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        京通鐵路電氣化改造站間安全信息傳輸系統(tǒng)應(yīng)用及故障辨識處理

        2022-06-23 07:29:50曹俊英
        鐵路技術(shù)創(chuàng)新 2022年2期
        關(guān)鍵詞:站間繼電器傳輸

        曹俊英

        (中國鐵路北京局集團有限公司 北京工程項目管理部,北京 100038)

        1 概述

        京通鐵路中國鐵路北京局集團有限公司管段32個車站站改項目中,由于采用了CXG-js型站間安全信息傳輸系統(tǒng),使該工程在時間緊、任務(wù)重的情況下保質(zhì)保量完成了站間信號傳輸?shù)拈_通任務(wù)。該系統(tǒng)是以計算機技術(shù)和光通信技術(shù)為基礎(chǔ),利用光纖或光通道取代傳統(tǒng)的電纜或架空明線等作為站間信息的傳輸媒介,同時采用安全信息傳輸保障技術(shù)構(gòu)成鐵路站間安全信息傳輸?shù)膶S迷O(shè)備。站間安全信息傳輸系統(tǒng)可適用于設(shè)計速度160 km/h及以下鐵路半自動閉塞區(qū)段、自動站間閉塞區(qū)段站間聯(lián)系和場間聯(lián)系的應(yīng)用。

        站間安全信息傳輸系統(tǒng)提高了站間信息傳輸?shù)目煽啃院托畔⑷萘?,?jié)約了電纜鋪設(shè)成本,簡化了設(shè)備維護檢修工作,在我國應(yīng)用廣泛。文獻[1]研究了CXG-hk型站間安全信息傳輸設(shè)備的系統(tǒng)功能、基本原理、系統(tǒng)構(gòu)成、軟件設(shè)計和故障處理。文獻[2]對CXG-KA型站間安全信息傳輸設(shè)備與64D繼電半自動閉塞設(shè)備、計軸自動站間閉塞設(shè)備和自動閉塞區(qū)間改變運行方向電路的結(jié)合電路設(shè)計進行了介紹。文獻[3]研究安全散列算法,保證站間信息的安全傳輸方案,為進一步提高計算機控制系統(tǒng)功能完善站間信息的傳輸方式及傳輸容量。文獻[4]闡述了安全信息傳輸系統(tǒng)的系統(tǒng)組成及功能,并結(jié)合工程實際從技術(shù)、經(jīng)濟、安全、應(yīng)用等方面進行分析研究和探討。文獻[5]簡要介紹AZS(M)350U站間安全信息傳輸系統(tǒng)的組成及特點,針對目前該系統(tǒng)在膠濟客運專線上應(yīng)用中的問題,提出了雙套熱備改造方案,并進行了模擬試驗。文獻[6]介紹了鐵路項目中信號站間安全信息傳輸系統(tǒng)的設(shè)計方案,闡述了安全傳輸系統(tǒng)的軟硬件功能,并結(jié)合工程實際從技術(shù)、經(jīng)濟、安全、應(yīng)用等方面進行了分析研究和探討。文獻[7]介紹了內(nèi)六線站間安全信息傳輸設(shè)備的運用情況、設(shè)備原理、日常維護檢查、異常報警等。文獻[8]結(jié)合日常的故障處理經(jīng)驗,對WBS-C安全信息傳輸系統(tǒng)常見故障進行分析,提出對應(yīng)的處理方法,為現(xiàn)場技術(shù)人員對系統(tǒng)的維護提供了很好的借鑒。文獻[9]介紹了AZS(M)350U型安全信息傳輸系統(tǒng)構(gòu)成,通過案例介紹了其故障處理方法。

        目前,針對站間安全信息傳輸系統(tǒng)故障處理的研究較少,系統(tǒng)故障研究不夠全面和深入。隨著站間安全信息傳輸系統(tǒng)在我國的大量應(yīng)用,目前的研究已不能滿足對站間安全信息傳輸系統(tǒng)的潛在故障進行系統(tǒng)性和全面性辨識的需求。對站間安全信息傳輸系統(tǒng)的故障辨識及處理進行全面的分析,提出故障模式引導(dǎo)詞集和故障對象引導(dǎo)詞集的概念,通過組合的方式提出站間安全信息傳輸系統(tǒng)的故障分析方法。

