道岔智能運維系統功能的拓展與改進

滕東華

（上海地鐵維護保障有限公司，上海 200070）

道岔轉轍設備作為地鐵信號基礎設備中重要的一部分，在地鐵線路中數量較多，轉換頻繁，也是最容易發生故障的設備，一直以來都是信號集中監測系統的重點關注對象。近幾年，大數據、云計算、人工智能等新技術在地鐵維護生產領域的初步使用效果得到了認可，上海地鐵通號分公司信號設備智能運維平臺已于2017年在龍陽路基地初步搭建并投入使用。本文主要對上海地鐵信號設備智能運維平臺中道岔轉轍設備智能運維系統的功能提出拓展和改進，為下一步道岔轉轍設備智能運維系統的升級做一些有益補充。

1 上海地鐵道岔轉轍設備智能運維的現狀

目前，上海地鐵道岔轉轍設備智能運維系統已經通過傳感技術、計算機技術、通信技術、數據庫技術等實現道岔的電流曲線、功率曲線、表示電壓、道岔缺口等監測，在故障分析過程中通過診斷模型庫和故障點定位機制，即時與維護人員互動，共同完成預警、故障等信息的分析處理。但在實際運用中發現道岔轉轍設備智能運維系統所涉及分析的基礎數據還不夠詳細，與其他系統間還不能充分實現數據共享，缺少設備與設備間信息數據的關聯，不能充分互聯互通，導致自動化、智能化分析水平還相對不高，診斷分析結果的準確性、時效性存在較大差距，不能產生足夠的道岔設備狀態預警信息，未達到真正實現系統智能化分析的維修模式。只能籠統的對一些道岔預警信息、故障信息進行預判，依然需要信號維護人員瀏覽并憑借工作經驗進行分析檢測。2019-2021年，上海地鐵的道岔故障依舊頻繁發生，且原因不明故障仍然占有一定高的比例。隨著線路運能的增加，伴隨列車折返間隔的縮小，預測道岔轉轍設備的健康狀態及故障檢測的準確性、及時性將成為現代城市地鐵發展的需求。

2 道岔轉轍設備智能運維數據信息采集的完善

數據信息是一切分析的前提，它已經成為這個時代的重要信息資源，道岔轉轍設備數據信息分析的目的是間接或直接地提高地鐵道岔轉轍設備運維工作的效率，在日常使用中充當信號維護人員智囊助手的角色，使維護人員在恰當的時間擁有專業的信息，幫助他們在較短的時間內做出正確的維護決策。充分利用大數據信息挖掘技術，全面挖掘各類信號設備、信號集中監測設備、道岔轉轍設備的前端、后端、歷史等各種數據信息，從大、全、細、時等4個方面入手，為道岔轉轍設備智能運維系統建立完整的數據倉庫，如圖1所示。通過一站式數據處理方式將不同來源、格式、特點性質的數據在邏輯上或物理上有機地集中，并設定關聯規則組合，實現從數據信息共享、互聯、互通、融合的全鏈路數據挖掘處理。將其中的精華，轉變為道岔轉轍設備智能運維系統的數據信息“寶藏”，實現深度、全面、有效地對一些無法進行數據溝通的數據信息進行綜合分析、智能分析、故障診斷，來提升數據信息價值及數據信息應用的效率，從而獲得對道岔轉轍設備的狀態預警、故障定位，實現道岔轉轍設備智能運維的主動預防，通過提前預警、明確維修故障點，為道岔轉轍設備實施狀態修、預防修創造有利條件。

圖1 道岔轉轍設備數據信息采集的方向Fig.1 Direction of data information collection of turnout switching equipment

3 道岔轉轍設備運維數據信息采集分析的優化

如圖2所示，道岔轉轍設備運維系統數據信息的采集分析主要將從3個方向拓展考慮：道岔轉轍設備基礎數據信息的全量采集關聯分析；現有采集數據信息的動態化關聯分析；跨系統、跨專業的數據信息關聯分析。

圖2 道岔轉轍設備運維數據信息采集分析Fig.2 Collection and analysis diagram of operation and maintenance data information of turnout switching equipment

通過對上述采集信息的互相關聯分析，可以在道岔動作功率、電流曲線的診斷模型上，進一步識別當前道岔轉轍設備所處的運行狀態。對設備的健康狀態進行預測評估以及故障的精確診斷，分輕重緩急對不同道岔轉轍設備在不同時間點有差別地進行檢修維護，避免出現“過維護”現象，甚至發生“修出來的故障”，提高道岔轉轍設備在運行期間的安全性和可靠性，降低道岔故障發生的概率以及維修費用。

3.1 基礎數據信息的全量采集關聯分析

1）轉轍設備履歷信息的采集關聯分析

梳理統計網絡內所有轉轍設備，根據型號、生產廠家、上道時間、部件組成、安裝方式、鎖閉方式、安裝圖號、開向信息、閉合信息、電路制式、表示電路接法、安裝時調試參數、轉轍機和繼電器測試記錄數據信息等在運維管理平臺形成道岔轉轍設備履歷基礎數據信息庫，為道岔轉轍設備智能運維全壽命周期管理提供基礎信息。

