某地鐵線路一期工程計(jì)軸系統(tǒng)故障研究

史坤

（天津軌道交通運(yùn)營(yíng)集團(tuán)有限公司，天津 300000）

1 前言

某地鐵線路一期工程2016 年開(kāi)通，正線與地下停車(chē)場(chǎng)使用TAZ II /S295 型計(jì)軸設(shè)備用于檢測(cè)軌道占用情況，車(chē)輛段采用50Hz 軌道電路。本文針對(duì)正線及地下停車(chē)場(chǎng)計(jì)軸系統(tǒng)故障及處理方法進(jìn)行研究。

1.1 TAZ II /S295 型計(jì)軸設(shè)備原理簡(jiǎn)介

TAZ II/S295 型計(jì)軸設(shè)備分為室內(nèi)外兩個(gè)主體部分：室外車(chē)輪傳感器及室內(nèi)計(jì)軸主機(jī)。車(chē)輪傳感器采用單體全鑄封裝設(shè)計(jì)，體積小，是室外唯一的電子設(shè)備，采用單側(cè)安裝于鋼軌內(nèi)側(cè)方式，安裝靈活簡(jiǎn)便。

計(jì)軸主機(jī)完成室外車(chē)輪傳感器傳輸來(lái)的車(chē)軸脈沖信號(hào)處理，通過(guò)軸數(shù)統(tǒng)計(jì)、方向判別輸出控制區(qū)段的狀態(tài)（空閑、占用），具備與聯(lián)鎖設(shè)備的干接口，與其他監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接口功能，室內(nèi)主機(jī)各計(jì)軸區(qū)段子系統(tǒng)采用模塊化配置，各區(qū)段故障不影響其他區(qū)段的正常工作。

計(jì)軸系統(tǒng)的工作原理是基于對(duì)所監(jiān)視的軌道區(qū)段兩端計(jì)軸點(diǎn)駛?cè)牒婉偝鲚嗇S數(shù)的比較結(jié)果，以此確定該區(qū)段的占用或空閑狀態(tài)。計(jì)軸系統(tǒng)完成了列車(chē)駛?cè)?駛出的車(chē)輪輪軸數(shù)的計(jì)數(shù)比較、方向判別、軌道區(qū)段狀態(tài)（空閑、占用）條件的輸出。另外，TAZ II/S295 型計(jì)軸系統(tǒng)自帶可選獨(dú)立的計(jì)軸監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)，計(jì)軸監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)獨(dú)立工作于主系統(tǒng)，監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)故障不影響主系統(tǒng)的正常工作，而且計(jì)軸監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)提供有外部監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的接口。

1.2 計(jì)軸設(shè)備故障情況不完全統(tǒng)計(jì)

計(jì)軸故障指單個(gè)軌道區(qū)段、多個(gè)軌道區(qū)段或整個(gè)聯(lián)鎖集中區(qū)軌道區(qū)段異常占用。某地鐵線路絕大多數(shù)計(jì)軸故障為單個(gè)或者連續(xù)兩個(gè)軌道區(qū)段異常占用。

2 計(jì)軸故障原因深入分析及處理

2.1 連續(xù)2 個(gè)區(qū)段計(jì)軸故障分析處理

計(jì)軸故障均是列車(chē)駛過(guò)某個(gè)或者兩個(gè)區(qū)段后，該區(qū)段發(fā)生計(jì)軸故障。

連續(xù)兩個(gè)區(qū)段計(jì)軸故障原因分析，通過(guò)查看計(jì)軸CPU 板卡日志，故障原因?yàn)閮蓚€(gè)區(qū)段中間磁頭計(jì)數(shù)不正常，正常情況下，計(jì)軸磁頭記錄通過(guò)列車(chē)軸數(shù)為24（6節(jié)編組車(chē)），故障時(shí)刻日志顯示中間計(jì)軸點(diǎn)軸數(shù)為25，當(dāng)軸數(shù)為25 時(shí)，受到干擾，導(dǎo)致相鄰共用該磁頭的兩個(gè)區(qū)段發(fā)生故障。

