信號集中監測在信號維護中的典型應用
富瑞英
（太原鐵路局大同電務段，山西大同 037005)
摘要：簡述信號集中監測系統的發展沿革、結構和現場維修實際使用的情況，通過自身工作實際，詳細分析該系統數據關鍵點，說明該系統在鐵路運輸生產中取得良好的經濟效益，得到較高的用戶評價，指出在使用過程中需注意的問題。
關鍵詞：信號集中監測；信號維修；應用
Abstract: This paper describes the development, structure, field maintenance and actual application of the centralized signal monitoring system. Based on practical work, the paper analyzes the key points of system data and points out the matters needing attention during the application of the system. The system has achieved good economic benefits and owned high evaluations in railway transportation.
Keywords: centralized signal monitoring system; signal maintenance; application
DOI: 10.3969/j.issn.1673-4440.2017.04.024
隨著近年來網絡技術的快速發展，信號集中監測系統（Centralized Signaling Monitoring system，CSM）在鐵路信號系統的各項設備中得到廣泛的推廣和應用，可以實時地將信號系統各種設備的運行狀態、電氣特性，技術數據進行記錄，並形成各種曲線和表格數據，反映給用戶，可以進行大數據分析，執行一些智能分析；還可以對行車人員的操作過程、電力供電和設備發生故障時的狀態進行重現，大大方便了故障分析和定責，同時也為我們提供良好的維護平臺，該系統已經成為電務部門強化日常維修和故障分析的重要手段。
信號集中監測系統的發展，經歷了TJWX-2000、TJWX-2006、TJWX-2010幾個版本，2010年9月20日，原鐵道部正式頒布《鐵路信號集中監測系統技術條件》（運基信號[2010]709號），正式確定了信號集中監測系統的通用版本，即2010版信號集中監測系統，確定了信號集中監測系統的人機互動界面、通用接口方式和軟體機構，明確了信號集中監測系統是提高運輸效率、保證鐵路行車安全、保證信號設備安全可靠的重要行車設備，減少設備維修對運輸的幹擾，逐步實現狀態修，是使信號設備處於可靠運行和實時受控狀態必不可少的工具；確定綜合化、智能化、信息化是信號集中監測系統的發展方向。目前，2010版監測系統組成了網絡，實現路局、段、車間、工區四級實時查看，滿足了各級技術人員對現場設備狀態掌握的需求。
1 CSM系統構成
CSM系統由電務段子系統和車站子系統組成。電務段子系統由伺服器組、網絡設備、安全設備、電源設備以及監測終端，經過2 M帶寬的專用線路與車站子系統相連。在路局、段、車間、工區設有終端。CSM系統中最基礎、最核心的是車站子系統。
車站子系統負責數據的採集、分類、處理和存儲，實現對車站信號設備、區間信號設備的實時監測、故障分析與診斷，並提供友好的人機對話界面。車站子系統由站機、採集設備和網絡設備組成，其系統採集硬體結構如圖1所示。
CSM系統在採集設備與被採集設備間採用安全可靠的電氣隔離措施，任何情況下不影響被監測設備的正常使用，滿足故障-安全原則，採用採集安全策略、接口安全策略、軟體安全策略、網絡安全等確保實現安全目標。隨著CSM技術的不斷更新、發展與完善，大量先進的測量技術、計算機技術、數字處理技術、現場CAN總線技術等融入CSM系統，以及智能化信號設備的不斷投入應用，CSM對信號設備的監測方式發生了很大變化，大量監測信息由自採向從智能信號設備的接口採集轉變，CSM系統逐步向綜合監測平臺發展。
2 現場運用現狀
