有轨电车信号系统模拟检测平台的设计与实现

杨克思

珠海公交轨道交通有限公司 广东 珠海 519000

1、有轨电车信号系统模拟检测平台的背景和需求

目前，国内许多城市的轨道交通采用有轨电车形式运营，截止2020年12月底已有19个城市34条线路的现代有轨电车投入运营，总运营里程457.95Km。随着科学技术进步，现代有轨电车信号系统均采用新型的技术和设备。已珠海有轨电车为例，正线信号系统采用了WHE61.1道岔控制系统、BRC轨道电路系统、HCS-V环路通信系统、西门子路口信号优先系统、监控系统等技术设备，来实现有轨电车行车控制、电车运行监控和管理、保障电车运行安全、提高运营效率。

这些系统设备在国内都是首次引进使用，存在技术资料不全，维护保养技术不够完善，维修经验不足等问题。同时部分设备的软硬件故障率非常高，专业设备软硬件的自主检测难度极大，诊断故障和修复设备的时间长，设备维修对厂家依赖性极高，维保人员技术水平参差不齐等诸多问题。

根据这些问题，为有轨电车信号专业切实解决问题，旨在搭建出一套有轨电车信号系统模拟检测平台。主要实现以下功能需求：

（1）设备故障诊断。可以对故障设备进行检查测试，分析确定故障设备的具体原因。不再完全依赖于厂家的分析报告，掌握设备维保的主动权。

（2）备品备件检测。备品备件可以经过检测，合格直接入库转为备用；不合格的备品备件或者存在故障的新购物资可以进行退货处理，避免错过退货日期。

（3）新维修技术验证。对设备维护新的技术方法进行可行性验证，确保新的维修技术和方法不会对正常运行的设备造成影响。

（4）员工培训。提供全套模拟的信号系统培训设备。提高员工实操培训次数和动手能力，同时避免利用现场设备进行培训局限性大，限制多的问题。

2、信号系统模拟检测平台设计与实现

2.1 检测平台设计

有轨电车信号系统目前尚处于起步阶段，相关模拟检测平台的设计缺乏统一的技术规范和执行标准，也没有第三方机构和厂家给出选择方案。鉴于此，暂以高铁培训基地的信号模拟培训系统设计理念为依托，构建一套包括RTU控制子系统、WHE61.1道岔控制系统、BRC轨道电路系统、HCS-V环路通信系统等在内的有轨电车信号系统模拟检测平台。

按照总体规划、分步实施的原则，首期建设先行搭建道岔控制、轨道电路系统、车地通信环路系统等主要的设备功能，预留后期扩展的接口条件。

2.2 检测平台实现

已BRC轨道电路系统为例（见图1），具体实现方式参考正线设备施工安装方法，按照施工图纸着手施工安装模拟的轨道电路设备。

图1 BRC轨道电路结构简图

如图1所示，模拟BRC轨道电路系统可以按以下方式实现。

（1）准备材料：准备两根30米的钢轨，一套标准的BRC轨道电路配件（包括胀钉、信号电缆、电容盒组件、接线端子、电容等）。

（2）胀钉安装：使用钻孔机在钢轨上打眼，使用去毛刺工具去除钢轨残留毛刺，使用检测器对孔直经进行检查，安装胀钉，连接线缆配件。

（3）电容盒套件安装：电容盒套件包含分流电缆，现场安装前，根据实际位置，从中间剪开电缆，确保电缆两端能够连接到两侧的轨道胀钉处。并将电容安装在电容盒内预留的接线端子处。

（4）信号电缆接线：根据现场实际长度，对信号电缆进行裁剪，连接线不能太长以使其具有固定的形状。将线缆铺设在规定位置，使用液压钳把接线端子压接到各个接头处。

参照轨道电路单个系统设备的搭建，完成其他模拟检测平台构架组建，如图2所示该平台实现了对有轨电车信号系统单方面的功能仿真模拟，可以实现每个系统设备中的所有元器件上电测试，数据检测等。

图2 有轨电车信号系统模拟检测平台结构图

3、模拟检测平台功能运用实例

珠海现代有轨电车技术人员利用报废的设备器件进行维修处理，同时利用现有的一些设备的备品备件进行组装、配线和调试，成功的搭建了一套完整的珠海有轨电车正线信号系统模拟检测平台。利用这套平台实现的功能案例分析如下：

