張曉塵

中國(guó)鐵路北京局集團(tuán)有限公司北京電務(wù)段 北京 100071

1 我國(guó)鐵路信號(hào)系統(tǒng)的市場(chǎng)狀況及發(fā)展趨勢(shì)

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)，我國(guó)鐵路基礎(chǔ)設(shè)施投資逐年增加。中國(guó)鐵路進(jìn)入了快速發(fā)展的時(shí)代。2013年至2017年，國(guó)家鐵路完成固定資產(chǎn)投資3.9萬(wàn)億元。2019年，全國(guó)鐵路旅客發(fā)送量35.79億人次，比上年增加2.61億人次，增長(zhǎng)7.9%；貨運(yùn)量34.44億噸，比上年增長(zhǎng)2.5億噸，增長(zhǎng)7.8%。資產(chǎn)投資8029億元，新開(kāi)工鐵路8489公里，其中高速鐵路5474公里。截至2019年底，全國(guó)鐵路營(yíng)業(yè)里程超過(guò)13.9萬(wàn)公里，其中高速鐵路3.5萬(wàn)公里。

未來(lái)鐵路建設(shè)的重點(diǎn)將以高速鐵路建設(shè)為主，鐵路信息化投資比重將逐步從2008年前的1%提高到4%以上。這個(gè)數(shù)字在歐洲等發(fā)達(dá)國(guó)家是15%。鐵路信息化的核心是實(shí)現(xiàn)智能調(diào)度指揮，建立交通安全保障體系。在信息化投資總額中，鐵路安全信號(hào)系統(tǒng)投資約占5%-8%。

從技術(shù)上講，鐵路信號(hào)系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷了兩個(gè)階段。它們是機(jī)械聯(lián)鎖和電氣裝置聯(lián)鎖（繼電聯(lián)鎖）。隨著計(jì)算機(jī)微處理器系統(tǒng)等新興技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟，計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)已逐漸成長(zhǎng)為適應(yīng)鐵路發(fā)展方向的新一代安全信號(hào)系統(tǒng)。隨著鐵路信號(hào)系統(tǒng)向智能化、多功能化發(fā)展，整個(gè)系統(tǒng)的復(fù)雜性也呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。在保證系統(tǒng)安全的問(wèn)題上，難度逐漸加大。為了適應(yīng)這種變化趨勢(shì)，技術(shù)上出現(xiàn)了一種結(jié)構(gòu)不同的冗余容錯(cuò)模式。隨著我國(guó)高密度、高速鐵路的發(fā)展，現(xiàn)有的車(chē)站鐵路信號(hào)聯(lián)鎖系統(tǒng)已經(jīng)不能適應(yīng)鐵路信號(hào)可靠性和安全性的更高要求，未來(lái)還會(huì)出現(xiàn)更先進(jìn)的系統(tǒng)。

2 鐵路信號(hào)系統(tǒng)基本概述

鐵路信號(hào)系統(tǒng)在鐵路應(yīng)用中發(fā)揮著重要的作用，而傳統(tǒng)的鐵路信號(hào)系統(tǒng)主要包括兩個(gè)方面。一方面，它包括預(yù)告服務(wù)和鐵路電報(bào)系統(tǒng)；另一方面包括鐵路電話業(yè)務(wù)，包括鐵路調(diào)度指揮功能。在實(shí)際工作中，通信和通信、路況通信和電話指揮主要通過(guò)站與站之間的電話連接進(jìn)行。詳細(xì)了解列車(chē)編組的實(shí)時(shí)運(yùn)行情況，并以此作為調(diào)整車(chē)輛編組的參考。通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)鐵路通信信號(hào)在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中所起的作用的分析，對(duì)這種車(chē)輛運(yùn)行工作進(jìn)行了劃分。作為一種通信媒介，它可以在正確引導(dǎo)鐵路通信的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)線路和聯(lián)鎖。準(zhǔn)確無(wú)誤，為兩站之間的自動(dòng)閉塞和半自動(dòng)閉塞提供了保證措施。

