龍 鵬

（國(guó)能朔黃鐵路發(fā)展有限公司原平分公司，山西 原平 034114）

0 引言

朔黃線原平管內(nèi)區(qū)間UM71自動(dòng)閉塞自2004年7月正式開(kāi)通運(yùn)行。經(jīng)歷17年的運(yùn)行，因設(shè)備器材臨近生命周期，接收器故障造成軌道電路紅光帶、信號(hào)機(jī)紅燈、機(jī)車信號(hào)掉碼、兩萬(wàn)噸列車非正常停車的問(wèn)題日趨突出，嚴(yán)重?cái)_亂了運(yùn)輸秩序，如何快速判斷和查出接收器故障并制定有效的防范措施，對(duì)保障重載列車安全運(yùn)行具有重要意義[1]。

1 UM71軌道電路

軌道電路是鐵路信號(hào)重要的基礎(chǔ)設(shè)施之一，它可以實(shí)現(xiàn)軌道區(qū)段列車占用檢查、鋼軌線路完整性檢查，是列車運(yùn)行控制系統(tǒng)信息傳輸?shù)耐ǖ溃鼘?duì)保障列車運(yùn)行安全，提高運(yùn)輸效率起著至關(guān)重要的作用。

UM71能完成雙線雙方向四顯示自動(dòng)閉塞的要求。為了確保安全，UM71自動(dòng)閉塞設(shè)備，TVM300機(jī)車信號(hào)及超速防護(hù)設(shè)備組成一種多信息的區(qū)間列車間隔自動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)。

UM71自動(dòng)閉塞軌道電路，將鋼軌作為傳輸通道，自動(dòng)檢查閉塞分區(qū)被列車占用的情況，根據(jù)閉塞分區(qū)被占用的情況，通過(guò)信號(hào)機(jī)的燈光顯示自動(dòng)變換，用燈光顯示指揮列車運(yùn)行。通過(guò)鋼軌向機(jī)車傳輸信息，控制機(jī)車信號(hào)的燈光顯示，以指揮列車運(yùn)行。用電氣絕緣節(jié)替代機(jī)械絕緣節(jié)，并在軌道電路中轉(zhuǎn)輸移頻調(diào)制信號(hào)，消除各種干擾影響，并可連續(xù)向機(jī)車發(fā)送信息，在軌道電路中傳輸?shù)牡皖l信息共18個(gè)，從10.3Hz～29Hz,以1.1Hz間隔離遞增。分別代表不同的速度控制信息。載頻為1700Hz、2300Hz(下行線路）、2000Hz、2600Hz(上行線路)。

UM71軌道電路室內(nèi)設(shè)備由發(fā)送器FSQ、接收器JSQ、軌道繼電器GJ及編碼電路組成；室內(nèi)外設(shè)備經(jīng)電纜連接組成無(wú)絕緣軌道電路；室外設(shè)備由調(diào)諧單元BA，空芯線圈SVA，匹配單元TAD，補(bǔ)償電容C等設(shè)備組成[2]。

2 接收器作用及原理

2.1 接收器作用

接收器作為UM71軌道電路的接收單元，安裝在信號(hào)機(jī)械室U架上，用于檢查相關(guān)區(qū)段列車的占用、區(qū)分載頻信號(hào)、檢查低頻信號(hào)、調(diào)整軌道電路。朔黃線UM71接收器沒(méi)有冗余設(shè)計(jì)，微機(jī)監(jiān)測(cè)對(duì)接收器的輸入電壓進(jìn)行曲線監(jiān)測(cè)，采樣點(diǎn)位于匹配變壓器和限入連接端之間。

2.2 接收器工作原理

接收器采用無(wú)選頻電路，當(dāng)接收到10.3Hz～29Hz調(diào)制的1700Hz、2000Hz、2300Hz、2600Hz移頻信號(hào)時(shí)，軌道繼電器吸起。為防止輕車跳動(dòng)時(shí)軌道電路出現(xiàn)“假空閑”，接收器設(shè)備接收移頻信號(hào)后延時(shí)2.1s，才使軌道繼電器吸起。在圖1中從軌道電路接收端傳輸?shù)囊祁l信號(hào)，經(jīng)匹配單元、電纜等送入接收器。匹配變壓器完成軌道電路調(diào)整的作用，再經(jīng)限幅、濾波、鑒幅、鑒頻、低頻信號(hào)檢查、執(zhí)行開(kāi)關(guān)等環(huán)節(jié)，最后動(dòng)作軌道繼電器。

圖1 接收器原理圖

匹配變壓器（TR1）如圖2所示，集中區(qū)段由V1V2輸入，輸入阻抗為35Ω～55Ω。由R3～R10可以組成73種接收等級(jí)（73匝）。軌道電路的調(diào)整應(yīng)根據(jù)不同頻率、軌道長(zhǎng)度及軌道類型等條件。再根據(jù)接收等級(jí)查找接收盒調(diào)整表，連接R1、R2 與 R3～R10 ，輸出不同等級(jí)的接收電平。

