鐵路信號設備故障診斷方法研究

張麗娜

（河北省鐵路事業發展中心，河北石家莊 050000）

0 引言

在鐵路系統運行過程中信號設備會對整個運行的安全性、穩定性、可靠性造成直接影響，一旦信號設備發生故障，輕則可能會影響到鐵路系統的運行效率，重則會導致整個鐵路系統的癱瘓，因此要加強信號設備的故障診斷，保證信號設備運行的可靠性。

1 鐵路信號設備故障的分類

針對不同的鐵路信號設備故障，可從以下3 個方面進行分類。

首先，根據故障原因可以分為人為故障及設備故障。所謂人為故障是指現場人員未嚴格按照規定操作信號設備而引起的各類故障，設備故障則是由于信號設備本身質量不達標或維護、維修存在缺陷，最終導致信號設備系統發生故障。

其次，根據故障性質可以將信號設備故障劃分為機械設備故障及電氣故障兩種類型。其中，機械設備故障主要是由于信號設備本身元器件老化所致，例如典型的螺絲松動引起的繼電器自動開關失靈，就是屬于機械設備故障；電氣故障主要是由于設備中的各類電子元件超出了使用壽命期限，雖然電子元器件有著強大的功能，但其本身也有著不同的使用壽命期限，如果信號設備日常維護過程中電子元器件更換不及時、維護不合理，導致電子元件超出使用壽命范圍，就會引起各類電氣故障。

最后，根據故障發生范圍可以將信號設備的故障類型分為室內與室外故障兩種。其中，發生于室內的常見故障包括信號電路故障、顯示器故障及電源故障，而室外故障則包括岔轉轍機故障、信號機故障等。

2 鐵路信號設備常見故障

2.1 軌道電路故障

按照不同的故障性質分類，軌道電路故障的種類包括兩種，即電路開路故障與電路短路故障，按照不同的故障位置分類，軌道電路故障又包括室內故障與室外故障。下面針對室內故障與室外故障進行分析。軌道電路的室內設備故障包括3 種，分別是設備斷路故障、短路故障和局部電源斷相故障。其中，斷路故障的主要是由于軌道繼電器不吸合所致，可以采用多用表測量繼電器線圈電壓的方法進行診斷檢測，如果線圈電壓低于正常電壓值幅度較小，可能是由于軌道電路繼電器線圈斷線；如電壓值低于正常電壓值1/2，則可能是由于繼電器線圈防護罩出現斷路；如繼電器細圈電壓只有正常值的1/3，通常是由于硒堆被擊穿所致。如果繼電器線圈電壓正常，則需要分別測量局部線圈電壓，如果線圈存在110 V 電壓，可能發生的故障包括局部線圈開路、線圈二元位存在機械卡滯等。短路故障的排除可以在斷開分線盤兩端線路后測量電壓值，如果接線端子兩端軟線電壓遠遠低于正常值即可判斷是存在斷路故障。此外，測量軌道電路局部線圈的電壓還可以判斷局部電源的斷相故障，如果局部線圈存在110 V 電壓通常屬于室外故障，否則即為室內故障。

信號設備的室外故障包括電路短路故障與斷路故障兩種，針對不同的故障診斷可以采用不同的方法，檢測電路故障區域中軌道電路的電流值及軌面電壓值即可做出判斷，測量電流值可判斷短路故障，測量軌面電壓值可診斷斷路故障：一般情況下，軌面電壓值高于正常電壓值可能是由于某個區域存在斷路所致，如果送電端電氣設備功能正常，可能是在鋼軌與受電端之間發生的故障；如果軌面電壓低于正常值，則可能是由于軌道受電端存在短路故障所致，此時測量鋼軌電流值大于其正常值。

2.2 信號機故障

信號機是常見的鐵路信號設備，其不僅故障率較高，且一旦發生故障影響范圍也比較大。信號機故障包括出現站內信號機滅燈控制臺、區間信號機出現斷絲及滅燈現象等。其中調車信號機、列車信號機都有可能出現站內信號機滅燈控制臺問題，出現故障后控制臺信號機復示器會出現閃光，這種故障較為隱蔽，尤其是允許信號燈光滅燈時，如果開放信號不及時就很難發現這類故障。具體問題表現為，排列對應列車信號機進路時，開始端按鈕指示燈熄滅，信號器會點亮綠燈或白燈，而調車復示器指示燈快閃后就自動熄滅，列車復示器則快閃后恢復“禁止燈光點亮”，出現這種現象就表明發生了允許燈滅燈的問題。信號機故障包括信號燈雙斷絲、燈泡與燈座接觸不良等，如果出現上述兩種問題，可能會導致點燈回路中的熔斷器熔斷而引起斷路器跳閘。此外，信號機點燈回路發生斷線、繼電器一級變壓器出現點燈單元斷絲等問題也均會引起信號機故障，區間信號機出現滅燈可進行燈光轉移。

