(wǎng)傳給各查詢終端；室外設(shè)備通過在地面數(shù)據(jù)中心存儲的收集各條線各種設(shè)備故障狀態(tài)發(fā)生的數(shù)據(jù)曲線進(jìn)行確定其發(fā)生故障的時間范圍及更換條件；從而達(dá)到對設(shè)備故障時間范圍的預(yù)判實現(xiàn)信號設(shè)備靜態(tài)與動態(tài)相結(jié)合的目的。

圖2　綜合型信號系統(tǒng)智能維護(hù)平臺

4.1.2系統(tǒng)功能分析

采用智能型的專家系統(tǒng)，建立全路監(jiān)測設(shè)備專用網(wǎng)絡(luò)，將目前路內(nèi)客運專線線路存在且已經(jīng)發(fā)生的故障信息錄入到專家系統(tǒng)中，用智能Agent單元體作為基本單元。網(wǎng)絡(luò)實時采集各個車站的信息，當(dāng)發(fā)生故障時，將故障信息傳輸?shù)缴弦患壏?wù)器進(jìn)行故障分解，將解決方案通過專用網(wǎng)絡(luò)發(fā)送回故障點，在車站、電務(wù)段、鐵路局的顯示終端進(jìn)行顯示和報警，并指導(dǎo)信號工操作。對于不能解決的故障繼續(xù)向上一級傳輸，設(shè)立工程師站，對故障進(jìn)行全程跟蹤。同時將信號設(shè)備發(fā)生故障時間范圍進(jìn)行提前預(yù)報警，提示信號工進(jìn)行現(xiàn)場檢修。

4.2維修、維護(hù)體制及管理辦法完善

“天窗修”、“集中修”的高速鐵路維修模式已經(jīng)逐步取代了傳統(tǒng)的“小而全”、“鉛垂線”、“擠壓式”的普速鐵路維修維護(hù)模式，但是其還不能適應(yīng)密集隧道群條件下的信號設(shè)備維修要求，根據(jù)其特點提出完善的兩種維修模式。

4.2.1動態(tài)故障監(jiān)測維修——“動態(tài)修”

(1)電子設(shè)備

利用GPRS 通過無線的方式將實時采集的信息(列控中心、聯(lián)鎖等)通過維修專用網(wǎng)絡(luò)送入綜合維修中心的專家系統(tǒng)，進(jìn)行實時的故障監(jiān)測，并對故障提出處理意見返回到現(xiàn)場供工區(qū)信號人員使用，并將故障報警和動態(tài)監(jiān)測信息送入車間、電務(wù)段、鐵路局監(jiān)測終端處。

(2)其他信號設(shè)備

通過對不同廠家設(shè)備故障時間范圍及故障點進(jìn)行分析，在地面數(shù)據(jù)中心錄入本局內(nèi)不同線路，不同信號設(shè)備，對其故障時間范圍進(jìn)行預(yù)判，形成數(shù)據(jù)庫報警機(jī)制，當(dāng)某個設(shè)備在故障判定時間內(nèi)，發(fā)出報警信息及故障預(yù)判條件，提示信號工進(jìn)行設(shè)備更換或預(yù)修處理。

此種維修方式的特點是：方便、快捷、故障定位準(zhǔn)確。

4.2.2實現(xiàn)以“換”代“修”模式

高速鐵路不同于以實體設(shè)備為主的普速鐵路，模塊化、板件化、集成化、數(shù)字化已經(jīng)成為其主要特點，普通的信號工程人員是無法在其發(fā)生故障時，進(jìn)行故障排除及設(shè)備維修，通常此類設(shè)備是硬件安全冗余型設(shè)備，板卡也具有備用功能，例如：二乘二取二計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)、無線閉塞中心、列控中心等關(guān)鍵設(shè)備，因此在設(shè)備發(fā)生故障時，通?？梢赃M(jìn)行故障倒接，停用故障板件，和廠家溝通進(jìn)行現(xiàn)場測試，更換故障板卡，采用更換模塊取代普速鐵路中的現(xiàn)場修模式已經(jīng)是信號發(fā)展不可或缺的一步。

5結(jié)論

不同的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、橋隧比例，信號配套的維護(hù)方式略有不同，建立智能化、綜合化的信號維修平臺是高速鐵路發(fā)展的關(guān)鍵點，通過先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)體系、智能化的監(jiān)測維護(hù)系統(tǒng)，有利于降低信號設(shè)備維護(hù)的頻率和時間，提高維護(hù)效率，減少或消除密集隧道群內(nèi)信號設(shè)備故障不能快速維修的缺點，同時建立先進(jìn)的專家決策系統(tǒng)可以達(dá)到車站的無人化，維護(hù)人員最簡的要求。

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Perfection and Application of Signal Maintenance Technology and Regime for Tunnel Concentrated Area of High-speed RailwayChen Zhi-ying

(China Railway First Survey and Design Institute Group Co., Ltd., Xi’an 710043, China)

Abstract：The railway lines in northwest and southwest of China are built with lots of tunnels, making it inconvenient for maintenance stuff to come to the site in time to carry out their duties, which may lead to traffic risks The paper, on the basis of Baoji to Lanzhou DPL and Lan Zhou railway bureau regime of maintenance, puts forward comprehensiveness signal maintenance system and such new maintenance regime, as“dynamic maintenance”, “replacement-dominated maintenance”, with which signal equipment maintenance for tunnel concentrated area can be better performed, and maintenance regime and standard for high-speed railways can be supplemented and perfected.

Key words：High-speed railway; Tunnel concentrated area; Maintenance regime; Signal comprehensive maintenance platform

中圖分類號：U238; U284.92

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

DOI:10.13238/j.issn.1004-2954.2015.02.027

文章編號：1004-2954(2015)02-0110-03

作者簡介：陳志穎(1983—)，男，工程師，2008年畢業(yè)于蘭州交通大學(xué)交通信息工程及控制專業(yè)，工學(xué)碩士，E-mail:chenzhiying1983615@126.com。

基金項目：中鐵第一勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司科研項目(院科13-29)

收稿日期：2014-05-28； 修回日期：2014-06-04