        2 站間安全信息傳輸系統(tǒng)功能

        站間安全信息傳輸系統(tǒng)通常采用二乘二取二安全計算機平臺[8],具有較高的安全性和可靠性;站間通信通道冗余,可靠性高;設(shè)備具有自診斷功能,可維護性高;與室外無電氣連接,具有良好的防雷和電磁兼容特性。站間安全信息傳輸系統(tǒng)主要包括以下功能:(1)站間安全信息傳輸;(2)繼電器狀態(tài)的安全采集;(3)繼電器狀態(tài)的安全驅(qū)動。

        在此以CXG-js型站間安全信息傳輸系統(tǒng)(簡稱CXG)為例,分析站間安全信息傳輸系統(tǒng)的故障辨識及處理流程。

        3 CXG工作原理

        CXG雙系獨立采集繼電器的前(后)接點,并將采集到的繼電器狀態(tài)通過站間安全通信發(fā)送給鄰站,鄰站CXG控制相應(yīng)繼電器輸出。在半自動閉塞區(qū)間可以用于傳輸64D電路的ZDJ和FDJ繼電器動作信息,也可用于場聯(lián)之間信息的透明傳輸。CXG也可適用于其他車站之間的繼電器信息的透明傳輸。

        CXG啟動由傳輸初始化、設(shè)備自檢、與鄰站CXG建立通信3個過程組成,并有相應(yīng)的信息顯示,具體動作如下:

        (1)CXG初始化:上電、復(fù)位后,將安全相關(guān)變量初始化為安全側(cè);

        (2)CXG自檢:檢查各模塊單元工作是否正常,檢測到故障時,應(yīng)保持輸出繼電器為落下狀態(tài),并發(fā)出故障報警信息;

        (3)與鄰站CXG建立通信:當(dāng)與相鄰站通信建立失敗時,本站應(yīng)發(fā)出報警信息,同時按站間通信故障處理;當(dāng)與鄰站通信建立成功,無報警信息且工作狀態(tài)信息表示正常,CXG進入正常工作模式。

        CXG進入正常工作模式,源站CXG采集本地站間條件信息后,通過傳輸通道將站間信息傳送給目的站的CXG;目的站CXG根據(jù)接收到的站間信息,輸出站間條件信息。

        CXG具有完善的故障診斷和報警功能,系統(tǒng)與集中監(jiān)測接口,將自身的工作狀態(tài)和報警信息發(fā)送給集中監(jiān)測系統(tǒng)。

        CXG組成結(jié)構(gòu)見圖1。

        圖1 CXG組成結(jié)構(gòu)

        CXG采用二乘二取二安全計算機平臺,安全計算機平臺進行安全邏輯運算和站間安全信息協(xié)議的打包和解包。雙系分別采集同一繼電器的不同接點,分別驅(qū)動同一繼電器的不同線圈。系統(tǒng)通過通信板、交換機實現(xiàn)與鄰站的站間通信。系統(tǒng)設(shè)置獨立的維護板,對系統(tǒng)的運行狀態(tài)進行檢測診斷,發(fā)生異常進行報警。系統(tǒng)采用維護板通過串口RS422與集中監(jiān)測進行接口。CXG設(shè)備采用雙路220 V AC輸入,經(jīng)過防雷、濾波和UPS后,為DC 24 V電源模塊供電。DC 24 V電源模塊包括2個邏輯電源和2個接口電源,邏輯電源獨立為兩系供電,接口電源2個模塊之間相互冗余,邏輯電源2個模塊分別為Ⅰ系和Ⅱ系供電。CXG內(nèi)部結(jié)構(gòu)見圖2。

        圖2 CXG內(nèi)部結(jié)構(gòu)

        4 CXG故障分析

        根據(jù)CXG的特點,提出CXG故障分析方法。首先引入CXG故障模式引導(dǎo)詞集和故障對象引導(dǎo)詞集;然后采用全組合的方式對故障模式引導(dǎo)詞集和故障對象引導(dǎo)詞集進行組合,生成CXG的故障集。

        4.1 CXG故障分析方法

        根據(jù)CXG的組成結(jié)構(gòu),分析系統(tǒng)潛在的故障模式,形成CXG典型故障模式引導(dǎo)詞集[10],記為G;分析系統(tǒng)可能發(fā)生故障的對象,形成故障對象引導(dǎo)詞集,記為O。

        首先,采用全組合的方式,對故障模式引導(dǎo)詞集和故障對象引導(dǎo)詞集進行組合生成CXG的故障集,記為F,即:F=G×O;

