ZPW－2000完整采集及故障分析模型探究

孙铁强 胡恩华 张俊海 杨向波

ZPW－2000型无绝缘移频轨道电路具有低频信息多、传输距离长、可靠性高以及抗干扰性强等优势，在我国铁路系统中广泛应用，成为保证铁路运输安全的关键设备之一。但是，当ZPW－2000型轨道电路设备发生故障时，电务维护人员很难快速、准确判断故障的位置。一旦设备故障发生在室外的调谐单元或者匹配单元，电务维护人员只有携带工具和设备，到达设备故障区间才能确定具体的设备故障，且无法预先准备相应的备用设备，往往处理时间较长，对运输效率影响较大。

目前，信号集中监测系统中针对移频轨道电路缺少对室外轨旁设备的电气特性监测，无论是信号集中监测采集、还是轨道电路子系统自身采集，都仅仅是针对室内信息进行，包括室内发送盒、发送电缆侧、接收电缆侧、轨入、轨出1和轨出2的采集，即所谓的 “五点采集”。而对于室外信息的监测，存在如高温、日晒、风雪的影响，对采集电子器件本身要求较高；受室外地形条件多样影响，设备安装工艺要求较高；同时由于区间距机械室较远，传输技术受到考验。所以对于ZPW－2000室外监测一直没有得到实际应用，更无法将室内和室外信息进行综合利用，形成完整轨道电路故障智能分析。

针对以上问题，通过长期在现场进行实际的测试和改进，完成了对ZPW－2000A室外信息的采集和传输，并综合室内采集的信息，运用智能分析算法，实现了ZPW－2000A故障智能分析。通过现场验证，大大提高了对ZPW－2000的故障定位和处理的速度。

1 系统采集方案及内容

ZPW－2000室外监测采集模型如图1所示。采集室外调谐匹配单元两侧的信息，并通过载波总线与室内通信分机通信，将信息送给信号集中监测站机。

该采集方案中室外新增4点信息采集：发送电缆侧、发送轨面侧，接收轨面侧、接收电缆侧。加上信号集中监测已有的室内5点采集，从而实现了对ZPW－2000轨道电路从室内发送盒到室内接收盒整个数据链完整的9点信息采集和监测。其采集电路图如图2所示；各点采集内容如表1所示。

图1 ZPW－2000轨道电路室外监测系统模型图

图2 ZPW－2000轨道电路9点采集原理图

通过对ZPW－2000轨道各点完整的采集，实现对各点实时的监测和报警分析。当故障出现时可以第一时间通过监测实时数据定位故障点，大大缩短故障定位时间。

2 采集安全防护措施

2.1 室内接收端电压采集安全防护

ZPW－2000轨道电路接收端在正常情况下，接收器输入阻抗为10kΩ左右，进而高输入阻抗带来抗干扰能力差的问题。当轨出1和轨出2分别并联上采集模块的采集线时，线中耦合的干扰会明显影响接收器的正常工作。

为了抑制这种干扰，在移频组合架接收器后的轨出1、轨出2端就近串接隔离模块，如图3所示。

就近安装隔离模块，可以有效降低采集线缆上产生的干扰信号；发送采集线缆与接收采集线缆可改变走线方式，分束走线；在必须同槽走线的情况下，做好发送与接收采集线缆分束绑把，且分开一定距离 （5cm）走线；采集线缆连接工艺上，要求发送盒接收采集线缆的屏蔽层分别单点接地。

2.2 室外恶劣环境下的电压采集安全防护

在现场试验的过程中发现，尽管在电压采集板的前端加入了电压隔离器，但是由于现场的风吹日晒以及高频率剧烈震动的环境，电压采集线极有可能会脱皮造成短路。因此，基于这样的一个安全防护要求，本系统在原有电压隔离的基础上，提出在一对输入线上分别串入等值防短电阻，即使采集线破皮短接，现场轨道亦不会短路而出现 “红光带”。

3 基于智能分析的故障分析模型

智能分析目前在信号集中监测系统中已得到推广应用，在智能分析系统的基础上，将室内采集和室外采集的信息进行汇总和综合，采用基于二叉树的表述方式，形成一套完整分析模型，包括：室内发送盒侧、室内发送电缆侧、室外发送电缆侧、室外发送端轨面侧、室外接收端轨面侧、室外接收电缆侧、室内接收电缆侧、室内接收端设备侧、室内衰耗盒端，从而实现对ZPW－2000轨道电缆各故障点的完整分析。同时，对于室外钢包铜线电流不平衡进行预警分析，建立预警分析模型。

图3 移频接收端安全采集示意图

3.1 故障分析模型

如图4所示的二叉树表述模型，以区段故障红光带为例。当区段红光带故障时，发现其红光带并开始分析。系统从站场图中根据设备关联关系，搜索该区段的前后区段 （区段的前后方向根据闭塞分区方向灯获取）。

表1 ZPW－2000完整采集内容

当前后区段都无红光带时，初步定位是发送通道和轨面故障；当区段小轨入正常，主轨入趋于0，前方区段小轨入正常，定位为轨面故障；本区段的主轨入趋于0，前方区段的小轨入趋于0，前方区段主轨入正常，定位为本区段发送通道故障。当后方区段也亮红光带时，定位为接收通道故障；同理，对具体的故障点还需进一步推理。

通过对各点信息分析，可以准确定位故障点。

1.发送通道故障包括：发送通道移频架发送器功出端子到模拟网络设备侧开路故障；发送通道模拟网络盘到电缆输出端子侧故障；发送通道中模拟网络电缆侧至钢轨侧开路；模拟网络电缆侧至室外送端电缆侧故障；室外送端电缆侧至轨面侧故障。

2.接收通道故障包括：室外接收主轨轨面至室外受端电缆侧故障；室外受端电缆侧至模拟网络电缆侧故障；接收通道中模拟网络电缆侧至模拟网络设备侧故障；接收通道中模拟网络盘设备侧至接收器入口故障；衰耗器故障。

图4 ZPW－2000二叉树表述原理图

3.发送主轨轨面至接收主轨轨面故障。

3.2 钢包铜线不平衡预警分析

钢包铜线是调谐匹配单元输出信号传输至钢轨上的关键媒介。由于受到震动影响以及氧化腐蚀影响，钢包铜线的固定栓会松动或者钢包铜线阻值不平衡，从而造成钢包铜线电流不平衡，因此有必要即时、准确地监测、预警钢包铜线的工作状态。

为便于讨论，定义长侧钢包铜线电流分别为I长内、I长外，短侧钢包铜线电流分别为I短内、I短外。那么，钢包铜线故障隐患判据一：I长内＋I长外＝I短内＋I短外。

考虑既有线路上应用的备用钢包铜线和主钢包铜线尺寸不一致。因此，针对客专线，定义钢包铜线故障隐患判据二：I长内＝I长外；I短内＝I短外。

由此实现对钢包铜线电流不平衡进行预警。

4 结束语

该智能分析系统在吉林电务段管内长吉城际客专进行了实际运用。通过对ZPW－2000室外采集，实现了轨道电路各设备点的实时监测。通过建立完整的智能分析模型，实现对ZPW－2000轨道电路完整监测和报警的功能，大大缩短了电务维护人员对故障的判断、定位和处理。

［1］ 董昱.区间信号与列车运行控制系统［M］.北京.中国铁道出版社.2008.6.