铁路信号系统的构成和故障因素初探

张晓尘

中国铁路北京局集团有限公司北京电务段 北京 100071

1 我国铁路信号系统的市场状况及发展趋势

随着国民经济的快速增长，我国铁路基础设施投资逐年增加。中国铁路进入了快速发展的时代。2013年至2017年，国家铁路完成固定资产投资3.9万亿元。2019年，全国铁路旅客发送量35.79亿人次，比上年增加2.61亿人次，增长7.9%；货运量34.44亿吨，比上年增长2.5亿吨，增长7.8%。资产投资8029亿元，新开工铁路8489公里，其中高速铁路5474公里。截至2019年底，全国铁路营业里程超过13.9万公里，其中高速铁路3.5万公里。

未来铁路建设的重点将以高速铁路建设为主，铁路信息化投资比重将逐步从2008年前的1%提高到4%以上。这个数字在欧洲等发达国家是15%。铁路信息化的核心是实现智能调度指挥，建立交通安全保障体系。在信息化投资总额中，铁路安全信号系统投资约占5%-8%。

从技术上讲，铁路信号系统的发展经历了两个阶段。它们是机械联锁和电气装置联锁（继电联锁）。随着计算机微处理器系统等新兴技术的不断发展和成熟，计算机联锁系统已逐渐成长为适应铁路发展方向的新一代安全信号系统。随着铁路信号系统向智能化、多功能化发展，整个系统的复杂性也呈指数级增长。在保证系统安全的问题上，难度逐渐加大。为了适应这种变化趋势，技术上出现了一种结构不同的冗余容错模式。随着我国高密度、高速铁路的发展，现有的车站铁路信号联锁系统已经不能适应铁路信号可靠性和安全性的更高要求，未来还会出现更先进的系统。

2 铁路信号系统基本概述

铁路信号系统在铁路应用中发挥着重要的作用，而传统的铁路信号系统主要包括两个方面。一方面，它包括预告服务和铁路电报系统；另一方面包括铁路电话业务，包括铁路调度指挥功能。在实际工作中，通信和通信、路况通信和电话指挥主要通过站与站之间的电话连接进行。详细了解列车编组的实时运行情况，并以此作为调整车辆编组的参考。通过对传统铁路通信信号在实际运行过程中所起的作用的分析，对这种车辆运行工作进行了划分。作为一种通信媒介，它可以在正确引导铁路通信的同时，实现线路和联锁。准确无误，为两站之间的自动闭塞和半自动闭塞提供了保证措施。

在铁路提速运输模式下，铁路信号设施为行车安全和电气设备的引进提供了巨大的保障。特别是在电气集中和自动化闭塞的情况下，铁路车辆调度可以通过先进的网络远程控制技术，实现对列车运行的自动准确指挥；降低了现场工作人员在接送车辆过程中的劳动强度，提高了出发效率，保证了出发的准确性和安全性。可以说，在铁路提速的背景下，铁路信号设备不仅能够最大限度地提高运行过程的安全性，更重要的是能够在保证安全、及时的基础上实现取、递、间隔操作的自动化。增加了铁路列车的密度和通过速度。如果铁路信号系统出现故障，不仅会给铁路运输部门带来运力损失，还可能对乘客的生命和财产安全构成严重威胁。铁路信号系统对保证铁路安全稳定运行具有不可替代的作用。因此，铁路信号系统的故障引起了越来越多的关注。为了保证铁路信号系统故障修复工作的顺利开展，有必要保证相关人员对铁路信号系统的组成有正确的认识。

3 铁路信号系统的构成

通常，铁路信号系统主要由车站联锁、区段封锁、列车运行控制、列车调度控制、道口信号和信号微机监控六部分组成。

（1）站场联锁：维护站场道岔，进路，信号之间的联锁关系。对于较大的车站，为了提高车站的效率，往往将整条线路划分成几个区段，列车通过一个区段后就会解锁，从而开通其他的线路。

（2）区间闭塞：保证一次只能有一列火车在某一区间或某一区段运行的系统。

（3）列车运行控制：根据列车在铁路线上运行的客观条件和实际情况，对列车运行速度和制动方式进行监督、控制和调整的技术设备。

（4）列车调度控制：列车调度控制系统是基于局部自动化的远程控制远程信令系统，基于区间闭塞和车站联锁设备。

（5）道口信号：指为保证列车、公路交通安全，在铁路、公路平面道口设置的信号设备。

（6）信号微机监控：信号集中监控系统是铁路运输的重要行车安全装置，在信号维护技术向数字化、自动化发展方面取得了重大突破。该监控系统利用微机的高速信息处理能力，使信号设备具有自诊断功能。