圖2 匹配變壓器原理圖

在高頻振蕩電路中，接入了延緩電路，當(dāng)C-C2連接時(shí)，利用電容上電壓不能突變的原理，使高頻振蕩器晚起振2.1s，以防止小車進(jìn)入軌道后跳動(dòng)，造成軌道繼電器誤動(dòng)。

3 接收器運(yùn)行狀況

據(jù)統(tǒng)計(jì)，管內(nèi)2017—2020年UM71接收器故障共39件，占故障總數(shù)的69.6%。呈多發(fā)趨勢(shì)，統(tǒng)計(jì)表見(jiàn)表1。

表1 2017 —2020 年接收器故障統(tǒng)計(jì)表

梳理4年來(lái)接收器問(wèn)題，主要包括閃紅、電壓下降、紅光帶三種現(xiàn)象，主要原因?yàn)樵O(shè)備器材老化。咨詢廠家生產(chǎn)線上已經(jīng)停止生產(chǎn)UM71的相關(guān)器材，管內(nèi)使用的接收器大多生產(chǎn)日期為2004年4月，上線運(yùn)行將近17年，廠家一是不愿意檢修，二是沒(méi)有檢修的意義。采取措施：一是組織各站進(jìn)行了接收器狀態(tài)摸底，具體方法為各站各頻率的接收器，任意選取其中一臺(tái)當(dāng)作試驗(yàn)基準(zhǔn)，逐一更換試驗(yàn)在線的接收器并記錄試驗(yàn)接收器的限入電壓差值，限入電壓差值正數(shù)越大，說(shuō)明原接收器性能越好，反之差值負(fù)數(shù)越大，性能越差。通過(guò)摸底調(diào)查，管內(nèi)性能最好與最差的接收器限入電壓最大差值為75mV，差值平均數(shù)為35mV，差值超過(guò)35mV的接收器有55個(gè)，已經(jīng)重點(diǎn)對(duì)這些區(qū)段進(jìn)行重點(diǎn)盯控和觀察，力求找到故障規(guī)律；二是總結(jié)幾年來(lái)的接收器故障傾向，組織技術(shù)力量專題攻關(guān)，編制了《UM71自動(dòng)閉塞接收器故障處理指導(dǎo)建議》；三是利用專家診斷語(yǔ)音報(bào)警功能進(jìn)行24小時(shí)不間斷監(jiān)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并快速處理曲線異常問(wèn)題[3]。

4 典型案例分析

接收器設(shè)備故障主要有軌道電路穩(wěn)定紅光帶、瞬間或短時(shí)紅光帶后故障自動(dòng)恢復(fù)、電壓異常波動(dòng)未出現(xiàn)紅光帶等三種現(xiàn)象。其中第二類瞬間或短時(shí)紅光帶后故障自動(dòng)恢復(fù)故障大多持續(xù)時(shí)間僅幾秒至幾十秒，由于微機(jī)監(jiān)測(cè)采集點(diǎn)以及響應(yīng)時(shí)間問(wèn)題，微機(jī)監(jiān)測(cè)曲線數(shù)據(jù)不能準(zhǔn)確反映出故障實(shí)際現(xiàn)象，因此在故障處理時(shí)給電務(wù)人員帶來(lái)了極大的困難，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)幾起案例分析如下。

案例1：2017年4月2日1時(shí)35分，某站B5G紅光帶，經(jīng)電務(wù)人員檢查發(fā)現(xiàn)B5G1和B5G2兩個(gè)區(qū)段均紅光帶，由于大軌切小軌原理，因此判斷為B5G2區(qū)段故障，立即測(cè)試發(fā)送器功出電壓49V（正常），限入電壓80mV（正常為519mV），再測(cè)試分線盤電壓16.9V（正常），判斷故障在室內(nèi)側(cè)，類似故障多為容性元件故障較多，若分線盤也存在低壓波動(dòng)則多為室外補(bǔ)償電容故障，而該故障分線盤電壓正常，則多數(shù)為接收器容性元件故障所致。

案例2：2018年9月13日11時(shí)57分，某站B4G發(fā)生紅光帶故障，經(jīng)電務(wù)測(cè)試B4G1限入0mV，B4G2限入482mV（正常），查看發(fā)送器功出曲線，B4G1功出0V（正常為63.5V），B4G2功出64.1V（正常），通過(guò)查看微機(jī)監(jiān)測(cè)B4G1沒(méi)有功出和限入電壓，B4G2功出和限入正常且B4G1發(fā)送器沒(méi)有倒N+1，判斷為B4G2接收器故障。電路分析如下：結(jié)合圖3的發(fā)送器N+1冗余功能原理圖分析，造成發(fā)送器沒(méi)有功出且沒(méi)有切換至N+1的原因?yàn)镚2J落下導(dǎo)致+1FBJ保持吸起狀態(tài)且不能落下，同時(shí)由于G2J落下切斷了原發(fā)送器和N+1發(fā)送器編碼電路，造成G1無(wú)功出的現(xiàn)象，與曲線顯示相符。

