高速铁路隧道群地段信号维护技术及体制的完善与应用研究

陈志颖

(中铁第一勘察设计院集团有限公司, 西安　710043)



高速铁路隧道群地段信号维护技术及体制的完善与应用研究

陈志颖

(中铁第一勘察设计院集团有限公司, 西安710043)

摘要：西北及西南地区高速铁路建设多以隧道为主,因隧道地段的信号设备维护极为不便,信号维护人员不能在短时间内到达设备维护地点,易造成列车运行安全的风险。以宝鸡至兰州客运专线及兰州铁路局高速铁路维护管理模式为研究基础,提出信号设备综合维修平台技术理念及“动态修”、“以换代修”的新型维护体制,解决山区铁路隧道群地段的信号设备维修、维护问题,同时补充和完善既有高速铁路维护制式及标准。

关键词：高速铁路；隧道群；维修维护体制；信号综合维修平台

1概述

高速铁路为满足省会城市之间的12 h到达制，往往需要通过穿越隧道和“以桥代路”的方式来提高列车运行速度，隧道地段较为密集地区以西北和西南地区为主，连续的、密集布置成为其主要特点，因此导致不仅大量的信号室外设备(例如：轨道电路、信号机、电缆等)设置于隧道内、甚至车站或中继站也设置于隧道内。

隧道密集、地形复杂，信号设备发生故障时，信号维修人员不可能在短时间内到达现场，这对列车安全运行非常不利。因此，在目前新的条件和形势下，需要有一种新型的维护系统及体制保证密集隧道内铁路信号设备安全，达到预先修、预先排除故障的效果。本文以宝鸡至兰州客运专线为例，结合现有的维护体制和方法，对密集长大隧道群的信号维护问题进行分析和研究，提出完善的解决方案。

2研究背景

2.1站前工程设计情况

宝鸡至兰州客运专线位于陕西、甘肃两省。线路东起陕西省宝鸡市，西至兰州西站高速场，线路正线长度400.621 km，隧道长度占到全线长度的78%，隧道内信号中继站6处，两车站(东岔车站、定西南车站)咽喉区设置于隧道内。全线隧道概况见表1。

表1　宝兰客运专线全线隧道概况

全线隧道73座，其中长大隧道密集地段5处，其中6个信号中继站设置于密集隧道群内。

2.2信号主要技术标准及信号设备布置

2.2.1本线主要技术标准

宝鸡至兰州客运专线采用CTCS-2级列车运行控制系统，根据地面设备配属设置相应的车载设备满足列车超速防护运行要求；车站采用二乘二取二计算机联锁系统；区间及站内采用ZPW-2000A一体化轨道电路；全线采用分散自律调度集中系统，实现CTC指挥行车。

2.2.2信号设备布置特点

隧道占线路总长度的78%，其中6处信号中继站、820个区间轨道电路、40台转辙设备设置于隧道内，多数隧道设置在山区地段，道路曲折复杂，因此大量的信号室内外设备存在维修、维护困难的问题。

3既有客运专线信号设备监控及维护方式

3.1既有信号设备监控方式

电务段及车站设置监测中心及车站分机，其对列控中心、车站联锁等信号关键设备的关键条件进行实时监控，并对其故障信息进行监测、记录、报警。同时列控中心、联锁、临时限速服务器等关键设备，其自身具有对设备及状态信息的监控功能，可以对其数据进行监测、存储。缺点是其只能实现监控功能，不能满足快速维修的要求。

3.2既有维护体制分析

铁路局针对高速铁路新技术、新装备的特点，在原有普速铁路维护基础上，调整维护机构：电务处设立高铁技术科，电务段设立高铁办，与电务处信号科、电务段技术科共同维护高速铁路信号设备，形成以高铁技术科为主要技术主体，电务段、车间、工区为维护个体的四级维护体制。