大秦線和北同蒲的維修天窗每旬一次，每次只有90 min，設備運用與維修的矛盾十分突出，解決好這對矛盾是信號工程技術人員的固有職責，CSM系統為我們提供了很好的平臺。提前發現和預知設備的隱患，是擺在我們面前的新型課題，對信號設備維修管理模式提出了前所未有的新要求，適應安全生產的要求，只有不斷總結、不斷實踐，充分發揮信號集中監測信息分析的技術優勢，利用這一平臺，通過電特性分析提前預防設備故障，由粗放型維修逐步向集約化維修轉變。由於信號集中監測信息技術的推廣應用，設備故障逐年穩步下降。現在運用的CSM系統只是對室內設備實現了實時監測，室外的設備還沒有做到監測，有待我們進一步研究，完善監測功能。
CSM系統主要對信號設備的電氣特性、設備運用狀態、設備運用過程、車務人員的操作過程、設備發生的故障或非正常情況等信息進行實時監測記錄及回放,對監測到的模擬量超標、故障條件等信息進行預警或報警,防止事故、故障的發生,為信號設備狀態修提供可靠信息,在保障運輸安全,提高運輸效率等方面發揮了積極作用。段、車間、工區日均發現處理各類設備隱患問題近百條，在大秦鐵路天窗維修時間不足、人員不足的客觀條件下，充分發揮CSM系統作用，有力的提高了設備運用質量，為大秦鐵路安全運輸提供可靠的安全基礎。筆者總結一些典型的監測信息及應用，以便信號集中監測信息能夠得到更廣泛的應用。
3 典型應用實例的分析
3.1 道岔設備監測的應用
道岔設備是信號系統故障發生率最高的設備，佔故障總數60%以上，減少和預防道岔故障是信號維修部門的主要工作之一。通過對道岔曲線的分析，指導維修和故障預判，道岔監測的主要內容有道岔動作電流曲線、功率曲線、定反表示電壓曲線。通過對現場道岔故障發生的原因總結，最常見的故障有道岔轉換過程中的機械卡阻和電氣接觸不良等兩大類，重點應該從道岔轉換時間，道岔轉換過程中電流或功率的變化，表示電壓波動情況進行仔細分析。
3.1.1 道岔轉換電流曲線與功率曲線分析
現場實際的一組道岔正常轉換的道岔電流和功率曲線如圖2、3所示。圖2所示電流轉換曲線是道岔正常轉換過程中每一時段或時刻圖形所反映的電路工作信息，通過曲線可以說明道岔轉換從1QDJ吸起，2QDJ轉極，道岔轉換過程，自動開閉器接點轉換，1QDJ緩放落下的全過程，縱坐標可以反映轉換全過程電流變化情況，橫坐標可以反映道岔轉換過程的用時情況；圖3中的功率曲線，根據電工學原理：功率等於電壓與電流的乘積，即功率曲線是電流曲線放大電壓倍數所形成的曲線，圖3中道岔轉換中曲線變化，與圖2相比明顯變化劇烈，說明道岔在轉換過程中的阻力變化情況，可以判斷道岔轉換過程中不同時段解鎖狀態、轉換狀態、鎖閉狀態，結合各過程中時間的長短，更容易判斷道岔的故障點。總之，在實際運用中，道岔的電流曲線多用於分析室內電路的動作情況和道岔轉換的過程，道岔的功率曲線多用於分析道岔機械卡阻故障，不同時刻的曲線可以反映道岔的機械解鎖、轉換阻力大小變化、尖軌入槽鎖閉等不同點的變化，同時根據轉轍機類型的不同，結合轉換時間的長短，間接反映油路（液壓轉轍機）的工作情況。
為了保證道岔動作電流曲線和功率曲線的分析效果，信號集中監測分析員應該做好以下幾點：
熟悉《維規》中各型轉轍機的基本電氣參數，掌握道岔工作電流大小和道岔轉換時間，及時發現電氣特性超標現象，方便故障判斷。
了解現場實際安裝轉轍機類型，掌握道岔控制電路原理。
熟知道岔在正常情況下，道岔標準電流曲線和標準功率曲線。
當道岔發生故障後，及時存儲故障曲線，方便故障分析和總結。
查看故障曲線時，要與正常曲線和故障前曲線進行比較，對判斷故障有所幫助。
3.1.2 道岔表示電壓曲線分析
如圖4所示，信號集中監測中，對道岔表示模擬量的採集主要是道岔在定、反位時分線盤處的交流電壓和直流電壓。這組曲線通常用於道岔轉換完成以後無表示故障的判斷，比如：道岔轉換完成後檢查柱不能落入表示杆缺口中，相應位置表示交流電壓為開路值，此時交流道岔通常為70～75 V，而直流電壓為0 V；如果交流電壓或直流交流電壓曲線在列車通過時出現電壓波動，可能是接點虛接現象，應該及時進行現場處理，如圖5所示。
3.2 ZPW-2000A型移頻軌道電路
ZPW-2000A型移頻軌道電路是目前我國區間自動閉塞和站內一體化軌道電路的主型設備，以其設備的運行穩定，故障率低，維修工作量少，深受用戶認同。再配合CSM系統，設備運用的穩定性大大提高。
CSM系統中，對ZPW-2000A型移頻設備在室內利用監測採集處理機（CC機）對發送功出電壓、功出電流、發送載頻、發送低頻、軌入電壓、主軌出電壓、小軌出電壓等主要技術參數進行採集，通過CAN總線，接入車站監測子系統。在實際應用過程中，可以結合多條曲線在同一時刻的狀態，對發送端或接收端的器材工作狀態進行故障判斷。還可以經過對分析經驗的總結，對室外軌道設備的狀態進行分析。下面就幾個工作中的典型故障實例進行總結分析：