圖3 發(fā)送器N+1冗余系統(tǒng)原理圖

案例3：2018年9月13日11時(shí)57分，某站A4G閃紅光帶故障，經(jīng)電務(wù)測(cè)試A4G1限入電壓60mV波動(dòng)，A4G2限入482mV（正常），經(jīng)分析判斷為接收器特性不良，更換后接收限入曲線未再發(fā)生波動(dòng)現(xiàn)象，設(shè)備運(yùn)行正常。綜合分析：針對(duì)區(qū)段閃紅或不紅，但限入電壓數(shù)據(jù)有小幅波動(dòng)；查看微機(jī)監(jiān)測(cè)曲線，該區(qū)段的功出和低頻信息正常，但限入電壓有20mV～100mV波動(dòng)，根據(jù)多年區(qū)間軌道電路維護(hù)經(jīng)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)隨著接收器設(shè)備老化的加劇，因接收器特性不良而造成限入電壓異常問(wèn)題尤為突出，該問(wèn)題包括短暫波動(dòng)后自動(dòng)恢復(fù)正常和持續(xù)波動(dòng)。該問(wèn)題通過(guò)微機(jī)監(jiān)測(cè)每日曲線分析均能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)，基于當(dāng)前處于接收器故障多發(fā)，建議先更換接收器觀察區(qū)段限入電壓是否恢復(fù)正常，再做進(jìn)一步判斷和處理。

案例4：2019年4月25日，某站D2G軌閃紅光帶，經(jīng)電務(wù)人員查看D2G1、D2G2區(qū)段限入電壓均正常，研判為D2G1接收器材質(zhì)不良，更換后未再出現(xiàn)類似故障。綜合分析：區(qū)段瞬間閃紅，但查看微機(jī)監(jiān)測(cè)曲線，G1、G2軌道區(qū)段的功出、限入、低頻信息等數(shù)據(jù)均正常，根據(jù)大軌切小軌的原理，如果大軌區(qū)段閃紅會(huì)造成小軌區(qū)段無(wú)功出，因此判斷為小軌區(qū)段存在問(wèn)題。根據(jù)微機(jī)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集點(diǎn)分析接收器R1R2位置電壓正常，則判斷為G1的接收器存在問(wèn)題；上述分析僅為理論判斷，出現(xiàn)該現(xiàn)象的原因是故障時(shí)間過(guò)短，此時(shí)的監(jiān)測(cè)曲線數(shù)據(jù)不能準(zhǔn)確反映出軌道電路的工作狀態(tài)，因此故障點(diǎn)既可能是G1、也可能是G2，處理時(shí)建議將G1和G2區(qū)段的接收器全部更換。

5 設(shè)備繼續(xù)運(yùn)行建議

設(shè)備繼續(xù)運(yùn)行的建議有如下幾點(diǎn)：1）加強(qiáng)對(duì)送電端、受電端分線盤數(shù)據(jù)的采集和監(jiān)測(cè)，便于進(jìn)一步分析軌道電路故障點(diǎn)在送端還是受端，同時(shí)便于專家診斷系統(tǒng)對(duì)故障判斷和分析，及時(shí)并準(zhǔn)確地給出故障原因及處理意見(jiàn)，壓縮故障延時(shí)。2）對(duì)接收器老化，超生命周期使用，建議在接收器的輸入端，即匹配變壓器的輸入端以及整流輸出給繼電器的電源端均增加監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，便于故障的分析指導(dǎo)。3）接收器故障時(shí)沒(méi)有報(bào)警提示， 且沒(méi)有冗余設(shè)計(jì)。設(shè)備故障后沒(méi)有相應(yīng)的報(bào)警功能，導(dǎo)致電務(wù)維修人員不能在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障，只能等司機(jī)發(fā)現(xiàn)前方信號(hào)機(jī)紅燈后報(bào)告車站，再由車站通知電務(wù)人員，造成故障延時(shí)較長(zhǎng)。目前正在開(kāi)發(fā)故障識(shí)別檢測(cè)軟件，并將問(wèn)題通知系統(tǒng)即可解決此問(wèn)題。