        然后,根據(jù)CXG的業(yè)務(wù)等知識,刪除F中不可能或不合理的故障,形成CXG最終的故障集;

        最后,針對每類故障,分析故障現(xiàn)象、判斷方法、故障處理方法和故障對行車的影響,分析每類故障的故障處理流程(見圖3)。

        圖3 CXG故障分析方法

        4.2 CXG故障辨識

        根據(jù)CXG的組成結(jié)構(gòu),CXG典型故障模式引導(dǎo)詞集和故障對象引導(dǎo)詞集分別為:

        G={故障,異常,斷電,斷開,斷線};

        O={驅(qū)動板,采集板,看門狗板,電源板,主控板,機柜,AC/DC電源,機柜空開,機柜UPS,以太網(wǎng)通信板,交換機,光纖通道,繼電器,維護板,與集中監(jiān)測的連接線}。

        在故障模式引導(dǎo)詞集和故障對象引導(dǎo)詞集的全組合中,根據(jù)CXG使用經(jīng)驗刪除不合理的故障,CXG故障集F最終包括27條故障(見表1)。

        表1 CXG典型故障

        4.3 CXG故障分析

        針對表1中的27條故障,結(jié)合CXG的功能,將故障類型劃分為11類,每類故障的具體內(nèi)容如下:

        單系故障={外部干擾導(dǎo)致硬件檢測導(dǎo)向安全側(cè),驅(qū)動板故障,采集板故障,看門狗板故障,電源板故障,主控板故障,本系電源異常};

        雙系故障={機柜斷電后,立即上電,AC/DC電源故障,按照單系故障分別處理每一系的故障};

        雙系掉電={機柜空開斷開,機柜UPS故障,機柜空開輸入端掉電,雙系空開斷開,AC/DC電源模塊故障};

        單系離線={看門狗板故障與鄰站通信通道故障,以太網(wǎng)通信板故障,交換機故障,該通信站所在咽喉方向的光纖通道或通信尾纖故障,鄰站設(shè)備以太網(wǎng)通信板故障或交換機故障或通信尾纖故障};

        Ⅰ系與Ⅱ系采集不一致={繼電器某一組接點故障,采集板故障,Ⅰ系或Ⅱ系采集斷線};

        繼電器驅(qū)動采集不一致={繼電器故障,無法吸起或落下,采集板故障,繼電器驅(qū)動配線異常,繼電器采集配線異常};

        繼電器采集錯誤={繼電器前后接點異常,采集板故障,采集配線異常};

        以太網(wǎng)通信板故障={以太網(wǎng)通信板故障};

        采集板故障={采集板異常};

        驅(qū)動板故障={驅(qū)動板異常};

        集中監(jiān)測與CXG連接異常={CXG維護板硬件故障,CXG與集中監(jiān)測的連接線異常}。

        根據(jù)CXG的維護要求,對每類故障從故障現(xiàn)象、判斷方法、故障處理方法和故障對行車的影響4個方面進行分析。以單系故障、Ⅰ系與Ⅱ系采集不一致和與鄰站通信通道故障3類故障為例,CXG故障分析分別見表2—表4。

        表2 單系故障分析

        表3 Ⅰ系與Ⅱ系采集不一致分析

        表4 與鄰站通信通道故障分析

        4.4 CXG故障處理流程

        針對每類故障,為提高CXG的可維護性,需分析CXG故障的處理流程。以單系故障為例進行分析:單系故障不影響行車,但運用于半自動閉塞線路時,兩站之間無法辦理區(qū)間閉塞操作;運用于場間聯(lián)系時,2個場之間無法辦理場間作業(yè)。進一步,如果另一系繼續(xù)發(fā)生故障會直接影響行車。單系故障需要立即處理,處理流程見圖4。

        圖4 單系故障處理措施

        5 結(jié)束語

        以CXG-js型站間安全信息傳輸系統(tǒng)為例,分析站間安全信息傳輸系統(tǒng)的工作原理,提出基于故障模式引導(dǎo)詞集和故障對象引導(dǎo)詞集的故障分析方法,對站間安全信息傳輸系統(tǒng)進行了詳細(xì)的故障分析,形成站間安全信息傳輸系統(tǒng)的故障集、故障分析和故障處理流程,為提高站間安全信息傳輸系統(tǒng)的可維護性提供技術(shù)支持。

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