3.2.1 室外軌道電容被人為破壞故障實例
2013年5月2日，調度指揮中心信號集中監測工區在日常巡視ZPW-2000A區間軌道電路日曲線時發現：北同蒲線478G主軌出電壓呈階梯式下降，臨近警戒值，如圖6所示，分析人員通過CSM系統調閱相鄰區段電壓曲線，顯示正常。通過對曲線的解讀，分析設備原理，曲線的變化是時間，電壓相對規律均勻下降，這個變化的時間，結合區間電容的步長，判斷室外電容可能受到人為損壞。立即組織現場工區人員，並隨公安人員趕往現場檢查，發現一學生在線路上依次將補償電容線截斷。
3.2.2 室外斷軌故障實例
如圖7、8、9所示，2016年11月11日22:25，延慶—北辛堡站間2450G過車後遺留紅光帶。信號集中監測調閱發現：22:14:35，列車通過後2450G遺留紅光帶，2450G主軌出電壓由832 mV降為15 mV，小軌出電壓由138 mV降為133 mV，功出電壓由157 V降為155 V，功出電流由377 mA降為339 mA；前方區段2464小軌出電壓由140 mV降為133 mV。通過經驗結合曲線分析：發送功出電壓比正常情況略有下降，主軌出電壓幾乎為零，本區段小軌和相鄰區段小軌電壓略有下降，結合多次斷軌後數據分析，判斷可能為室外斷軌故障。通知室外處理人員查找，電務人員到達現場後發現，K246+250 m（距離送端約60 ｍ）處運行方向左股鋼軌斷軌。
通過這一組數據，應用電工學原理分析，功出電壓、本區段小軌和相鄰區段小軌電壓略微拉低一些，說明室外軌道電路阻抗發生突變，列車通過以後遺留的紅光帶，判斷發生了斷軌故障；再有，主軌出電壓幾乎為零，斷軌點發生在主軌區段，經驗總結，斷軌點越靠近發送端，主軌電壓越低，越靠近接收端，主軌電壓會高一些，但也只是幾十mV。根據現場斷軌故障統計，斷軌一般是在焊縫處，因工務配軌時，往往在調諧區避開了鋼軌焊縫，斷軌一般是在主軌區內。
3.3 25 Hz軌道電路
2016年12月30日18:00，裡八莊36DG紅光帶，通過曲線分析電壓是部分升起後又逐漸下降，如圖10所示，是列車通過以後遺留的紅光帶，可以看出列車遠離後，電壓丟失越嚴重，判斷為短路故障，且短路點隨著列車通過的震動而發生變化，說明軌面在列車通過時形成了虛短路點，同時查看相鄰區段電壓沒有變化，說明短路點在本區段內，經過現場查看發現，36#岔後道岔切割絕緣運行方向左股鐵屑短路絕緣所致。
3.4 燈絲電流曲線分析
2017年1月17日，信號集中監測發現山陰—下官院間1#中繼站0979-DJ信號機迴路電流曲線開始波動，如圖11所示，造成信號機燈絲電流曲線波動的原因常見的主要有燈泡燈絲壽命後期燈絲電阻發生變化，燈座與燈泡接觸不良，配線端子虛接等，車間查看燈泡使用記錄，上道時間是2015年3月16日，判斷燈泡性能不好，於1月19日要點更換綠燈燈泡後，該電流曲線恢復正常。
通過這些實例，說明在運用CSM系統分析設備狀態時，對道岔監測曲線的分析，從道岔的轉換時間、電流的大小（不同時間點的電流）、功率曲線的變化可以判斷道岔的運用狀態和機械性能等信息，預知一些故障，針對性的得以解決；對不同軌道電路制式的曲線變化，可以對故障類型和故障點做出初步定位，準確的判斷設備的狀態，指導做到精準判斷設備隱患，CSM系統的應用，壓縮故障延時效果十分明顯。
4 結束語
經過幾年來應用經驗的總結，信號集中監測系統在工程開通過程中，必須保證與聯鎖系統同步開通，完成調試；必須保證數據與對象相符，且監測點位具有一定的科學性，開通調試時必須進行對位檢查，消除監測數據與監測對象錯位問題；合理設置相關參數，減小監測數據與實測數據的誤差，提高測試精度，合理設定數據報警信息的上下限。車間、班組要按要求進行信號集中監測數據校核，這樣才能正確反映系統真實的運用情況，數據分析員要有一定的現場經驗和理論知識儲備，才能捕捉到細微的變化信息，理論分析與實踐相結合，準確定位設備狀態，發現隱患，得以及時處理，避免造成影響，逐漸形成閉環管理，需要不斷總結經驗，提高分析水平，更好地為運輸服務。
參考文獻
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（收稿日期：2017-01-16）
原文來自 鐵路通信信號工程技術公眾號