课程设计：微机监测系统在信号设备故障诊断中的应用分析

微机监测系统在信号设备故障诊断中的

应用分析

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微机监测系统在信号设备故障诊断中的应用分析

摘要：信号微机监测系统是铁路重要的行车安全辅助设备，是铁路装备现代化的重要组成部分。为及时准确地诊断信号设备故障，本文探索了运用微机监测诊断信号设备故障的一些方法，即根据信号设备运用中的实时参数、动作曲线、日报表等有关信息，观察参数和波形图的变化趋势，比较正常值与非正常值的关系，以正确判断运用中的信号设备是否发生故障，从而达到控制故障发生，确保行车安全的目的。

关键词:微机监测信号设备故障诊断动作曲线

Abstract: Railway computer monitoring system is important safety equipment

for railway an important part of the modernization of railway equipment. To timely and accurate diagnosis signal equipment failure, this paper explores the using microcomputer monitoring diagnosis signal equipment failure of some of

the method, according to the real-time signal equipment using parameters, action curve, and other relevant information daily reports, observing parameters and the change tendency of the wave figures, more normal and abnormal value in relation

to a correct judgment of whether using signal equipment failure, so as to achieve control of faults, ensure safety purposes.

Key words: Micro-computer monitoring Signal equipment Fault diagnosis Action curve

1 引言

随着我国铁路建设的跨跃式发展，铁路设备的管理与维护正逐步由人工或半人工化管理模式向智能化管理模式过渡，这就要求铁路管理部门必须要有一套非常完备的监测系统能够全面、深入的在信号设备、线路使用状况、车辆运行状况以及行车环境这些方面进行连续跟踪、及时记录、有效分析，目的是及时发现问题并能迅速解决问题，保证列车行驶安全。在此情况下，微机监测系统应用而生，该系统在网络通信的基础上将传感器、现场总线、数据库、软件工程等技术与现场设备运行状态融为一体。信号微机监测系统作为铁路行车安全监测设备，是信号技术向高安全、高可靠和网络化、数字化、智能化方向发展的标志之一。也是提高信号设备维护质量的重要技术手段，它能实时、动态、准确、量化地对

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信号设备进行在线监测，反映信号设备的运用质量、结合部分设备状态，并对状态信息进行储存、重放、查询、报警，对于防止违章作业，分析判断故障，尤其对分析发现潜在性故障、瞬间故障和间歇性故障提供重要的手段和依据，对确保运输安全发挥着重要的作用。

另一方面，微机监测设备作为电务故障诊断专家，其地位和作用越来越重要，同时为数据分析，掌握监测数据与设备状态之间的内在联系，及时发现信号设备故障隐患，预防故障发生提供了可能。信号故障与故障延时是反映信号设备安全运用的重要指标，如能有效地控制并减少设备故障的总量，故障延时总量就会随之减少。因此，及时准确地诊断并积极处理信号故障就显得十分必要。运用微机监测手段可以了解故障发生的原因、性质，并利于指导故障的处理。

2 正文

2.1微机监测系统简介

1、系统原理：

微机监测系统由上层监测设备(铁道部、铁路局)和基层监测设备(电务段、车间、车站)两部分组成，用以监测本单位管辖内各车站信号设备运行状态的网络系统。

微机监测系统应用计算机和信息采集机实时监测各种信号设备，监测对象主要是模拟量监测和开关量监测。模拟量包括:轨道电路电压、道岔动作电流、电源屏电压、电缆绝缘电阻和电源对地漏泄电流等。开关量包括:控制台按钮和表示灯状态、关键继电器状态、灯丝状态、熔断状态和道岔表示缺口状态等。