高速铁路信号设备实行属地化维护管理，铁路局实行电务处、电务段分级管理；电务段实行段、车间、工区三级维护。以兰州铁路局为例，其设置机构为电务处高铁科、电务段高铁办、综合维修车间、站级工区。兰州铁路局设3个电务段(兰州、嘉峪关、银川电务段)，每条客运专线按其长短设置综合维修车间及综合维修工区(200 km设置1处车间)，宝兰客运专线设置2个车间、2个综合维修工区，11个站级工区。兰州铁路局高速铁路列控维修维护体系如图1所示。

图1　兰州铁路局高速铁路列控维修维护体系

站级工区：第一级维护；信号值班员(信号工)定期监测、检查信号设备，尤其是联锁、列控中心、CTC等关键设备的面板表示灯状态变化情况，并形成专门的报告上报综合维修工区及车间技术及管理人员，对确认的信号故障设备(室内外)经上级审批后进行一般信号设备更换(继电器、发送器、隔离盒等)。

综合维修工区(信号车间)：第二级维护；技术较强的专业技术人员负责将站级工区上报的信号设备故障进行汇总、整理、分析，根据相关设备厂商提供的信号设备配套使用说明及《高速铁路维修规范》对现场发生的故障进行处理，遇到特殊故障上报电务段高铁办处理(三级维护中心)。

电务段高铁办：第三级维护中心；配备高学历、较强的技术能力并熟悉信号各个子系统设备的专业人员，负责全面掌握各条线各个车站、不同设备厂家信号子系统故障状况，对综合维修车间上报的故障信息进行分析，并与相关设备厂家进行结合，解决现场问题，并形成故障日志，为后续出现类似问题提供技术保障。

电务处高铁科：第四级维护，主要管理部门；负责信号设备维修、中修、大修、更新改造、电气特性调整及列控数据、报文运用等专业技术管理工作，对信号设备维护实施专业监督、检查和指导。同时对高速铁路信号建设方案进行审查，参与高速铁路信号工程静、动态验收，联调联试和工程验交工作。

既有维护体制仅仅能够解决信号设备发生故障的监控、定点维修功能，并不能起到快速的效果。因此针对不同的线路条件及特点，尤其是密集隧道群条件下设置专门的维修及监控机制是迫在眉睫的。

4密集隧道群信号设备维护技术及体制研究

随着我国“四纵四横”的高速铁路框架逐步完成、城市之间的城际铁路大面积开工建设，标准化的高速铁路维护、维修体制正在逐步走向完善，“快速、高效、准确”已经成为高速铁路维修体制的代名词，保证信号设备的快速维修条件和时间，新的维修理念就必须提出“值检分离；以预警预修代定点检修”的安全维修理念，以新技术来保证维修维护的要求。

4.1建立智能化的信号设备预先报警系统

长大隧道内信号设备发生故障，尤其是连续的密集隧道地段，车辆无法通行，维护人员在2 h的维修时间内到达10 km以上的隧道内进行设备更换和检修是基本上不可能的，同时隧道内设备故障是无法预知，普通的信号维护人员是无法在短时间内对故障点进行确认和排除，因此，必须建立设备定点自我检测系统和智能预判系统。

4.1.1建立综合型信号系统智能维护平台(图2)

信号设备动态监测系统：由信息采集装置、地面数据中心及查询终端3部分组成。

信息采集装置安装在信号机房或机械室相应机柜内，其中室内信号设备如联锁、列控中心等在系统运行过程中完成信号电子设备的信息采集，其数据通过GPRS网传回地面数据中心，经处理、分析、统计后，通过互联网或铁路办公网传给各查询终端；室外设备通过在地面数据中心存储的收集各条线各种设备故障状态发生的数据曲线进行确定其发生故障的时间范围及更换条件；从而达到对设备故障时间范围的预判实现信号设备静态与动态相结合的目的。

