鐵路信號設(shè)備故障診斷方法研究

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)行過程中信號設(shè)備會對整個運(yùn)行的安全性、穩(wěn)定性、可靠性造成直接影響，一旦信號設(shè)備發(fā)生故障，輕則可能會影響到鐵路系統(tǒng)的運(yùn)行效率，重則會導(dǎo)致整個鐵路系統(tǒng)的癱瘓，因此要加強(qiáng)信號設(shè)備的故障診斷，保證信號設(shè)備運(yùn)行的可靠性。

1 鐵路信號設(shè)備故障的分類

針對不同的鐵路信號設(shè)備故障，可從以下3 個方面進(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)場人員未嚴(yán)格按照規(guī)定操作信號設(shè)備而引起的各類故障，設(shè)備故障則是由于信號設(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設(shè)備本身元器件老化所致，例如典型的螺絲松動引起的繼電器自動開關(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，如果信號設(shè)備日常維護(hù)過程中電子元器件更換不及時、維護(hù)不合理，導(dǎo)致電子元件超出使用壽命范圍，就會引起各類電氣故障。

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)的常見故障包括信號電路故障、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、信號機(jī)故障等。

2 鐵路信號設(shè)備常見故障

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，可以采用多用表測量繼電器線圈電壓的方法進(jìn)行診斷檢測，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分線盤兩端線路后測量電壓值，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，針對不同的故障診斷可以采用不同的方法，檢測電路故障區(qū)域中軌道電路的電流值及軌面電壓值即可做出判斷，測量電流值可判斷短路故障，測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，此時測量鋼軌電流值大于其正常值。

2.2 信號機(jī)故障

信號機(jī)是常見的鐵路信號設(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。信號機(jī)故障包括出現(xiàn)站內(nèi)信號機(jī)滅燈控制臺、區(qū)間信號機(jī)出現(xiàn)斷絲及滅燈現(xiàn)象等。其中調(diào)車信號機(jī)、列車信號機(jī)都有可能出現(xiàn)站內(nèi)信號機(jī)滅燈控制臺問題，出現(xiàn)故障后控制臺信號機(jī)復(fù)示器會出現(xiàn)閃光，這種故障較為隱蔽，尤其是允許信號燈光滅燈時，如果開放信號不及時就很難發(fā)現(xiàn)這類故障。具體問題表現(xiàn)為，排列對應(yīng)列車信號機(jī)進(jìn)路時，開始端按鈕指示燈熄滅，信號器會點(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題。信號機(jī)故障包括信號燈雙斷絲、燈泡與燈座接觸不良等，如果出現(xiàn)上述兩種問題，可能會導(dǎo)致點(diǎn)燈回路中的熔斷器熔斷而引起斷路器跳閘。此外，信號機(jī)點(diǎn)燈回路發(fā)生斷線、繼電器一級變壓器出現(xiàn)點(diǎn)燈單元斷絲等問題也均會引起信號機(jī)故障，區(qū)間信號機(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試電流法，操作單動道岔時，如控制臺顯示電流證明已經(jīng)送出動作道岔電流；如道岔無法操動至指定位置，基本可判斷是室外故障；如操動道岔時控制臺未顯示電流，則可進(jìn)一步測量對應(yīng)道岔的電壓值，查看室外分線盤，如存在電壓證明動作道岔電源正常送出，可能出現(xiàn)了室外故障。操作雙動道岔時控制臺電流表只動作一次，證明動作道岔電源正常送出，可確定故障位置在一動道岔處，判定為室外故障。如道岔定位、反位操動均正常，但沒有電流，則需要進(jìn)一步測量電壓值，如電壓不超過250 V，再進(jìn)一步測量分線盤電壓，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，發(fā)生道岔故障后要及時分析引起故障問題的本質(zhì)原因，通過測試電流的方法檢查室外分線盤處是否正常送出電源，如此時需要啟動電路，則需要同步測量操動道岔電流；如測量分線盤外處存在電壓，則可排除電源送出異常問題，判斷為室內(nèi)故障。

