沈陽鐵路局電務(wù)處 戈明喆

高速鐵路災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)整治方案研究與應(yīng)用

沈陽鐵路局電務(wù)處 戈明喆

結(jié)合高鐵災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)現(xiàn)場運(yùn)用情況，針對當(dāng)前存在的主要問題，重點(diǎn)在系統(tǒng)電源、設(shè)備配線、組網(wǎng)結(jié)構(gòu)、接口電路等方面提出優(yōu)化措施和整治方案，并在現(xiàn)場實(shí)施并應(yīng)用，確保系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

災(zāi)害監(jiān)測；優(yōu)化措施；整治方案

高速鐵路自然災(zāi)害及異物侵限監(jiān)測系統(tǒng)（簡稱災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)）是鐵路信息系統(tǒng)的組成部分，對高速鐵路沿線風(fēng)、雨、雪、地震等自然災(zāi)害及異物侵限進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，為鐵路調(diào)度指揮及維護(hù)管理提供預(yù)警、報警信息，防止或減少災(zāi)害對高速鐵路列車運(yùn)行的影響。

一、系統(tǒng)構(gòu)成

災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)由風(fēng)、雨、雪、地震以及異物侵限傳感器，監(jiān)控單元，監(jiān)控數(shù)據(jù)處理設(shè)備，工務(wù)調(diào)度終端，工務(wù)段終端，調(diào)度所設(shè)備，通信傳輸通道等組成。系統(tǒng)包括風(fēng)速風(fēng)向、雨量、雪深、地震及異物侵限監(jiān)測五項內(nèi)容，是構(gòu)架在鐵路通信傳輸網(wǎng)基礎(chǔ)之上的安全信息采集和監(jiān)控系統(tǒng)，是運(yùn)營調(diào)度系統(tǒng)的一個子系統(tǒng)。災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)采用鐵路局中心系統(tǒng)、現(xiàn)場監(jiān)測設(shè)備兩級架構(gòu)，包括鐵路局中心系統(tǒng)、現(xiàn)場監(jiān)測設(shè)備及系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)等。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 高鐵災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

風(fēng)監(jiān)測子系統(tǒng)通過實(shí)時監(jiān)測被監(jiān)控區(qū)段的風(fēng)流相關(guān)信息（如風(fēng)速、風(fēng)向、大氣壓力以及溫度等），將收集到的數(shù)據(jù)經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)嵌軟件運(yùn)算和判斷，按預(yù)設(shè)的門限分級進(jìn)行判斷，當(dāng)判斷產(chǎn)生報警時，立即向列調(diào)臺的監(jiān)控終端發(fā)出預(yù)設(shè)分級的行車速度限制命令，同時啟動相關(guān)部門的應(yīng)急機(jī)制。

雨監(jiān)測子系統(tǒng)實(shí)時采集鐵路沿線被監(jiān)控區(qū)段的降雨量情況，通過處理、分析實(shí)時監(jiān)測降雨量，當(dāng)發(fā)生且超限可能危及行車安全時，系統(tǒng)立即相應(yīng)的終端發(fā)出出巡警戒報警、限速警戒報警，同時啟動相關(guān)部門的應(yīng)急機(jī)制。

雪監(jiān)測子系統(tǒng)實(shí)時采集鐵路沿線被監(jiān)控區(qū)段的降雪量信息，通過處理、分析實(shí)現(xiàn)雪深實(shí)時監(jiān)測及報警提示，當(dāng)發(fā)生且超限可能危及行車安全時，系統(tǒng)立即向列調(diào)臺上監(jiān)控終端發(fā)出預(yù)設(shè)分級的行車速度限制命令，同時啟動相關(guān)部門的應(yīng)急機(jī)制。

地震監(jiān)控子系統(tǒng)實(shí)時監(jiān)測被監(jiān)控區(qū)段的地震波波動狀態(tài)，當(dāng)?shù)卣鸩ú▌臃逯党^40gal，即將危及行車安全時，系統(tǒng)立即向相關(guān)的行車指揮控制各系統(tǒng)發(fā)地震波超限報警，并切斷監(jiān)控范圍內(nèi)牽引變電所以及分區(qū)所的供電，同時啟動相關(guān)部門的應(yīng)急機(jī)制。

異物侵限監(jiān)控子系統(tǒng)實(shí)時監(jiān)測鐵路沿線被監(jiān)控區(qū)段的異物侵限狀態(tài)，如公跨鐵橋、隧道口、公鐵并行地段等，當(dāng)異物侵限發(fā)生且超過防限體積，可能危及行車安全時，系統(tǒng)通過接口繼電器把報警信息實(shí)時傳送至列控系統(tǒng)、調(diào)度指揮系統(tǒng)，立即發(fā)出相應(yīng)的行車管制命令，同時啟動相關(guān)部門的應(yīng)急機(jī)制。