6 預(yù)防措施探析

接收器自2004年上道使用以來(lái)未曾下道檢修或檢測(cè)，因其內(nèi)部均為電子元件，其在線運(yùn)行正常的情況下，下道檢測(cè)也沒(méi)有實(shí)際意義，為此接收器設(shè)備一直采用故障檢修的方式進(jìn)行管理；目前對(duì)設(shè)備老化過(guò)程的維護(hù)管理，主要思路如下。1）完善監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析，提升設(shè)備運(yùn)用質(zhì)量。隨著電務(wù)微機(jī)監(jiān)測(cè)設(shè)備的開(kāi)通使用，開(kāi)啟了電務(wù)設(shè)備運(yùn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)模式，電務(wù)專業(yè)優(yōu)化監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，合理設(shè)置單項(xiàng)設(shè)備預(yù)警上下限值，增加參考曲線，規(guī)范了Ⅰ級(jí)Ⅱ級(jí)和Ⅲ級(jí)預(yù)警報(bào)警范圍，制定日常微機(jī)監(jiān)測(cè)曲線查看周期，提高了微機(jī)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析和管控水平，真正實(shí)現(xiàn)管內(nèi)電務(wù)設(shè)備“動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、靜態(tài)監(jiān)控、重點(diǎn)檢修”的管控目標(biāo)，為設(shè)備的維修養(yǎng)護(hù)、隱患排查提供了有效的數(shù)據(jù)支持，提升設(shè)備運(yùn)行質(zhì)量。2）采用專家診斷系統(tǒng)，完善數(shù)據(jù)分析和預(yù)警功能。2014年完成專家診斷系統(tǒng)功能的深度開(kāi)發(fā)和優(yōu)化，開(kāi)發(fā)了18項(xiàng)監(jiān)測(cè)分析功能，完善自動(dòng)分析和預(yù)警；新增10類200項(xiàng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，掌握更多設(shè)備的運(yùn)用狀態(tài)，為研究信號(hào)設(shè)備維修規(guī)律提供了數(shù)據(jù)依據(jù)。對(duì)發(fā)送器有車占用和故障狀態(tài)進(jìn)行邏輯判斷，有車占用不報(bào)警，發(fā)送器功出電壓異常下降時(shí)準(zhǔn)確發(fā)出預(yù)警。開(kāi)發(fā)了對(duì)設(shè)備使用頻次進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)功能。經(jīng)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的使用頻次差距較大，設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)與設(shè)備的使用頻次及過(guò)車數(shù)量成比例關(guān)系，統(tǒng)計(jì)設(shè)備的使用頻次和過(guò)車數(shù)量，按照比例推算，可確定設(shè)備規(guī)律修的周期，徹底杜絕設(shè)備的過(guò)剩修、重復(fù)修和維修不及時(shí)。專家診斷系統(tǒng)各項(xiàng)功能的開(kāi)發(fā)，將大大減少人工的使用。3）細(xì)化《UM71故障處理指導(dǎo)建議》?？偨Y(jié)UM71設(shè)備運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合UM71設(shè)備工作原理、電氣參數(shù)、天氣影響、道床變化和施工干擾等因素，細(xì)化《UM71故障處理指導(dǎo)建議》，對(duì)故障原因進(jìn)行剖析和歸類，并結(jié)合不同地域和環(huán)境軌道電路制定了多項(xiàng)防范措施，通過(guò)幾年的實(shí)施，有效減少UM71設(shè)備故障對(duì)運(yùn)輸?shù)母蓴_。 4）制定《UM71軌道電路雨雪天氣調(diào)整管理辦法》。隨著線路逐年老化，統(tǒng)計(jì)UM71軌道區(qū)段漏泄較多，共計(jì)55個(gè)漏泄區(qū)段，大于900米的10個(gè)區(qū)段，小于900米的45個(gè)區(qū)段，在霧霾或雨雪等惡劣天氣時(shí)，必須配置相應(yīng)的電務(wù)人員進(jìn)行盯控，并進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，并嚴(yán)格執(zhí)行UM71軌道電路雨雪天氣的盯控制度，按照《UM71軌道電路雨雪天氣調(diào)整管理辦法》進(jìn)行調(diào)整。

7 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，朔黃線UM71自動(dòng)閉塞設(shè)備已經(jīng)上線運(yùn)行17年，目前正值超生命周期運(yùn)行，為了能夠滿足山區(qū)鐵路安全可靠、穩(wěn)定有序運(yùn)行的要求，需要繼續(xù)對(duì)接收器進(jìn)行嚴(yán)加監(jiān)測(cè)、防范和管理，從而繼續(xù)保持區(qū)間UM71閉塞設(shè)備的平穩(wěn)運(yùn)行[4]。隨著區(qū)間自動(dòng)閉塞設(shè)備大修施工的推進(jìn)，工作人員需要精心管理、科學(xué)研判、不遺余力確保區(qū)間自動(dòng)閉塞設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，任重而道遠(yuǎn)。