如某站G602、G604 計(jì)軸故障。15∶06 接報(bào)G602、G604車(chē)過(guò)后顯示棕光帶，現(xiàn)場(chǎng)查看為G602、G604 計(jì)軸ARB（棕光帶），經(jīng)車(chē)控室預(yù)復(fù)位趟掃后恢復(fù)。通過(guò)查找計(jì)軸監(jiān)測(cè)記錄得知，車(chē)輛駛?cè)雲(yún)^(qū)段G602 為正常的24 軸，但是進(jìn)入?yún)^(qū)段G604 的軸數(shù)為25 軸，證明經(jīng)過(guò)JZ36 的軸數(shù)為25 軸，導(dǎo)致G602 計(jì)負(fù)軸，G604 在車(chē)輛完全駛出后遺留1軸，兩個(gè)區(qū)段在車(chē)輛過(guò)后依然占用。夜間停運(yùn)后，下路軌檢查，測(cè)量車(chē)輪傳感器的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，JZ36 的空閑電壓：SI為6.06V,SII 為5.64V；占用電壓：SI 為9.29V，SII 為9.30V；感應(yīng)高度：SI 為44mm，SII 為43.5mm；安裝高度：46mm?？臻e電壓范圍：4.79 ≤V ≤8.31；占用電壓范圍：8.39 ≤V ≤9.96，SI、SII 范圍為43.5mm（±0.5mm），安裝高度范圍：37mm ≤X ≤47mm。通過(guò)以上數(shù)據(jù)，排除了車(chē)輪傳感器本身的問(wèn)題，但是，通過(guò)監(jiān)測(cè)記錄發(fā)現(xiàn)，有金屬劃過(guò)了JZ36 的感應(yīng)范圍，區(qū)段G604 才會(huì)計(jì)25 軸，G602 計(jì)負(fù)軸，車(chē)走出G604 后遺留1 軸，導(dǎo)致兩個(gè)區(qū)段都未正常出清；之后檢查室內(nèi)外線纜，并無(wú)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，軌道繼電器正常吸起、落下。

由于計(jì)軸磁頭采用感應(yīng)金屬的方法感應(yīng)輪對(duì)，并非切割磁感線式檢測(cè)輪對(duì)，所以計(jì)軸磁頭本身極為靈敏，只要是有金屬出現(xiàn)在磁頭感應(yīng)范圍內(nèi)，都會(huì)被磁頭感應(yīng)并造成故障。我們?cè)?jīng)針對(duì)室外干擾進(jìn)行試驗(yàn)，將極細(xì)的鐵絲，3mm 的小螺絲，鐵屑，放在該磁頭上，室內(nèi)均出現(xiàn)了計(jì)軸占用情況。針對(duì)此種情況，通過(guò)組織開(kāi)展人員培訓(xùn)工作，提高檢修質(zhì)量，加強(qiáng)對(duì)計(jì)軸磁頭周?chē)饘匐s物，如鐵絲、鐵屑、小鐵片等的清理，優(yōu)化室外磁頭工作環(huán)境，減少列車(chē)通過(guò)時(shí)，隧道風(fēng)卷起微小金屬物造成計(jì)軸干擾的可能性，降低故障率。

2.2 單區(qū)段計(jì)軸故障分析處理

針對(duì)單個(gè)區(qū)段計(jì)軸故障，對(duì)可能造成單個(gè)區(qū)段計(jì)軸故障的原因進(jìn)行排查分析。計(jì)軸初始信號(hào)由室外車(chē)輪傳感器采集、經(jīng)電纜盒分線柜后傳遞至室內(nèi)放大板，放大板處理放大信號(hào)后傳遞至計(jì)軸板，計(jì)軸板計(jì)算軸數(shù)后傳遞至輸出板，輸出板將最終信號(hào)傳遞至聯(lián)鎖接口繼電器。

排查故障區(qū)段各處線纜連接緊固無(wú)異常。分析計(jì)軸監(jiān)測(cè)日志，以某站G205 計(jì)軸故障為例，計(jì)軸日志顯示“G205 軟件空閑（JZ23）”“G205 計(jì)軸板空閑”，說(shuō)明，放大板正確地將室外信號(hào)放大并傳遞給計(jì)軸板，計(jì)軸板完成正確計(jì)算軸數(shù)并出清，因而得出結(jié)論“G205計(jì)軸板空閑”，計(jì)軸板給出信號(hào)至輸出板后，正常情況下，應(yīng)有“G205 硬件空閑”來(lái)表示輸出板輸出空閑信號(hào)，實(shí)際無(wú)“硬件空閑”日志記錄。監(jiān)測(cè)日志說(shuō)明輸出板出現(xiàn)異常，如圖1。

圖1 計(jì)軸檢測(cè)日志

對(duì)比故障時(shí)刻計(jì)軸室內(nèi)各板卡狀態(tài)發(fā)現(xiàn)輸出板指示燈位置顯示異常。通過(guò)以上故障分析，我們基本將單個(gè)區(qū)段計(jì)軸故障鎖定在計(jì)軸輸出板本身，為了更加確認(rèn)輸出板故障，采用控制變量法進(jìn)行故障復(fù)現(xiàn)：某次故障后，我們將換下的輸出板與從未發(fā)生過(guò)故障的某區(qū)段輸出板進(jìn)行調(diào)換，其他室內(nèi)外任何條件不變，結(jié)果3 天后故障輸出板在調(diào)換后的區(qū)段再次故障，印證了輸出板的問(wèn)題。