以TJWX一2000型信号微机监测系统为例来说明其原理。TJWX一2000型微机监测系统采用现场总线 (CAN)技术、传感技术、计算机网络技术、数据库及软件工程技术，能实时动态、准确量化地反映信号设备的运用质量、结合部份设备状态，并具有状态信息储存、重放、查询和数据逻辑判断功能。当电气特性超标或违章作业进行局部节点封连时，均可以按照等级及时报警。同时，由于对设备的运用状态能做到“心中有数”，“超标报警”，超前防范，防患未然，能使设备运用质量始终处于受控状态，科学地指导现场合理维修，避免“过剩修”或“漏检漏修”，保证列车行驶安全。

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2、系统结构：

TJWX一2000型信号微机监测系统由车站系统、车间机、电务段管理系统、上层网络终端，以及广域网数据传输系统五部分组成。

车站系统是微机监测系统的最基本单元，主要负责数据的采集、分类和处理，实现信号设备的实时监测和人机对话。它包括站机、采集机、机柜、隔离转换单元等。站机作为一个车站的集中管理设备，集中处理各采集机采集的实时信息，并将信息进行显示和存储。同时，站机为操作人员提供人机接口，根据对信号设备监测的结果，实现车站作业状态及设备运用状态的实时显示和各种数据的查询功能。

车间机用于管理和查看所管辖车站的数据。车间机具有终端的所有功能，以终端方式连至监测系统，以人机对话方式查看管内站机的所有数据，并能显示网络通信结构拓扑图和通信状态。

电务段管理系统是电务段管内各站的微机监测数据和网络通信的管理中心，是微机监测网络系统的中枢部分。它包括一台服务器和若干台终端、打印机等外部设备以及一些通信设备。

上层网络终端具有终端所有的功能。它以数据终端方式在电务段服务器上登陆，连至电务段监测网。上层终端可以通过专线或拨号随时联网。

广域网数据传输系统把车站系统、电务段系统及上层网络终端连接起来。广域网数据传输系统完成IP数据包在各计算机间的传输，它包括路由器、调制解调器集线器等。路由器完成lP数据包的寻径和转发。调制解调器实现实现模拟信号和数字信号的相互转换，使传输信号与通信线路相匹配。集线器用在电务段局域网中连接各计算机。

2.2微机监测下的信号设备常见故障

1、分类：铁路信号设备的故障总体上可分为电路故障和机械故障。电路故障分类按照设备的功能和故障的性质及现象进行分类，常见故障有:进路系统故障、信号复示器故障、解锁故障和信号点灯故障及其它故障如闭塞设备和供电设备故障等;机械故障有道岔故障、转辙机故障等。

2、信号设备故障原因：

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（1）材料不良，包括元器件变质、制造工艺缺陷。

（2）维修不良，主要是由于工作人员责任心不强、业务素质差等造成。

（3）违章作业，主要是从事信号维修工作时不遵守章程。

（4）外界原因，自然界的影响、车及施工的影响、其他因素影响（如因线路长时间没有列车或调车车列通过，造成轨面生锈，使轨道电路分路不良）2.3利用微机监测系统进行故障分析的方法

1、微机监测数据分析的原则：

掌握技术标准。作为维护人员应了解信号设备正常工作的电气参数，在查看微机监测采集的各项数据时，应掌握管内信号设备的类型及技术标准，电气特性要求，以便及时发现电气特性不达标的设备。

把握数据变化。除查看各项数据是否符合技术标准之外，还要观察数据的波动情况，电压（或电流）的波动幅度有多大、曲线的波动是平滑还是陡变、波动情况出现的频率及当时站场的状态等，依此判断设备是正常波动还是出现了问题。

2、微机监测数据分析内容与要求：

重要设备状态。计算机联锁、列控中心、CTC、智能电源屏等电子设备。要求查看设备状态，若出现异常，及时对设备实际使用情况进行检查。

电源屏输入、输出电源。查看外电网电源、电源屏各路输入、输出电压是否在规定范围内，24时内电压及电流曲线有无异常波动。

站内轨道电路接收电压。查看轨道继电器电压是否符合调整表要求和该区段接收电压波动情况。

区间轨道电路发送、接收电压。对 UM71区间轨道电路的轨道输入电压或ZPW-2000A 轨道电路的主轨出电压和小轨出电压曲线进行查看，以及查看两次分析时间间隔内的发送与接收电压日曲线。