3.1 解决轨道电路电流干扰问题（案例一）

珠海有轨电车轨道电路中的工作电流是轨道电路工作状态主要判断依据，对轨道电路电流稳定性的控制是信号专业维保工作的重要工作之一。珠海有轨电车个别轨道区段自开通以来一直存在工作电流受到干扰的问题，故障频发严重影响电车运营效率。

解决电流干扰导致轨道电路红光带故障的方式，首先寻找干扰源，再研究各个干扰源的干扰途径，然后根据干扰特性分析利用模拟检测平台来准确的定位确定干扰源和干扰途径。

技术人员通过BRC轨道电路监测系统的数据分析轨道电路工作电流干扰具体情况，从干扰大小、持续时间、其他信号电流侵入等情况分析，逐步排查可能造成干扰的设备元器件，然后利用模拟检测平台对可能存在干扰的设备逐个单独进行上电测试，通过测试模拟后的工作电流数据进行对比，最终发现该轨道电路的信号屏蔽数字电缆存在问题。对该数字电缆进行剥解发现电缆内屏蔽层多处破损、电缆芯线多处断裂的问题，进一步验证了该轨道电路工作电流干扰问题是此电缆内芯损坏造成。

该电缆由于有铝护套和钢带保护所有单从外观检查和传承的电缆测试方法无法判断故障的存在，但是利用模拟检测平台进行测试就可以准确的诊断出干扰的具体原因。

3.2 检测设备故障元器件（案例二）

珠海有轨电车现场发现环线转换盒无法工作，将现场更换下来的环线转换盒设备进行分析测试，首先对外观进行检查，对上层胶水进行清理，留下预置的胶水，无论从颜色还是质感来看，胶水已经变软，发生了变质。再将电路板拆出，外观检查是否有损坏或烧毁的痕迹，然后利用该模拟检测平台对板卡进行上电检测并用万用表进行电压和电流测试，发现两个电感已经被烧坏，几乎所有的运算放大器周围胶水的颜色都变成了红色（极有可能是高温导致），以此判定，此板卡上的运放和电感已经被烧坏。使用万用表进行GND-GND导通测试，结果为显示开路；ACAC导通测试，结果也为开路；ANT-ANT导通测试，结果为开路。根据此这些检测数据，可以知道电路中多处回路已经被烧断。

联系设备厂家给出的维修方案是建议购买新的设备直接更换故障设备，这样厂家可以直接获得最大利益，而对维修来说既没有根本解决问题也加大了维修成本。

利用模拟检测平台可以在检测室内对环线转换盒故障原因进行调查分析，并利用真实测试数据来判断故障具体原因，通过这些数据和故障原因来分析导致故障的因素：是环线转换盒内长期进水导致的，一旦环线转换盒的电路板卡接触到水汽就会直接导致板卡上的电路回路出现短路，进而高温烧毁元器件。根据造成故障的原因来修订检修规程，可以定期检查环线转换盒泡水情况，并对密封胶性能进行周期检查等。

由此案例可以看出对故障设备进行自主测试的重要性，充分掌握故障设备维修的主动权，不再依赖于厂家进行设备维修。

3.3 入库的材料备品验收测试（案例三）

检测有轨电车信号设备状态是模拟检测平台的主要工作内容，随着有轨电车的发展及设备使用年限的增加，各类设备需要采购新的备品备件。利用模拟检测平台对新采购的设备材料进行验收测试，确保新采购的设备材料质量合格，可以及时发现不合格的残次品及时进行退货处理。例如：珠海有轨电车因设备大修，从国外采购的80个环线转换盒，逐一在模拟检测平台进行模拟上电测试发现21个测试不合格产品及时联系厂家退换货，如果没有模拟检测平台将错过合同约定的退换货时间，为公司造成不必要的损失。

4、结语

在有轨电车的运营维护中，通过此模拟检测平台的设计与实现，不仅解决了日常维保工作中实际存在的问题，还提高了员工的业务知识、动手操作能力，同时通过维修方式的更新也提高了设备质量和工作稳定性。而且还可以为下一步有轨电车信号系统设备国产化与新的设备软件测试，提供了必要的测试平台及相关数据。更加为公司创造了非常可观的经济价值并降低了运营维护成本。