二、存在問題

2008年，首套災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)在京津城際鐵路投入使用，隨著高速鐵路建設(shè)及飛速發(fā)展，早期建設(shè)的災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)因經(jīng)驗不足、標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，給日常維護(hù)帶來一定安全隱患，亟需改進(jìn)，常見問題如下：

1.監(jiān)控單元UPS電源隱患。一是各站點(diǎn)電源型號、配置、容量不統(tǒng)一，給日常維護(hù)帶來難題，且模塊配置容量不足，電源長期滿負(fù)荷工作，造成電源模塊不穩(wěn)定，發(fā)生故障影響行車。二是早期建設(shè)的災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)電源與通信電源分別引入，或災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)置獨(dú)立機(jī)房，缺少動力及環(huán)境監(jiān)控手段。

2.斷路器配置標(biāo)準(zhǔn)低。大多數(shù)斷路器采用民用C級斷路器，未按照鐵路信號設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)使用液壓延時緩動型斷路器，造成斷路器誤動影響行車。

3.監(jiān)控單元內(nèi)部配線隱患。設(shè)備內(nèi)部多股軟線未加裝插針或線環(huán)，直接使用裸線壓接在端子上，造成端子虛接或斷線而影響行車。

4.鐵路局中心系統(tǒng)均按線建設(shè)，造成各線調(diào)度所終端接入網(wǎng)絡(luò)分別設(shè)置路由器和交換機(jī)，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不合理，個別線仍采用單套交換機(jī)，而且監(jiān)控手段不完善，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備沒有專用的網(wǎng)管軟件進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測和性能分析，設(shè)備隱患不能及時發(fā)現(xiàn)，最終導(dǎo)致故障頻發(fā)。

5.設(shè)備、電路冗余配置不完善。雖然采用了網(wǎng)絡(luò)雙通道、電源雙套，但在部分關(guān)鍵部件、節(jié)點(diǎn)仍無冗余，如：信號側(cè)上行、下行異物繼電器無冗余配置，當(dāng)外線端子松動或某個端口故障而并非異物侵限，即可引發(fā)單側(cè)軌道電路紅光帶。

三、整治方案

近幾年，災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)通過在各條高鐵線路上的應(yīng)用，不斷總結(jié)經(jīng)驗、查找不足，并對各種故障、隱患和問題進(jìn)行總結(jié)、分析，研究出一套高效可行的整治方案，并在哈大、盤營客專、長吉城際等線得到廣泛應(yīng)用，具體如下：

1.電源整治。

（1）統(tǒng)一全線監(jiān)控單元UPS型號和容量，現(xiàn)場按照實(shí)際安裝數(shù)量的8%配置備品備件，方便現(xiàn)場維護(hù)管理。并提高UPS電源容量，實(shí)際工作時功率應(yīng)小于額定功率的30%，保證UPS電源低負(fù)荷工作，即使單套UPS工作時，實(shí)際功率也不會超過額定功率的60%，從而提高電源穩(wěn)定性。

（2）監(jiān)控單元交流電源引入線改接至通信電源配電箱，并納入到動環(huán)監(jiān)測系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)雙網(wǎng)管同步監(jiān)控，防止因電源箱故障問題而引發(fā)的外電中斷。監(jiān)控單元獨(dú)立機(jī)房增加動環(huán)及視頻監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)房環(huán)境，如溫濕度、電源、門禁、水浸、煙霧的實(shí)時監(jiān)控，并可以通過視頻監(jiān)控隨時查看機(jī)房狀態(tài)。

2.斷路器整治。

（1）設(shè)備機(jī)柜內(nèi)斷路器一律采用為鐵路信號專用液壓緩動型斷路器，防止因普通斷路器工作不穩(wěn)定而引發(fā)的跳閘斷電。

（2）異物控制器、繼電器組合、風(fēng)雨雪供電模塊等關(guān)鍵部分必須保證雙路供電，全部采用雙斷路器從UPS電源引接，防止單點(diǎn)故障影響行車。

3.配線整治。

（1）災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)控單元內(nèi)部配線端子整治，線徑小于1.0的多芯軟線必須加裝插針，接入斷路器端子的電源細(xì)線壓接線環(huán)，防止因端子松動而引發(fā)紅光帶影響行車。

（2）取消機(jī)柜內(nèi)部配線的萬可端子，改為塔型端子焊接方式，減少故障點(diǎn)，只有外線電纜采用萬可端子方式接入，并要求配備萬可端子專用工具，嚴(yán)禁使用萬用表筆、螺絲刀等，以免損壞端子，造成行車故障。