在鐵路提速運(yùn)輸模式下，鐵路信號(hào)設(shè)施為行車(chē)安全和電氣設(shè)備的引進(jìn)提供了巨大的保障。特別是在電氣集中和自動(dòng)化閉塞的情況下，鐵路車(chē)輛調(diào)度可以通過(guò)先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)列車(chē)運(yùn)行的自動(dòng)準(zhǔn)確指揮；降低了現(xiàn)場(chǎng)工作人員在接送車(chē)輛過(guò)程中的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了出發(fā)效率，保證了出發(fā)的準(zhǔn)確性和安全性?？梢哉f(shuō)，在鐵路提速的背景下，鐵路信號(hào)設(shè)備不僅能夠最大限度地提高運(yùn)行過(guò)程的安全性，更重要的是能夠在保證安全、及時(shí)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)取、遞、間隔操作的自動(dòng)化。增加了鐵路列車(chē)的密度和通過(guò)速度。如果鐵路信號(hào)系統(tǒng)出現(xiàn)故障，不僅會(huì)給鐵路運(yùn)輸部門(mén)帶來(lái)運(yùn)力損失，還可能對(duì)乘客的生命和財(cái)產(chǎn)安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。鐵路信號(hào)系統(tǒng)對(duì)保證鐵路安全穩(wěn)定運(yùn)行具有不可替代的作用。因此，鐵路信號(hào)系統(tǒng)的故障引起了越來(lái)越多的關(guān)注。為了保證鐵路信號(hào)系統(tǒng)故障修復(fù)工作的順利開(kāi)展，有必要保證相關(guān)人員對(duì)鐵路信號(hào)系統(tǒng)的組成有正確的認(rèn)識(shí)。

3 鐵路信號(hào)系統(tǒng)的構(gòu)成

通常，鐵路信號(hào)系統(tǒng)主要由車(chē)站聯(lián)鎖、區(qū)段封鎖、列車(chē)運(yùn)行控制、列車(chē)調(diào)度控制、道口信號(hào)和信號(hào)微機(jī)監(jiān)控六部分組成。

（1）站場(chǎng)聯(lián)鎖：維護(hù)站場(chǎng)道岔，進(jìn)路，信號(hào)之間的聯(lián)鎖關(guān)系。對(duì)于較大的車(chē)站，為了提高車(chē)站的效率，往往將整條線路劃分成幾個(gè)區(qū)段，列車(chē)通過(guò)一個(gè)區(qū)段后就會(huì)解鎖，從而開(kāi)通其他的線路。

（2）區(qū)間閉塞：保證一次只能有一列火車(chē)在某一區(qū)間或某一區(qū)段運(yùn)行的系統(tǒng)。

（3）列車(chē)運(yùn)行控制：根據(jù)列車(chē)在鐵路線上運(yùn)行的客觀條件和實(shí)際情況，對(duì)列車(chē)運(yùn)行速度和制動(dòng)方式進(jìn)行監(jiān)督、控制和調(diào)整的技術(shù)設(shè)備。

（4）列車(chē)調(diào)度控制：列車(chē)調(diào)度控制系統(tǒng)是基于局部自動(dòng)化的遠(yuǎn)程控制遠(yuǎn)程信令系統(tǒng)，基于區(qū)間閉塞和車(chē)站聯(lián)鎖設(shè)備。

（5）道口信號(hào)：指為保證列車(chē)、公路交通安全，在鐵路、公路平面道口設(shè)置的信號(hào)設(shè)備。

（6）信號(hào)微機(jī)監(jiān)控：信號(hào)集中監(jiān)控系統(tǒng)是鐵路運(yùn)輸?shù)闹匾熊?chē)安全裝置，在信號(hào)維護(hù)技術(shù)向數(shù)字化、自動(dòng)化發(fā)展方面取得了重大突破。該監(jiān)控系統(tǒng)利用微機(jī)的高速信息處理能力，使信號(hào)設(shè)備具有自診斷功能。

目前，我國(guó)現(xiàn)代信息技術(shù)的飛速發(fā)展和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，使得現(xiàn)代交通調(diào)度系統(tǒng)具有遠(yuǎn)程自動(dòng)處理的功能。驅(qū)動(dòng)調(diào)度指揮系統(tǒng)由TDCS和調(diào)度集中系統(tǒng)組成。隨著新一代分散自治調(diào)度集中系統(tǒng)的應(yīng)用，調(diào)度指揮自動(dòng)化系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)技術(shù)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。我國(guó)鐵路目前常用的閉鎖設(shè)備有自動(dòng)閉鎖、自動(dòng)閉鎖、半自動(dòng)閉鎖等，以保證在區(qū)間或閉鎖區(qū)間內(nèi)一次只能運(yùn)行一列列車(chē)，且閉鎖系統(tǒng)具有相關(guān)的設(shè)備和技術(shù)。車(chē)站不僅有主干線，而且還有進(jìn)出站等線路。各工位稱(chēng)為接線分界點(diǎn)，其中線和有色光信號(hào)為非接線分界點(diǎn)，在自動(dòng)閉塞段中，通過(guò)有色光信號(hào)的通道稱(chēng)為閉塞區(qū)。此外，車(chē)站聯(lián)鎖系統(tǒng)還包括信號(hào)聯(lián)鎖、軌道電路和站內(nèi)代碼、開(kāi)關(guān)電源設(shè)備、信號(hào)集中監(jiān)控系統(tǒng)、信號(hào)集中監(jiān)控系統(tǒng)、信號(hào)設(shè)備綜合防雷系統(tǒng)等。其中，信號(hào)機(jī)是鐵路視覺(jué)信號(hào)的重要組成部分，與其他系統(tǒng)有著密切的聯(lián)系。