道岔动作曲线。每日查看每组道岔的所有曲线，一次动作曲线正常不能代表本组的所有曲线都正常。将每组道岔集中检修完毕后，将正常扳动良好的道岔动作曲线设定为参考曲线，分析时将道岔定、反位曲线和设定参考曲线进行比较，查看动作电流的大小和动作时间的长短有无明显变化。

电缆全程绝缘。值班人员每日在微机监测上对电缆全程进行一次全测，对全

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程小于 1 MΩ的电缆进行记录，并报告工长组织处理。

信号机点灯电流。查看 24 小时内日曲线，其数值符合标准，曲线无异常波动。

电码化。查看24小时内电压日曲线（含N＋1 发送器），其电压值符合标准，曲线无异常波动。

Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级报警分析。按照各类报警信息内容，通过回放、调看当时模拟量曲线等方法认真分析并判断报警原因。

2.4利用微机监测系统诊断信号设备故障

1、道岔故障的诊断

（1）、道岔由道岔转辙机驱动，其常见故障包括机械部分故障和电气部分故障。道岔故障通过道岔电流来判断，道岔电流的测试是由道岔采集机完成。通过对道岔动作电流的实时监测，能直接测量出电动转辙机的启动电流、工作电流、故障电流和动作时间，并以此描绘出道岔动作电流曲线。通过对电流曲线的分析即可判断道岔转辙的电气特性、时间特性和机械特性。.

常见故障有因启动电流短路或半短路引起的启动故障;因锁闭圆弧缺油解锁时卡阻、压力大、摩擦电流大或道岔重等引起的解锁故障；因滑床板脏、吊板、杆件蹭枕木或别卡、袖套缺油锈蚀或转辙机内部机械部件缺油有摩卡等引起转换阻力，道岔动作电流大;因摩擦带松、沾油、或固定不良等引起道岔动作电流小现象;因启动电路中各接点有接触不良等引起道岔动作电流可见突然向上或向下的小尖波，道岔动作电流不稳定现象;因转辙机箱外或箱内卡阻，如齿条块落异物、挤切销螺堵高出齿条快平面、减速器内部行星齿轮卡阻等引起道岔动作电流突然增大到等于摩擦电流现象;因密贴过紧、尖轨加异物、吊板、上台困难、尖轨入基本轨刨切槽时卡阻等引起道岔锁闭电流较大现象。

（2）、道岔电流的特征

启动阶段电流特征:在道岔启动的瞬间，在电机启动电路中有较大的电流，一般不超过10A。道岔启动时会产生此瞬时电流锋值，是启动阶段的一个标志。曲线由启动时的高峰变化为平滑曲线的时间，不能过长，一般应在0.5s之内。如果这一时间延续过长，说明道岔启动困难。产生道岔启动困难的主要原因有道岔密贴力过大；道岔尖轨反弹、上抗。

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解锁阶段电流特征:动作电流迅速减小。

动作阶段电流特征:如果该条曲线非常平滑，其幅值小于ZA，则说明尖轨的滑行状况非常好，如果曲线出现跳变，则说明尖轨运行中在跳变时刻受阻，应查找尖轨受阻原因。如果曲线的幅值超过额定电流值，应查找所有滑床板(特别是尖轨尖端3-5块)安装角度是否一致，是否有空吊现象。

锁闭阶段电流特征:锁闭时曲线的翅尾时间不能过长。一般不超过0.5s，如果翅尾时间过长，说明道岔尖轨上爬困难，应查找尖轨是否上抗。翅尾幅值不能过大，一般应小于摩擦电流值，如果翅尾幅值过大，则说明道岔调整过紧，应重新调整道岔。