4.網(wǎng)絡(luò)整治。

參照高速鐵路自然災(zāi)害及異物侵限監(jiān)測系統(tǒng)鐵路局中心系統(tǒng)總體方案，對各線建設(shè)的調(diào)度所網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（核心路由器、交換機(jī)）進(jìn)行整合，在調(diào)度所災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)機(jī)房設(shè)置2套千兆防火墻和2套匯聚層網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，調(diào)度大廳所在樓層機(jī)房設(shè)置2套接入層網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，通過不同徑路光纜通道實(shí)現(xiàn)互聯(lián)。各線數(shù)據(jù)中心服務(wù)器分別接入?yún)R聚層網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，調(diào)度所監(jiān)控終端配置雙網(wǎng)卡，主、備通道分別接入2套接入層網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)。同時，網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備配置網(wǎng)管服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)對各交換機(jī)狀態(tài)的實(shí)時監(jiān)控和遠(yuǎn)程管理。

5.接口電路優(yōu)化。

按照《信號系統(tǒng)與異物侵限監(jiān)控系統(tǒng)接口技術(shù)條件》的通知（運(yùn)基信號〔2009〕719號）要求，信號系統(tǒng)與異物侵限監(jiān)控系統(tǒng)采用繼電器接口，信號系統(tǒng)設(shè)置異物侵限繼電器（YWJ），其型號為JWXC-1700，YWJ由異物侵限監(jiān)控系統(tǒng)驅(qū)動，常態(tài)為吸起，落下時信號系統(tǒng)按發(fā)生異物侵限影災(zāi)害進(jìn)行防護(hù)，如圖2所示。根據(jù)異物侵限子系統(tǒng)邏輯，只有當(dāng)異物侵限導(dǎo)致雙電網(wǎng)斷線時，才會向列控聯(lián)鎖系統(tǒng)發(fā)送異物侵限告警信號，SYWJ、XYWJ同時落下，觸發(fā)紅光帶；但由于信號系統(tǒng)與異物侵限監(jiān)控系統(tǒng)接口無冗余配置，單點(diǎn)或單端口故障即有可能觸發(fā)單側(cè)軌道紅光帶，引發(fā)誤告警，嚴(yán)重影響行車。

圖2 信號系統(tǒng)與異物侵限監(jiān)控系統(tǒng)接口圖

在不改變信號系統(tǒng)與異物侵限監(jiān)控系統(tǒng)接口技術(shù)條件的前提下，在信號軌道控制電路中增加區(qū)分繼電器（QFJ），用來辨別設(shè)備故障和異物侵限，即當(dāng)發(fā)生異物侵限時，區(qū)分繼電器不參與電路控制，不會影響正常報警和臨時通車等功能，如圖3所示。工作原理如下：當(dāng)設(shè)備故障如：外線斷線、端子虛接、送電端口故障等，將引發(fā)上行（SYWJ）或下行（XYWJ）異物繼電器單個落下時，區(qū)分繼電器（QFJ）會幫助識別出為設(shè)備故障，不驅(qū)動軌道電路動作，不觸發(fā)紅光帶，從而實(shí)現(xiàn)端口和電路的冗余保護(hù)。當(dāng)發(fā)生異物侵限時，將引發(fā)上行（SYWJ）或下行（XYWJ）異物繼電器同時落下，區(qū)分繼電器（QFJ）也會落下，不再參與電路工作，從而不影響災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)的臨時通車、恢復(fù)等操作。

圖3 信號系統(tǒng)與異物侵限監(jiān)控系統(tǒng)接口電路優(yōu)化圖

四、總結(jié)

高速鐵路災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定直接影響行車安全，必須在建設(shè)階段把住設(shè)計、施工和產(chǎn)品質(zhì)量源頭關(guān)，并在運(yùn)用過程中不斷總結(jié)經(jīng)驗，合理優(yōu)化系統(tǒng)方案，這樣，才能確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

[1]中國鐵路總公司.鐵總運(yùn)〔2014〕146號.高速鐵路自然災(zāi)害及異物侵限監(jiān)測系統(tǒng)鐵路局中心系統(tǒng)總體方案.2014.

[2]中國鐵道部運(yùn)輸局.運(yùn)基信號[2009]719號.關(guān)于印發(fā)《信號系統(tǒng)與異物侵限監(jiān)控系統(tǒng)接口技術(shù)條件》的通知.2009

[3]中國鐵路總公司.鐵總運(yùn)〔2013〕142號.高速鐵路自然災(zāi)害及異物侵限監(jiān)測系統(tǒng)維護(hù)試行辦法.