高速鐵路提速道岔健康管理分析

張 昕

(中國(guó)鐵路廣州局集團(tuán)有限公司衡陽(yáng)電務(wù)段，湖南衡陽(yáng) 431000)

1 概述

隨著高速鐵路飛速發(fā)展，高速鐵路的運(yùn)營(yíng)里程在不斷擴(kuò)張，軌道交通系統(tǒng)的復(fù)雜度也日益增加。國(guó)內(nèi)高鐵建設(shè)具有周期短規(guī)模大的特點(diǎn)，就目前來(lái)說(shuō)，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(hù)階段轉(zhuǎn)換。鐵路信號(hào)設(shè)備是高速列車運(yùn)行的基本保障系統(tǒng)，提高信號(hào)設(shè)備的維護(hù)質(zhì)量，可以積極的促進(jìn)高速鐵路快速發(fā)展。

提速道岔作為高速鐵路信號(hào)系統(tǒng)設(shè)備的安全關(guān)鍵設(shè)備，其運(yùn)行環(huán)境復(fù)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(diǎn)。因此，解決提速道岔運(yùn)行狀態(tài)健康管理（Prognostics and Health Management,簡(jiǎn)稱PHM）關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)于提升其預(yù)防和應(yīng)對(duì)故障的能力，維修模式由狀態(tài)修向預(yù)防修、針對(duì)修的轉(zhuǎn)變，保障高速鐵路的安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。

2 提速道岔信息采集

現(xiàn)階段高速鐵路提速道岔通過(guò)信號(hào)集中監(jiān)測(cè)、缺口監(jiān)測(cè)、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(dòng)作電流曲線：道岔電流曲線反映道岔在轉(zhuǎn)換過(guò)程中道岔控制電路工作狀態(tài)、轉(zhuǎn)轍機(jī)運(yùn)用狀態(tài)，通過(guò)對(duì)道岔動(dòng)作電流曲線的分析，能了解道岔轉(zhuǎn)換時(shí)的運(yùn)用質(zhì)量，還能在故障時(shí)進(jìn)行輔助判斷，指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)有針對(duì)性的進(jìn)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(dòng)推拉力的反映，通過(guò)對(duì)道岔動(dòng)作功率曲線的分析，能反映道岔轉(zhuǎn)換過(guò)程中道岔整體工作情況，在日常分析中道岔動(dòng)作功率曲線更能反映道岔在轉(zhuǎn)換過(guò)程中受力情況和道岔機(jī)械性能，指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)有針對(duì)性地進(jìn)行維修。

3）道岔表示電壓：對(duì)道岔表示模擬量的采集主要是道岔在定、反位時(shí)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(guò)采集1DQJ判斷道岔操縱時(shí)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(guò)電纜絕緣電阻的測(cè)量，可以及時(shí)了解電纜芯線對(duì)地絕緣的情況。

6）道岔缺口：通過(guò)圖像識(shí)別技術(shù)監(jiān)測(cè)道岔表示缺口變化情況，如不及時(shí)調(diào)整道岔則會(huì)導(dǎo)致檢查柱無(wú)法落入缺口，道岔無(wú)法給出表示信息，影響行車安全。通過(guò)分析缺口偏移量的變化趨勢(shì)，及時(shí)養(yǎng)護(hù)調(diào)整，防止道岔無(wú)表示故障發(fā)生。

7）道岔油量：通過(guò)液位傳感器測(cè)量道岔油箱內(nèi)的油位，防止油位不達(dá)標(biāo)造成道岔無(wú)法操縱。

8）道岔動(dòng)作油壓：通過(guò)壓力傳感器測(cè)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(dòng)參數(shù)：通過(guò)溫濕度傳感器采集轉(zhuǎn)轍機(jī)內(nèi)部溫濕度及過(guò)車情況。

10）道岔維修信息：通過(guò)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(jì)劃信息。

11）道岔問(wèn)題庫(kù)：通過(guò)安全生產(chǎn)指揮系統(tǒng)查詢道岔日常檢查發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題庫(kù)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(yùn)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(diǎn)，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(cè)、道岔缺口監(jiān)測(cè)、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(jí)劃分結(jié)構(gòu)層次模型，同時(shí)建立以道岔為最核心的性能診斷的最小單元模型；針對(duì)各站的道岔數(shù)據(jù)，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，測(cè)定道岔的運(yùn)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(hù)綜合報(bào)告，以幫助電務(wù)維護(hù)人員掌握道岔運(yùn)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(cè)技術(shù)不斷進(jìn)步，對(duì)提速道岔設(shè)備的監(jiān)控越來(lái)越完善，收集到的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息越來(lái)越豐富，如同每時(shí)每刻都在給設(shè)備進(jìn)行全身體檢。這些海量數(shù)據(jù)中蘊(yùn)含著巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，有效利用收集到的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息，實(shí)時(shí)對(duì)設(shè)備運(yùn)行質(zhì)量給出科學(xué)的評(píng)價(jià)，實(shí)現(xiàn)更加精準(zhǔn)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(shí)對(duì)維修質(zhì)量也給出科學(xué)的評(píng)價(jià)，實(shí)現(xiàn)更加科學(xué)高效的維修評(píng)價(jià)體系。

對(duì)提速道岔的各類信息進(jìn)行篩選，擬定以下11項(xiàng)信息作為評(píng)判道岔健康狀態(tài)的條件，并對(duì)每個(gè)評(píng)分項(xiàng)目的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)及權(quán)重進(jìn)行設(shè)定，如表1所示。

表1 提速道岔健康評(píng)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(jìn)行分析，對(duì)提速道岔運(yùn)用狀態(tài)評(píng)價(jià)等級(jí)進(jìn)行劃分，如表2所示。

表2 提速道岔健康狀態(tài)評(píng)價(jià)等級(jí)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(yáng)電務(wù)段衡柳線運(yùn)用以來(lái)，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期對(duì)道岔的健康進(jìn)行評(píng)判，功能達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，突破了傳統(tǒng)的單一系統(tǒng)監(jiān)測(cè)局限性。通過(guò)長(zhǎng)期運(yùn)用，健康管理系統(tǒng)應(yīng)用價(jià)值突出，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

5.1 保障提速道岔安全運(yùn)行，確保高速鐵路正常運(yùn)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(hù)人員上道次數(shù)等方面起到了非常好的效果。通過(guò)對(duì)道岔健康評(píng)判的分析和維修的總結(jié)，積累經(jīng)驗(yàn)，為提速道岔故障預(yù)防提供重要的參考和借鑒，通過(guò)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(yùn)輸。

5.2 改變維修模式，節(jié)約維修成本

將原來(lái)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(duì)修為主的方式，準(zhǔn)確客觀的健康狀態(tài)評(píng)價(jià)，減少維修成本。

5.3 降低勞動(dòng)強(qiáng)度、提高管理水平

通過(guò)提速道岔健康管理系統(tǒng)對(duì)道岔的健康狀態(tài)進(jìn)行客觀的評(píng)價(jià)，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(shí)現(xiàn)電務(wù)信號(hào)設(shè)備預(yù)防修、針對(duì)修的主要技術(shù)支持，確保高速鐵路運(yùn)行的基本保障技術(shù)。提速道岔健康管理運(yùn)用良好取決于現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性及可靠性，在后續(xù)運(yùn)行中對(duì)設(shè)備的評(píng)分設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)及評(píng)分權(quán)重進(jìn)行優(yōu)化，相應(yīng)的在高速鐵路計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖、軌道電路等關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行推廣。