ZPW－2000完整采集及故障分析模型探究

孫鐵強 胡恩華 張俊海 楊向波

ZPW－2000型無絕緣移頻軌道電路具有低頻信息多、傳輸距離長、可靠性高以及抗干擾性強等優勢，在我國鐵路系統中廣泛應用，成為保證鐵路運輸安全的關鍵設備之一。但是，當ZPW－2000型軌道電路設備發生故障時，電務維護人員很難快速、準確判斷故障的位置。一旦設備故障發生在室外的調諧單元或者匹配單元，電務維護人員只有攜帶工具和設備，到達設備故障區間才能確定具體的設備故障，且無法預先準備相應的備用設備，往往處理時間較長，對運輸效率影響較大。

目前，信號集中監測系統中針對移頻軌道電路缺少對室外軌旁設備的電氣特性監測，無論是信號集中監測采集、還是軌道電路子系統自身采集，都僅僅是針對室內信息進行，包括室內發送盒、發送電纜側、接收電纜側、軌入、軌出1和軌出2的采集，即所謂的 “五點采集”。而對于室外信息的監測，存在如高溫、日曬、風雪的影響，對采集電子器件本身要求較高；受室外地形條件多樣影響，設備安裝工藝要求較高；同時由于區間距機械室較遠，傳輸技術受到考驗。所以對于ZPW－2000室外監測一直沒有得到實際應用，更無法將室內和室外信息進行綜合利用，形成完整軌道電路故障智能分析。

針對以上問題，通過長期在現場進行實際的測試和改進，完成了對ZPW－2000A室外信息的采集和傳輸，并綜合室內采集的信息，運用智能分析算法，實現了ZPW－2000A故障智能分析。通過現場驗證，大大提高了對ZPW－2000的故障定位和處理的速度。

1 系統采集方案及內容

ZPW－2000室外監測采集模型如圖1所示。采集室外調諧匹配單元兩側的信息，并通過載波總線與室內通信分機通信，將信息送給信號集中監測站機。

該采集方案中室外新增4點信息采集：發送電纜側、發送軌面側，接收軌面側、接收電纜側。加上信號集中監測已有的室內5點采集，從而實現了對ZPW－2000軌道電路從室內發送盒到室內接收盒整個數據鏈完整的9點信息采集和監測。其采集電路圖如圖2所示；各點采集內容如表1所示。

圖1 ZPW－2000軌道電路室外監測系統模型圖

圖2 ZPW－2000軌道電路9點采集原理圖

通過對ZPW－2000軌道各點完整的采集，實現對各點實時的監測和報警分析。當故障出現時可以第一時間通過監測實時數據定位故障點，大大縮短故障定位時間。

2 采集安全防護措施

2.1 室內接收端電壓采集安全防護

ZPW－2000軌道電路接收端在正常情況下，接收器輸入阻抗為10kΩ左右，進而高輸入阻抗帶來抗干擾能力差的問題。當軌出1和軌出2分別并聯上采集模塊的采集線時，線中耦合的干擾會明顯影響接收器的正常工作。

為了抑制這種干擾，在移頻組合架接收器后的軌出1、軌出2端就近串接隔離模塊，如圖3所示。

就近安裝隔離模塊，可以有效降低采集線纜上產生的干擾信號；發送采集線纜與接收采集線纜可改變走線方式，分束走線；在必須同槽走線的情況下，做好發送與接收采集線纜分束綁把，且分開一定距離 （5cm）走線；采集線纜連接工藝上，要求發送盒接收采集線纜的屏蔽層分別單點接地。

2.2 室外惡劣環境下的電壓采集安全防護

在現場試驗的過程中發現，盡管在電壓采集板的前端加入了電壓隔離器，但是由于現場的風吹日曬以及高頻率劇烈震動的環境，電壓采集線極有可能會脫皮造成短路。因此，基于這樣的一個安全防護要求，本系統在原有電壓隔離的基礎上，提出在一對輸入線上分別串入等值防短電阻，即使采集線破皮短接，現場軌道亦不會短路而出現 “紅光帶”。

3 基于智能分析的故障分析模型

智能分析目前在信號集中監測系統中已得到推廣應用，在智能分析系統的基礎上，將室內采集和室外采集的信息進行匯總和綜合，采用基于二叉樹的表述方式，形成一套完整分析模型，包括：室內發送盒側、室內發送電纜側、室外發送電纜側、室外發送端軌面側、室外接收端軌面側、室外接收電纜側、室內接收電纜側、室內接收端設備側、室內衰耗盒端，從而實現對ZPW－2000軌道電纜各故障點的完整分析。同時，對于室外鋼包銅線電流不平衡進行預警分析，建立預警分析模型。

圖3 移頻接收端安全采集示意圖

3.1 故障分析模型

如圖4所示的二叉樹表述模型，以區段故障紅光帶為例。當區段紅光帶故障時，發現其紅光帶并開始分析。系統從站場圖中根據設備關聯關系，搜索該區段的前后區段 （區段的前后方向根據閉塞分區方向燈獲取）。

表1 ZPW－2000完整采集內容

當前后區段都無紅光帶時，初步定位是發送通道和軌面故障；當區段小軌入正常，主軌入趨于0，前方區段小軌入正常，定位為軌面故障；本區段的主軌入趨于0，前方區段的小軌入趨于0，前方區段主軌入正常，定位為本區段發送通道故障。當后方區段也亮紅光帶時，定位為接收通道故障；同理，對具體的故障點還需進一步推理。

通過對各點信息分析，可以準確定位故障點。

1.發送通道故障包括：發送通道移頻架發送器功出端子到模擬網絡設備側開路故障；發送通道模擬網絡盤到電纜輸出端子側故障；發送通道中模擬網絡電纜側至鋼軌側開路；模擬網絡電纜側至室外送端電纜側故障；室外送端電纜側至軌面側故障。

2.接收通道故障包括：室外接收主軌軌面至室外受端電纜側故障；室外受端電纜側至模擬網絡電纜側故障；接收通道中模擬網絡電纜側至模擬網絡設備側故障；接收通道中模擬網絡盤設備側至接收器入口故障；衰耗器故障。

圖4 ZPW－2000二叉樹表述原理圖

3.發送主軌軌面至接收主軌軌面故障。

3.2 鋼包銅線不平衡預警分析

鋼包銅線是調諧匹配單元輸出信號傳輸至鋼軌上的關鍵媒介。由于受到震動影響以及氧化腐蝕影響，鋼包銅線的固定栓會松動或者鋼包銅線阻值不平衡，從而造成鋼包銅線電流不平衡，因此有必要即時、準確地監測、預警鋼包銅線的工作狀態。

為便于討論，定義長側鋼包銅線電流分別為I長內、I長外，短側鋼包銅線電流分別為I短內、I短外。那么，鋼包銅線故障隱患判據一：I長內＋I長外＝I短內＋I短外。

考慮既有線路上應用的備用鋼包銅線和主鋼包銅線尺寸不一致。因此，針對客專線，定義鋼包銅線故障隱患判據二：I長內＝I長外；I短內＝I短外。

由此實現對鋼包銅線電流不平衡進行預警。

4 結束語

該智能分析系統在吉林電務段管內長吉城際客專進行了實際運用。通過對ZPW－2000室外采集，實現了軌道電路各設備點的實時監測。通過建立完整的智能分析模型，實現對ZPW－2000軌道電路完整監測和報警的功能，大大縮短了電務維護人員對故障的判斷、定位和處理。

［1］ 董昱.區間信號與列車運行控制系統［M］.北京.中國鐵道出版社.2008.6.