图2-1

图2-1为ZD6、ZD9直流电机反位向定位的电流曲线。

（3）故障诊断

当监测到如下图2-2电流曲线时，分析其故障原因

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图2-2

曲线2为正常参考曲线，在启动过程中，曲线1的峰值超过了道岔电流额定峰值，这表明曲线1所代表的道岔启动电路有短路或半短路情况存在。当启动完毕之后，电流曲线应由大电流迅速变为不超过ZA的电流，但曲线1在下滑的过程中又出现了一个缓冲阶段，这表明解锁电流大，可能存有故障。当解锁完毕后，电流曲线在正常曲线附近e>0范围内，但在图中曲线1远高于正常曲线，这表明动作电流大，曲线1又突然呈上升趋势并达到摩擦电流的高度，可能存有故障。

对于曲线3进行分析，发现在解锁完毕后该曲线低于额定电流，这表明该道岔可能是摩擦带松、沾油、或固定不良;同时在该阶段，可以发现该曲线并非是一条平滑的曲线，即动作电流不稳，这有可能是启动电路中各接点有接触不良。随后3曲线在锁闭阶段突然增大，说明这一过程存有故障。

案例1：监测到如下图2-3时的动作曲线时，诊断其故障

分析：从图中看出右侧道岔动作曲线记录时间达 16 s，该道岔转换到位仅用 5.5 s，说明该道岔转换到位后1DQJ 未及时落下。

检查：通过回放调看开关量，分析为道岔保护器特性不良。更换室内道岔保护器后，曲线恢复正常。

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图2-3

案例2：检测到图 2-4所示曲线，诊断其故障。

图2-4

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分析：从图知道岔到位后空转，13 s（或 30 s）后停转（TJ 励磁吸起切断启动电路）。

检查：道岔卡阻或缺油，处置后曲线恢复正常。

2、轨道电路故障诊断

（1）轨道电路常见故障及原因：

①轨道电路短路，故障前后轨道电压曲线平直稳定，可能原因作业时或其他原因使铁器造成短路;②轨道电路瞬间红光带;③轨道电路分界绝缘不良造成相临轨道电压同时下降，可能原因季节交替时轨道电路绝缘轨缝变化是经常的事，夏季易出现轨缝挤死;冬季易出现绝缘轨缝过大，拉坏绝缘套管;④钢轨锁定不好，造成钢轨窜动;⑤绝缘接头处同侧扣件碰夹板，造成绝缘失效;⑥牵引电流不平衡、钢轨轨头肥边大、绝缘部分油泥、扣件碰夹板、防护失效、连接线断股或松动、外界影响等情况;⑦轨道电路轨距杆绝缘不良造成轨道电压波动;⑧钢轨断裂多在冬季易出现;⑨列车坐钩造成列车尾部轨道电路区段出现故障;⑩轨道电路接线端子松动;○11雷害造成轨道电路故障。

（2）、轨道电路电压曲线：

图2-5

工作原理:GJ的73一82间的交流电压加在高阻隔离单元的两个电阻上，经交流传感器交换，输出0一5V的标准直流电压，送入轨道采集机CPU，经CPU处理，通过CAN总线送入站机显示GJ的两端的电压。正常情况下电压和列车占用时的电压曲线如图2-6所示。

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图2-6轨道电路电压曲线

当出现故障时电压曲线会出现跳变或降低等非正常现象，根据电压变化的幅值可推断故障的原因。常见有室内的硒堆不良，导致轨道电路红光带,出现这种情况后，轨道继电器端电压 >=7V，而<=13V。钢轨断裂在冬季易出现，断轨后25HZ相敏轨道电路电压在5V左右。列车最后一对轮对刚压过绝缘节时，前一区段轨道电压开始上升，当完全越过绝缘节后，轨道电压恢复正常，下例轨道电路正常调整电压为18.5V，如果小于该值，说明该区段电压没有完全恢复。