2.3 道岔故障

道岔故障的判斷可采用測試電流法，操作單動道岔時，如控制臺顯示電流證明已經送出動作道岔電流；如道岔無法操動至指定位置，基本可判斷是室外故障；如操動道岔時控制臺未顯示電流，則可進一步測量對應道岔的電壓值，查看室外分線盤，如存在電壓證明動作道岔電源正常送出，可能出現了室外故障。操作雙動道岔時控制臺電流表只動作一次，證明動作道岔電源正常送出，可確定故障位置在一動道岔處，判定為室外故障。如道岔定位、反位操動均正常，但沒有電流，則需要進一步測量電壓值，如電壓不超過250 V，再進一步測量分線盤電壓，如不存在110 V交流電壓可判定為室內故障，反之則判定為室外故障。由此可見，發生道岔故障后要及時分析引起故障問題的本質原因，通過測試電流的方法檢查室外分線盤處是否正常送出電源，如此時需要啟動電路，則需要同步測量操動道岔電流；如測量分線盤外處存在電壓，則可排除電源送出異常問題，判斷為室內故障。

3 鐵路信號設備故障診斷常用技術

3.1 傳統診斷方法

鐵路信號設備故障診斷過程中，傳統的診斷方法包括比較法、壓縮法、觀察法、邏輯推理法等，這些方法主要是通過人工排查、處理故障，故此對于技術人員的工作經驗要求、專業能力要求更高，具體應用過程中通常不會應用單一的方法進行診斷，需要聯合應用。一般情況下可應用計算機聯鎖與6502 電氣集中聯鎖排除故障的方法，及時判斷電路故障問題點及問題性質，提高故障排除的針對性及時效性。聯合故障診斷可及時定位故障位置，對于故障的原因、程度做出準確分析。當然傳統診斷方法具有一定的靈活性，需要技術人員有豐富的工作經驗。

3.2 信號處理法

信號處理法主要是利用數學函數提取故障分析可測信號檢測結果中的特征值，最終實現故障的診斷與處理。相比傳統的故障診斷方法，信號處理法工作效率更高，操作方法更為簡便，其對于故障模型的要求不同，因此目前在鐵路信號設備故障診斷中有著廣泛應用。不過信號處理法也存在一定不足，即外界信號噪聲會對其檢測結果產生干擾，過于依賴信號的檢測與處理；且信號處理法具有一定的局限性，無法檢測、診斷出所有故障問題。因此未來發展過程中需要進一步提高信號檢測的精度，拓展信號處理法的應用范圍。

3.3 解析模型法

一旦鐵路信號設備出現故障，系統的輸入與輸出就會發生變化，此時針對其變化特點可以利用數學模型直觀的分析出來，進一步確定故障位置、類型及排除方法。解析模型法的基本原理包括數理統計與解析函數，在故障判斷過程中通過對應的數學方法構建數學模型，確定故障原因及故障部位，其實用性及有效性遠遠高于上述信號處理法和傳統診斷方法。解析模型法不僅可以及時解決當前的設備故障，而且可預測出故障的發展趨勢，幫助技術人員提前做好預防措施。數學理論、數學思想的應用最大限度地保證了故障診斷過程中邏輯的嚴謹性，提高問題診斷及排除的針對性。當然，解析模型法對于技術人員的專業能力要求也遠遠高于傳統診斷方法及信號處理法。

3.4 人工智能診斷法

隨著人工智能技術的不斷發展，其在鐵路信號設備故障診斷中的應用也越來越普遍，人工智能診斷法包括模糊邏輯法、專家控制系統及人工神經網絡診斷法等。

（1）所謂模糊邏輯法，是根據事物的模糊性特點引申出來的診斷方法，其基本特征是結構性知識表達能力，該特點對于定性知識與模糊知識的表達有著顯著優勢，能夠對關聯關系進行編碼處理，并對處理過程進行追蹤，提高故障診斷的有效性。一般情況下信號燈點亮故障、道岔繼電器閉合故障應用模糊邏輯法診斷，可以通過事例推理及規則推理準確定位出信號設備的故障位置。不過該方法也存在一定的問題，即更多地依賴模糊知識庫對故障問題做出判斷，對于知識庫中未存檔的故障類型可能會出現誤判，因此實際應用時可結合人工神經網絡法，以保證診斷的準確性。

（2）專家控制系統以專業知識為核心，通過專家的科學指標確定故障的類型、位置及排除方法，該方法需要技術人員具備更強的專業知識。專家控制系統適用于復雜的鐵路信號設備故障，其通過符號表達、顯示故障，對于細節知識的要求相對較低，設定對應的基本規則、滿足模塊化處理要求即可，但是可以保證故障診斷過程中邏輯的嚴謹性，提高復雜故障的診斷效率。不過專家控制系統也存在局限性，即知識獲取存在一定難度，會直接影響到診斷效果，實際應用過程中可以與故障樹方法相結合，以確保診斷知識的完整性，提高診斷準確率。

（3）人工神經網絡法主要是通過分類器、動態預測模型全面評估故障問題。該方法模擬人腦信息的處理功能，可以有效彌補上述專家控制系統中知識庫構建的局限性。人工神經網絡法中各神經元具有更強的獨立性，增強了系統的泛化能力及容錯能力，保證快速推理。不過該方法的應用成本較高。

4 結束語

鐵路信號設備正常、穩定的運行，是保證鐵路安全運行的重要保證，其涉及到多種設備，且故障原因復雜，具有偶然性、突發性及模糊性的特點，因此只有采用先進的診斷方法才能為故障分析提供更準確的數據支持。實際工作中，鐵路設備管理技術人員要不斷實踐、研究，及時排除信號設備故障，為鐵路的安全運行提供保障。