2）歷史數據信息的采集關聯分析

利用道岔歷史數據信息，如自檢自修的歷史數據信息、故障歷史數據信息、監測采集的歷史數據信息等，對比實時采集的數據信息進行關聯分析，從而獲得參數預警。

3）岔區環境信息的采集關聯分析

道岔轉轍設備的工作狀態會受外界環境因素的影響，必須對岔區環境溫濕度和岔區積水、油污等信息進行采集關聯分析。如高溫環境會使尖軌漲軌，使串動量得不到釋放，高濕環境會使設備的一些金屬部件生銹，油污環境會使滑床板膠墊失效。可以通過岔區環境的監控對道岔設備運行的健康狀態進行預測評估。

4）道岔維護檢修數據信息的采集關聯分析

采集道岔轉轍設備日常維護作業及工電聯檢作業的參數檢測情況和工況檢查情況等的維護檢修數據信息。通過開發手持終端機，在作業過程中將數據錄入后通過網絡傳至運維管理平臺，對日常積累的數據信息進行趨勢分析，在故障發生前判別出道岔轉轍設備所處的退化狀態。

3.2 現有采集數據信息的動態關聯分析

1）電流、功率曲線與表示缺口的采集信息進行關聯分析

對轉轍設備采集的動作電流、功率曲線結合缺口偏移量的動態和靜態數據進行關聯分析，獲得道岔轉轍設備各種桿件銷孔曠動及其工況變化的趨勢信息。

2）啟動信息與表示信息的關聯分析

利用道岔動作電流、功率曲線的動作情況和道岔表示電壓信息進行關聯分析，利用表示電路與啟動電路的一些相同支路，結合其不同電路故障狀態信息進行關聯分析，進一步縮小故障定位的范圍。

3）轉轍機一二動、前后機狀態信息的關聯分析

對雙動道岔的一動轉轍機狀態信息和二動轉轍機狀態信息進行關聯分析，以及雙機牽引的前機轉轍機狀態信息和后機轉轍機狀態信息進行關聯分析，可以精確定位故障轉轍機。

4）電源監測數據信息的關聯分析

對信號集中監測采集的電源屏、組合架熔絲等電源狀態信息與轉轍機電源信息進行關聯分析，當轉轍機電源出現異常時，可以準確判斷電源故障點。

5）電纜絕緣監測信息的關聯分析

對信號集中監測采集的道岔電纜芯線對地絕緣的情況進行關聯分析，可以結合其電纜絕緣的變化情況，對道岔轉轍設備電纜退化狀態進行提前預警。

3.3 跨系統、跨專業的數據信息關聯分析

1）信號聯鎖設備數據信息的關聯分析

利用聯鎖設備原有對 DCJ、FCJ、SJ、DBJ、FBJ的驅采信息結合道岔動作電流、功率曲線和表示電壓信息等對道岔轉轍設備的一些啟動故障、表示故障等進行定位分析。

2）工務設備數據信息的關聯分析

根據工務設備狀態參數中與道岔狀態有關的設備，按結構類信息、位移類信息、力類信息等數據，對尖基軌密貼、尖軌開口、尖軌傷損、尖軌磨損、扣件狀態、平面線形、滑床板狀態、尖軌（基本軌）位移、鋼軌爬行、鋼軌縱橫位移、基本軌受力、尖基軌垂向力分配等狀態信息，結合轉轍機運行狀況進行關聯分析，對轉轍設備的健康狀況進行預判。

4 監測系統功能的改進

為進一步完善轉轍設備動作邏輯的分析，獲得更多的預警信息及精確的故障定位，需對信號集中監測系統監測的廣度和深度進行補充，具體功能改進如下。

4.1 完善表示電壓采集數據

完善道岔表示電壓X1線的數據監測，通過增加道岔表示定位X1線、X2線和反位X1線、X3線電壓的監測采集點，使預警信息和故障定位進一步有效縮小到具體某條線、某個點（如電阻R1短路、電阻R短路、表示繼電器短路、二極管擊穿、整流堆混線等相關電壓），有效減少現場故障定位及處置的工作量。

4.2 增加采集道岔轉換阻力的監測功能

增加采集道岔轉換動作阻力的監測，目前使用的道岔轉換電流曲線和功率曲線不能真正反映三相交流轉轍機的轉換動作阻力情況，增加采集轉換阻力信息后，可以通過分析轉換阻力曲線的數值參數，正確分析道岔轉換過程中的機械動作特性。

4.3 增加斷相保護器（DBQ）輸出電壓監測功能

通過增加DBQ輸出的AC380 V和DC24 V的監測功能，可以有效發現由DBQ器材不良造成的三相電源不完整的故障。

4.4 增加保護繼電器（BHJ）監測監功能

通過增加BHJ的采集，可以配合道岔動作電流曲線對道岔已動作但未到位的情況進行判別，是1DQJ先落下還是BHJ先落下，對此類故障進行精確定位。

4.5 實現聲響報警

對站機、終端、服務器軟件進行相應改進，安裝聲卡、音箱等，設置報警器，實現音響報警功能，在故障預警和報警時進行聲控報警，提醒維護人員。

5 總結和展望

以上幾項道岔轉轍設備改進與功能拓展的思路，都是智能運維平臺系統不斷完善過程中的有益探索。目的是提前預知和管理道岔故障的發生，為維修和故障處理分析提供完整、真實、有效、可靠的信息數據，為逐步實現預防修提供有力保障。

人工智能時代已經開啟，通過大數據應用實現人工智能的時代即將到來，數據質量和數據全面性的保證，以及通過不斷提高數據分析的能力和方法，可以決定智能分析的準確度，全面的掌控信號設備運行狀態，實現地鐵信號設備真正的智能運維，為地鐵運營的安全暢通提供安全保障。