4 鐵路信號(hào)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中存在的問(wèn)題

4.1 缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)

雖然我國(guó)普通鐵路發(fā)展相對(duì)較好，但高速鐵路作為一種新興事物，在運(yùn)行中還存在許多不足之處。通常狀況下，高鐵出現(xiàn)的很多問(wèn)題都是在運(yùn)行過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的，然后根據(jù)實(shí)際狀況對(duì)出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行整改，在這樣的狀況下，導(dǎo)致在解決高鐵中出現(xiàn)問(wèn)題的時(shí)候沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。由于高鐵行業(yè)起步較晚，在生產(chǎn)過(guò)程中信號(hào)系統(tǒng)沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)可供參考。因此，信號(hào)制造商在生產(chǎn)信號(hào)部件時(shí)只能按免費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)，這為高速鐵路信號(hào)系統(tǒng)的正常運(yùn)行埋下了隱患。

4.2 信號(hào)平臺(tái)故障

信號(hào)平臺(tái)是保證高速鐵路正常運(yùn)行的基礎(chǔ)。雖然技術(shù)在不斷發(fā)展，高速鐵路的控制是由計(jì)算機(jī)完成的，但是高速鐵路使用的計(jì)算機(jī)與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)不同，所以高速鐵路在運(yùn)行過(guò)程中只能通過(guò)一些軟件來(lái)控制。由于我國(guó)的軟件水平不高，難以對(duì)高速鐵路故障進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，導(dǎo)致高速鐵路故障的概率大大增加。

4.3 信號(hào)安裝調(diào)試故障

為了保證高速鐵路的運(yùn)行效率，高速鐵路在運(yùn)行過(guò)程中布置得非常緊湊，一旦發(fā)生故障需要立即恢復(fù)。由于維修時(shí)間相對(duì)緊張，在高速鐵路信號(hào)設(shè)備的安裝過(guò)程中很難保證施工技術(shù)達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，信號(hào)設(shè)備安裝后也很難進(jìn)行有效管理。如果在高速鐵路供電系統(tǒng)建設(shè)過(guò)程中，電纜的屏蔽層沒(méi)有按照有關(guān)規(guī)定正確施工，將大大降低高速鐵路線路的防雷能力。此外，在進(jìn)行實(shí)際施工的時(shí)候，一些施工單位沒(méi)有按照施工方案進(jìn)行施工，而是擅自縮短施工步驟，把通信電纜和電力電纜放在一起，使得無(wú)法對(duì)運(yùn)行過(guò)程中的高鐵進(jìn)行良好的控制，在調(diào)試列車(chē)通信系統(tǒng)的過(guò)程中，由于操作人員在操作過(guò)程中存在技術(shù)缺陷，導(dǎo)致高速鐵路信號(hào)系統(tǒng)無(wú)法有效調(diào)試，導(dǎo)致信號(hào)系統(tǒng)在高速鐵路運(yùn)行過(guò)程中存在。影響正常駕駛安全的不安全因素有很多。

5 鐵路信號(hào)系統(tǒng)設(shè)備故障及原因

5.1 電源出現(xiàn)故障的主要原因

如果出現(xiàn)電源故障，沒(méi)有后備電源，干電池的連接線斷開(kāi)，電池的出線未連接等情況，將導(dǎo)致信號(hào)裝置的電源輸出端無(wú)電壓。如果干電池中的端子不牢固，常見(jiàn)的供電串、電池漏電、內(nèi)阻增大、交流電壓降低、碳棒接觸不良等，信號(hào)設(shè)備的供電就會(huì)不足。如果端子處于半接觸狀態(tài)，則設(shè)備電源端子電壓不穩(wěn)定。

5.2 接觸出現(xiàn)故障的主要原因

接觸失效的主要原因是端子松動(dòng)、接觸處氧化或接觸不良。當(dāng)觸點(diǎn)腐蝕時(shí)，焊絲松動(dòng)或虛焊使端子松動(dòng)。當(dāng)繼電器、手柄、按鈕與觸點(diǎn)之間的距離比較大，且壓力比較小時(shí)，觸點(diǎn)可能較差。