图2　综合型信号系统智能维护平台

4.1.2系统功能分析

采用智能型的专家系统，建立全路监测设备专用网络，将目前路内客运专线线路存在且已经发生的故障信息录入到专家系统中，用智能Agent单元体作为基本单元。网络实时采集各个车站的信息，当发生故障时，将故障信息传输到上一级服务器进行故障分解，将解决方案通过专用网络发送回故障点，在车站、电务段、铁路局的显示终端进行显示和报警，并指导信号工操作。对于不能解决的故障继续向上一级传输，设立工程师站，对故障进行全程跟踪。同时将信号设备发生故障时间范围进行提前预报警，提示信号工进行现场检修。

4.2维修、维护体制及管理办法完善

“天窗修”、“集中修”的高速铁路维修模式已经逐步取代了传统的“小而全”、“铅垂线”、“挤压式”的普速铁路维修维护模式，但是其还不能适应密集隧道群条件下的信号设备维修要求，根据其特点提出完善的两种维修模式。

4.2.1动态故障监测维修——“动态修”

(1)电子设备

利用GPRS 通过无线的方式将实时采集的信息(列控中心、联锁等)通过维修专用网络送入综合维修中心的专家系统，进行实时的故障监测，并对故障提出处理意见返回到现场供工区信号人员使用，并将故障报警和动态监测信息送入车间、电务段、铁路局监测终端处。

(2)其他信号设备

通过对不同厂家设备故障时间范围及故障点进行分析，在地面数据中心录入本局内不同线路，不同信号设备，对其故障时间范围进行预判，形成数据库报警机制，当某个设备在故障判定时间内，发出报警信息及故障预判条件，提示信号工进行设备更换或预修处理。

此种维修方式的特点是：方便、快捷、故障定位准确。

4.2.2实现以“换”代“修”模式

高速铁路不同于以实体设备为主的普速铁路，模块化、板件化、集成化、数字化已经成为其主要特点，普通的信号工程人员是无法在其发生故障时，进行故障排除及设备维修，通常此类设备是硬件安全冗余型设备，板卡也具有备用功能，例如：二乘二取二计算机联锁系统、无线闭塞中心、列控中心等关键设备，因此在设备发生故障时，通常可以进行故障倒接，停用故障板件，和厂家沟通进行现场测试，更换故障板卡，采用更换模块取代普速铁路中的现场修模式已经是信号发展不可或缺的一步。

5结论

不同的技术标准、桥隧比例，信号配套的维护方式略有不同，建立智能化、综合化的信号维修平台是高速铁路发展的关键点，通过先进的网络体系、智能化的监测维护系统，有利于降低信号设备维护的频率和时间，提高维护效率，减少或消除密集隧道群内信号设备故障不能快速维修的缺点，同时建立先进的专家决策系统可以达到车站的无人化，维护人员最简的要求。

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Perfection and Application of Signal Maintenance Technology and Regime for Tunnel Concentrated Area of High-speed RailwayChen Zhi-ying

(China Railway First Survey and Design Institute Group Co., Ltd., Xi’an 710043, China)

Abstract：The railway lines in northwest and southwest of China are built with lots of tunnels, making it inconvenient for maintenance stuff to come to the site in time to carry out their duties, which may lead to traffic risks The paper, on the basis of Baoji to Lanzhou DPL and Lan Zhou railway bureau regime of maintenance, puts forward comprehensiveness signal maintenance system and such new maintenance regime, as“dynamic maintenance”, “replacement-dominated maintenance”, with which signal equipment maintenance for tunnel concentrated area can be better performed, and maintenance regime and standard for high-speed railways can be supplemented and perfected.

Key words：High-speed railway; Tunnel concentrated area; Maintenance regime; Signal comprehensive maintenance platform

中图分类号：U238; U284.92

文献标识码：A

DOI:10.13238/j.issn.1004-2954.2015.02.027

文章编号：1004-2954(2015)02-0110-03

作者简介：陈志颖(1983—)，男，工程师，2008年毕业于兰州交通大学交通信息工程及控制专业，工学硕士，E-mail:chenzhiying1983615@126.com。

基金项目：中铁第一勘察设计院集团有限公司科研项目(院科13-29)

收稿日期：2014-05-28； 修回日期：2014-06-04