3 鐵路信號設(shè)備故障診斷常用技術(shù)

3.1 傳統(tǒng)診斷方法

鐵路信號設(shè)備故障診斷過程中，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人工排查、處理故障，故此對于技術(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)用過程中通常不會應(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)用計算機(jī)聯(lián)鎖與6502 電氣集中聯(lián)鎖排除故障的方法，及時判斷電路故障問題點(diǎn)及問題性質(zhì)，提高故障排除的針對性及時效性。聯(lián)合故障診斷可及時定位故障位置，對于故障的原因、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 信號處理法

信號處理法主要是利用數(shù)學(xué)函數(shù)提取故障分析可測信號檢測結(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，信號處理法工作效率更高，操作方法更為簡便，其對于故障模型的要求不同，因此目前在鐵路信號設(shè)備故障診斷中有著廣泛應(yīng)用。不過信號處理法也存在一定不足，即外界信號噪聲會對其檢測結(jié)果產(chǎn)生干擾，過于依賴信號的檢測與處理；且信號處理法具有一定的局限性，無法檢測、診斷出所有故障問題。因此未來發(fā)展過程中需要進(jìn)一步提高信號檢測的精度，拓展信號處理法的應(yīng)用范圍。

3.3 解析模型法

一旦鐵路信號設(shè)備出現(xiàn)故障，系統(tǒng)的輸入與輸出就會發(fā)生變化，此時針對其變化特點(diǎn)可以利用數(shù)學(xué)模型直觀的分析出來，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)計與解析函數(shù)，在故障判斷過程中通過對應(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)高于上述信號處理法和傳統(tǒng)診斷方法。解析模型法不僅可以及時解決當(dāng)前的設(shè)備故障，而且可預(yù)測出故障的發(fā)展趨勢，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程中邏輯的嚴(yán)謹(jǐn)性，提高問題診斷及排除的針對性。當(dāng)然，解析模型法對于技術(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，其在鐵路信號設(shè)備故障診斷中的應(yīng)用也越來越普遍，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)引申出來的診斷方法，其基本特征是結(jié)構(gòu)性知識表達(dá)能力，該特點(diǎn)對于定性知識與模糊知識的表達(dá)有著顯著優(yōu)勢，能夠?qū)﹃P(guān)聯(lián)關(guān)系進(jìn)行編碼處理，并對處理過程進(jìn)行追蹤，提高故障診斷的有效性。一般情況下信號燈點(diǎn)亮故障、道岔繼電器閉合故障應(yīng)用模糊邏輯法診斷，可以通過事例推理及規(guī)則推理準(zhǔn)確定位出信號設(shè)備的故障位置。不過該方法也存在一定的問題，即更多地依賴模糊知識庫對故障問題做出判斷，對于知識庫中未存檔的故障類型可能會出現(xiàn)誤判，因此實(shí)際應(yīng)用時可結(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)知識為核心，通過專家的科學(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。專家控制系統(tǒng)適用于復(fù)雜的鐵路信號設(shè)備故障，其通過符號表達(dá)、顯示故障，對于細(xì)節(jié)知識的要求相對較低，設(shè)定對應(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程中邏輯的嚴(yán)謹(jǐn)性，提高復(fù)雜故障的診斷效率。不過專家控制系統(tǒng)也存在局限性，即知識獲取存在一定難度，會直接影響到診斷效果，實(shí)際應(yīng)用過程中可以與故障樹方法相結(jié)合，以確保診斷知識的完整性，提高診斷準(zhǔn)確率。

（3）人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法主要是通過分類器、動態(tài)預(yù)測模型全面評估故障問題。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)中知識庫構(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)的泛化能力及容錯能力，保證快速推理。不過該方法的應(yīng)用成本較高。

4 結(jié)束語

鐵路信號設(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，及時排除信號設(shè)備故障，為鐵路的安全運(yùn)行提供保障。