5.3 鐵路信號(hào)微機(jī)聯(lián)鎖失敗的主要原因

通常狀況下，鐵路信號(hào)微機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)中都使用了大量的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。工作人員將收到系統(tǒng)發(fā)出的網(wǎng)絡(luò)斷開(kāi)提示，以便做出正確的決策，使系統(tǒng)正常運(yùn)行。故障類(lèi)型很多，通常包括上位機(jī)和下位機(jī)通信、信號(hào)、開(kāi)關(guān)和跟蹤電路等故障。

6 鐵路信號(hào)系統(tǒng)故障的處理方法

6.1 技術(shù)方面

當(dāng)鐵路信號(hào)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，首先要通過(guò)各種手段確定故障點(diǎn)是在控制室還是在電源屏蔽室或室外線路。一般故障排除步驟如下：

第一步：從室內(nèi)控制臺(tái)了解故障的出現(xiàn)，確定故障的位置。

第二步：從分線盤(pán)上進(jìn)行測(cè)量，區(qū)分室內(nèi)外故障。

第三步：對(duì)電纜箱和軌道箱進(jìn)行測(cè)量，區(qū)分電纜和設(shè)備故障。

逐步將故障壓縮到最小范圍，然后根據(jù)壓縮范圍仔細(xì)搜索，記住要盲目搜索，擴(kuò)大故障影響范圍。

（1）電源類(lèi)型故障維修策略。鐵路信號(hào)系統(tǒng)供電類(lèi)型故障的修復(fù)可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)行：一是對(duì)供電接地和供電串功率進(jìn)行科學(xué)合理的測(cè)試。在檢查直流電源接地情況的過(guò)程中，可以采用一種假想的方法。將正電極與萬(wàn)用表連接，負(fù)電極與地面連接。正常情況下，兩電平對(duì)地的電壓小于或等于1：3。如果該值大于該標(biāo)準(zhǔn)值，則需要及時(shí)進(jìn)行檢測(cè)工作，對(duì)故障問(wèn)題進(jìn)行檢查。其次，您需要盡快找到電源故障點(diǎn)。為了澄清故障點(diǎn)，可以采用分級(jí)部分保險(xiǎn)方法斷開(kāi)電源屏幕保護(hù)程序的輸出線。組合框架保險(xiǎn)可先斷開(kāi)，再逐個(gè)關(guān)閉。

（2）接觸類(lèi)型故障維修策略。對(duì)于鐵路信號(hào)系統(tǒng)接觸故障的維修，可以采用以下方法：首先，頻率對(duì)有耗線路和理想線路的信號(hào)傳輸有相同的影響。如果只有接觸電阻，信號(hào)的傳輸不會(huì)受到電觸點(diǎn)故障頻率的影響。如果只有接觸電容，輸出信號(hào)的頻率就會(huì)受到頻率的影響。隨著頻率的不斷增加，頻率逐漸降低。如果同時(shí)存在接觸電阻和接觸電容，隨著頻率的不斷增加，輸出信號(hào)的幅值會(huì)逐漸減小。如果在接觸阻抗中只存在接觸電容，那么輸出信號(hào)的幅值將在一定程度上受到頻率的影響。如果在接觸阻抗中只有接觸電阻，那么輸出信號(hào)將不受頻率的影響。其次，如果存在阻抗失配問(wèn)題，輸出信號(hào)的幅值會(huì)隨著頻率的變化而波動(dòng)，波動(dòng)的程度直接與其復(fù)雜性有關(guān)。