針對(duì)輸出板本質(zhì)安全狀況，后期組織對(duì)此種全繼電器式輸出板進(jìn)行了更換，更換為電子與繼電器結(jié)合式輸出板。

2.3 計(jì)軸輸出板故障深入分析

TAZ II/S295 型計(jì)軸系統(tǒng)輸出板型號(hào)為WST8021，內(nèi)部由12 個(gè)小型繼電器構(gòu)成雙通道計(jì)數(shù)單元，組成“故障-安全”邏輯電路。確認(rèn)輸出板故障后，我們將故障輸出板進(jìn)行徹底測(cè)試分析。檢查外觀面板、端口、底板、按鈕均正常。使用萬(wàn)用表對(duì)端口觸針與內(nèi)部電路進(jìn)行通路測(cè)量，觸針與電路全部對(duì)應(yīng)導(dǎo)通，端口阻值為零，測(cè)量結(jié)果正常。使用萬(wàn)用表對(duì)SET 與RESET 進(jìn)行電氣測(cè)量，能夠正常導(dǎo)通與短路，測(cè)量結(jié)果正常。使用萬(wàn)用表測(cè)量10 支電阻，阻值與標(biāo)稱(chēng)相近，測(cè)量結(jié)果正常。使用萬(wàn)用表對(duì)12 支繼電器H-463-1176 進(jìn)行常閉、常開(kāi)觸點(diǎn)接點(diǎn)電阻進(jìn)行測(cè)量，其中有個(gè)別觸點(diǎn)接觸電阻阻值偏大，（此繼電器暫無(wú)接點(diǎn)電阻標(biāo)準(zhǔn)），測(cè)量結(jié)果發(fā)現(xiàn)異常。對(duì)板卡上6 支電容進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量結(jié)果正常。對(duì)繼電器進(jìn)行開(kāi)殼檢查，發(fā)現(xiàn)繼電器接觸電阻增大的接點(diǎn)，均有不同程度變黑現(xiàn)象。實(shí)測(cè)線圈電阻在750 ～790Ω（符合標(biāo)準(zhǔn)），實(shí)測(cè)繼電器（線圈電阻768Ω）最小勵(lì)磁電壓為15V，最小勵(lì)磁電流為0.019A。繼電器（H-463-1176）接觸電阻大于1Ω（數(shù)字電橋測(cè)量數(shù)據(jù)）的接點(diǎn)，均伴有不同程度變黑現(xiàn)象，且每次測(cè)量的阻值不同。測(cè)量繼電器正常接點(diǎn)接觸電阻在20 ～50mΩ（數(shù)字電橋測(cè)量數(shù)據(jù)），每次測(cè)量的阻值較穩(wěn)定。

以上測(cè)試可以得出結(jié)論，該型號(hào)繼電器接點(diǎn)材質(zhì)是銀氧化隔（合金+0.2--10μm Au），根據(jù)信號(hào)繼電器維修經(jīng)驗(yàn)氧化物的產(chǎn)生根據(jù)濕度不同在3 ～12 個(gè)月的時(shí)間（使用越頻繁產(chǎn)生氧化物越少，接點(diǎn)接觸摩擦可以減少氧化物），通過(guò)電子顯微鏡觀察此繼電器黑色物質(zhì)集中在接點(diǎn)前端。繼電器接點(diǎn)變黑，（氧化物）初步判斷是由于大氣中的硫化物和銀發(fā)生反應(yīng)，生成硫化銀，且高溫條件，會(huì)加速硫化，在測(cè)試中發(fā)現(xiàn)一組接點(diǎn)接觸電阻偶發(fā)增大現(xiàn)象，節(jié)點(diǎn)再次接通，電阻減小，發(fā)生此現(xiàn)象的原因，判斷與接點(diǎn)氧化有關(guān)，繼電器接通—斷開(kāi)，氧化微粒脫落或產(chǎn)生位移造成每次接通阻值不一樣。通過(guò)以上測(cè)試分析，初步判斷繼電器（H-463-1176）接點(diǎn)氧化造成繼電器接點(diǎn)接觸電阻增大，接點(diǎn)接觸電阻增大是造成輸出板故障的主要原因。針對(duì)輸出板本質(zhì)安全狀況，后期組織對(duì)此種全繼電器式輸出板進(jìn)行了更換，更換為電子與繼電器結(jié)合式輸出板，基本杜絕了輸出板的故障。

3 結(jié)語(yǔ)

計(jì)軸系統(tǒng)作為地鐵信號(hào)系統(tǒng)中設(shè)備臺(tái)套數(shù)較大的重要基礎(chǔ)性設(shè)備，一旦發(fā)生故障或故障率居高不下，將大大影響地鐵運(yùn)行效率，提高運(yùn)營(yíng)成本。本文通過(guò)對(duì)計(jì)軸系統(tǒng)故障的分析，明確了故障原因及處理方法，提高了計(jì)軸系統(tǒng)可靠性，同時(shí)，也為同行業(yè)計(jì)軸系統(tǒng)的檢修維護(hù)、故障處理提供了思路。