案例1：观察到某区段电压多次在 20.9 ～ 18 V 间波动，而平时该区段电压 20V 左右，如下图2-7，试分析。

图2-7

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解：电压时而正常，时而下降，呈波动趋势，可能受本区段或邻区段过车影响。现场工区查找发现区段电源线接触不良，整治后恢复正常。

案例2：2009年2月19日,在天兰线盘安镇站,利用微机监测检查设备电特性时发现这样一种情况,该站9DG、11DG (2个区段相邻)近2日来电压不稳,有异常波动,其波动情况如图2-8所示。

图2-8电压波动图

解：从图2-8可看出, 2个区段的电压在1日内都有 2次下降,下降幅度近4 V,下降时间近2 h。值得注意的是每次下降的时间都基本重合,而这2个时间分别是1日内钢轨轨温的最低时间段和最高时间段。由此推算, 2个区段同时发生轨道继电器电压波动,必是共用部分出了问题,可基本确定是温度变化引起了钢轨长度收缩、伸长。这种钢轨的位移造成两区段分割处绝缘不理想。造成这种情况的原因:①二区段相邻;②二区段极性交叉;③二区段电压下降的时间基本相同,符合极性交叉区段绝缘破损保护时的现象。向车站值班员申请要点,联系工务分解检查夹板绝缘,发现南股钢轨接头下部有许多遗留的铁末,清除后再未发生类似问题。

3、电源故障诊断

(1)信号电源屏将变压器、稳压器、整流器等组合起来，电源屏必须保证不间断地供电，并且不受电网电压波动和负载变化的影响，还要保证供电安全。常见故障有:雷击造成电压瞬间下降;外界影响两路电源瞬间断;外网输入电压时高时低造成器材烧坏等。

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(2)电源电压曲线特征:正常情况下电源电压曲线近似为直线，当遇外界干扰时电压曲线会出现波动。电源出问题多发生在雷雨季节，易出现外电网输入突然断电，造成电源保险烧坏，设备烧坏等问题。

4、信号机故障诊断案例

某站区间一轨道电路发送器功出电压经常降为 0 V。

图2-9

检查分析：回放并结合点灯电流曲线查看分析，为该区段前方信号机红灯灭灯导致，如图2-9所示。

5、电码化电压故障案例

通过微机监测，发现某发送器功出电压突降为0 V，同时控制台移频报警。检查分析：因该发送器为 ZPW-2000A 型，有N＋1 备用发送器，故调看 N＋1 数据，如图 2-10 所示。发现当时 N＋1 倒上使用，低频为 13.6 Hz，故判断为主用发送器 LU 编码电路故障。通知现场对LU 编码电路进行查找，发现配线虚焊。

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图2-10

3总结

信号微机监测是电务安全的“黑匣子”，是信号维修技术的重要突破，是信号维修体制改革的重要技术支撑，系统能实时动态、准确量化地反映信号设备的运用质量、结合部设备状态，并具有状态信息储存、重放、查询和数据逻辑判断功能，当电气特性超标或违章作业进行局部节点封连时均可以按照等级及时报警。这对于防止违章作业，分析判断故障，特别是对瞬间发生或时好时坏的“疑难杂症”故障，或结合部难以界定的复杂故障的分析处理提供了重要到的手段和依据。微机监测系统对信号设备的故障诊断提供了一个很有用的技术手段，利用该系统观察每日各信号设备的电压或电流等曲线可以直观的发现是否存在问题，并找出故障的可能原因。实时监测信号设备的状态，提供了铁路行车的安全性。

4、参考文献：

《现代铁路远程控制系统》刘晓娟郑云水编著西南交通大学出版社出版

《基于数据挖掘的微机监测系统故障诊断研究》张炜硕士学位论文

《运用微机监测诊断信号设备故障》张世林期刊

《利用微机监测处理设备隐患二例》高义生期刊

《利用微机监测系统进行故障分析的方法》李俊娥蒋艳芬期刊

《信号设备微机监测系统对预防设备故障的作用》吴松涛期刊

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/y7aq.html