（3）鐵路信號(hào)微機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)故障故障維修策略。第一，網(wǎng)絡(luò)中斷故障排除。首先檢查網(wǎng)絡(luò)電纜連接，觀察指示燈是否正常閃爍。如果網(wǎng)絡(luò)連接沒(méi)有問(wèn)題，就有必要檢查計(jì)算機(jī)內(nèi)部程序的運(yùn)行情況。一旦發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，就可以從內(nèi)部程序問(wèn)題開(kāi)始。如果沒(méi)有問(wèn)題，如果你想檢查電腦的網(wǎng)卡，你可以換一張新的。如果網(wǎng)絡(luò)正常，說(shuō)明網(wǎng)卡有問(wèn)題。第二，上位機(jī)和下位機(jī)的通信故障處理。首先檢查上位機(jī)和下位機(jī)的通訊接口是否緊固，電纜是否斷開(kāi)。如果一切正常，繼續(xù)檢查長(zhǎng)線驅(qū)動(dòng)程序，看看它是否正常工作。如果線路在運(yùn)行過(guò)程中還處于正常的狀況下，還要嚴(yán)格的檢查模板的狀況，看是否運(yùn)行良好。第三，處理信號(hào)故障。當(dāng)檢測(cè)到微機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的信號(hào)故障時(shí)，工作人員必須從分離盤(pán)啟動(dòng)，并向進(jìn)給繼電器發(fā)出指令，說(shuō)明啟動(dòng)控制電路正常。大多數(shù)信號(hào)量動(dòng)作都禁止光。如果照明正常，說(shuō)明有故障，工作人員應(yīng)重點(diǎn)檢測(cè)微機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)中的室內(nèi)接觸線。

6.2 加強(qiáng)平臺(tái)建設(shè)

雖然近幾年，我過(guò)高速鐵路建設(shè)非常快，但是由于我國(guó)高速鐵路建設(shè)起步比較晚，在很多技術(shù)上還存在較多的缺陷，在此過(guò)程中，我們可以有效的借鑒國(guó)外在高鐵建設(shè)方面的技術(shù)，從而使得我國(guó)高速鐵路建設(shè)能夠更快的發(fā)展，建設(shè)一個(gè)更加高效地鐵路信號(hào)系統(tǒng)，保證我國(guó)高速鐵路系統(tǒng)能夠穩(wěn)定安全的運(yùn)行。

6.3 完善高鐵信號(hào)

對(duì)高鐵信號(hào)系統(tǒng)進(jìn)行不斷地完善，有效地建立一個(gè)高效地穩(wěn)定地鐵路信號(hào)系統(tǒng)，就現(xiàn)階段來(lái)看，我國(guó)鐵路信號(hào)系統(tǒng)方面還還沒(méi)有比較完整地規(guī)范以及標(biāo)準(zhǔn)，因此，在對(duì)鐵路信號(hào)進(jìn)行管理維護(hù)地過(guò)程中，應(yīng)該根據(jù)實(shí)際狀況，有效地制定相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)合規(guī)范，以更好的保證高速鐵路系統(tǒng)能夠穩(wěn)定安全的運(yùn)行。

6.4 做好故障預(yù)測(cè)與管理技術(shù)

故障預(yù)測(cè)是預(yù)測(cè)系統(tǒng)信號(hào)與系統(tǒng)的現(xiàn)狀相結(jié)合，歷史操作條件和性能參數(shù)，包括：試圖澄清設(shè)備或系統(tǒng)的剩余的工作時(shí)間和時(shí)間可以正常工作，結(jié)合各種類(lèi)型的診斷和預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)可用的資源和實(shí)際需求開(kāi)展工作。PHM是故障預(yù)測(cè)與管理系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱(chēng)。該系統(tǒng)具有以下功能：故障檢測(cè)、故障隔離、故障診斷、故障預(yù)測(cè)、管理和跟蹤。基于高鐵信號(hào)系統(tǒng)的高復(fù)雜性，可以將其劃分為不同的橫桿和不同的層進(jìn)行管理工作，這是基于更全面的信號(hào)診斷和預(yù)測(cè)。PHM實(shí)現(xiàn)了信號(hào)濃度與監(jiān)控技術(shù)等系統(tǒng)特性的有機(jī)結(jié)合。通過(guò)合理的使用不同的參數(shù)，可以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行合理的控制和優(yōu)化，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行有效的管理，使系統(tǒng)處于合理的工作狀態(tài)。該技術(shù)對(duì)于維護(hù)我國(guó)高速鐵路信號(hào)的正常運(yùn)行具有積極意義。

總的來(lái)講，我國(guó)高速鐵路建設(shè)規(guī)模一直在不斷的擴(kuò)大，雖然在部分技術(shù)中還存在一定的缺陷，但是就現(xiàn)階段來(lái)看，我國(guó)高速鐵路建設(shè)已經(jīng)得到了很好的發(fā)展，也有一些技術(shù)已經(jīng)在世界眾名列前茅，而對(duì)于鐵路信號(hào)系統(tǒng)來(lái)講，此系統(tǒng)是一個(gè)比較龐大的機(jī)體，其在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)受到很多因素的影響，所以在發(fā)展過(guò)程中，必須根據(jù)實(shí)際狀況，選擇最適合的組和方案，在這樣的狀況下才能夠使得高速鐵路建設(shè)有跨越式的發(fā)展。