目前，我国现代信息技术的飞速发展和计算机系统的广泛应用，使得现代交通调度系统具有远程自动处理的功能。驱动调度指挥系统由TDCS和调度集中系统组成。随着新一代分散自治调度集中系统的应用，调度指挥自动化系统的驱动技术取得了长足的进步。我国铁路目前常用的闭锁设备有自动闭锁、自动闭锁、半自动闭锁等，以保证在区间或闭锁区间内一次只能运行一列列车，且闭锁系统具有相关的设备和技术。车站不仅有主干线，而且还有进出站等线路。各工位称为接线分界点，其中线和有色光信号为非接线分界点，在自动闭塞段中，通过有色光信号的通道称为闭塞区。此外，车站联锁系统还包括信号联锁、轨道电路和站内代码、开关电源设备、信号集中监控系统、信号集中监控系统、信号设备综合防雷系统等。其中，信号机是铁路视觉信号的重要组成部分，与其他系统有着密切的联系。

4 铁路信号系统运行过程中存在的问题

4.1 缺乏统一的标准

虽然我国普通铁路发展相对较好，但高速铁路作为一种新兴事物，在运行中还存在许多不足之处。通常状况下，高铁出现的很多问题都是在运行过程中发现的，然后根据实际状况对出现的问题进行整改，在这样的状况下，导致在解决高铁中出现问题的时候没有一个统一的标准。由于高铁行业起步较晚，在生产过程中信号系统没有统一的标准可供参考。因此，信号制造商在生产信号部件时只能按免费标准生产，这为高速铁路信号系统的正常运行埋下了隐患。

4.2 信号平台故障

信号平台是保证高速铁路正常运行的基础。虽然技术在不断发展，高速铁路的控制是由计算机完成的，但是高速铁路使用的计算机与国际标准不同，所以高速铁路在运行过程中只能通过一些软件来控制。由于我国的软件水平不高，难以对高速铁路故障进行实时监测，导致高速铁路故障的概率大大增加。

4.3 信号安装调试故障

为了保证高速铁路的运行效率，高速铁路在运行过程中布置得非常紧凑，一旦发生故障需要立即恢复。由于维修时间相对紧张，在高速铁路信号设备的安装过程中很难保证施工技术达到相关标准，信号设备安装后也很难进行有效管理。如果在高速铁路供电系统建设过程中，电缆的屏蔽层没有按照有关规定正确施工，将大大降低高速铁路线路的防雷能力。此外，在进行实际施工的时候，一些施工单位没有按照施工方案进行施工，而是擅自缩短施工步骤，把通信电缆和电力电缆放在一起，使得无法对运行过程中的高铁进行良好的控制，在调试列车通信系统的过程中，由于操作人员在操作过程中存在技术缺陷，导致高速铁路信号系统无法有效调试，导致信号系统在高速铁路运行过程中存在。影响正常驾驶安全的不安全因素有很多。

5 铁路信号系统设备故障及原因

5.1 电源出现故障的主要原因

如果出现电源故障，没有后备电源，干电池的连接线断开，电池的出线未连接等情况，将导致信号装置的电源输出端无电压。如果干电池中的端子不牢固，常见的供电串、电池漏电、内阻增大、交流电压降低、碳棒接触不良等，信号设备的供电就会不足。如果端子处于半接触状态，则设备电源端子电压不稳定。

5.2 接触出现故障的主要原因

接触失效的主要原因是端子松动、接触处氧化或接触不良。当触点腐蚀时，焊丝松动或虚焊使端子松动。当继电器、手柄、按钮与触点之间的距离比较大，且压力比较小时，触点可能较差。

5.3 铁路信号微机联锁失败的主要原因

通常状况下，铁路信号微机联锁系统中都使用了大量的计算机网络技术。工作人员将收到系统发出的网络断开提示，以便做出正确的决策，使系统正常运行。故障类型很多，通常包括上位机和下位机通信、信号、开关和跟踪电路等故障。

6 铁路信号系统故障的处理方法

6.1 技术方面

当铁路信号系统发生故障时，首先要通过各种手段确定故障点是在控制室还是在电源屏蔽室或室外线路。一般故障排除步骤如下：

第一步：从室内控制台了解故障的出现，确定故障的位置。

第二步：从分线盘上进行测量，区分室内外故障。

第三步：对电缆箱和轨道箱进行测量，区分电缆和设备故障。

逐步将故障压缩到最小范围，然后根据压缩范围仔细搜索，记住要盲目搜索，扩大故障影响范围。

（1）电源类型故障维修策略。铁路信号系统供电类型故障的修复可以从以下几个方面进行：一是对供电接地和供电串功率进行科学合理的测试。在检查直流电源接地情况的过程中，可以采用一种假想的方法。将正电极与万用表连接，负电极与地面连接。正常情况下，两电平对地的电压小于或等于1：3。如果该值大于该标准值，则需要及时进行检测工作，对故障问题进行检查。其次，您需要尽快找到电源故障点。为了澄清故障点，可以采用分级部分保险方法断开电源屏幕保护程序的输出线。组合框架保险可先断开，再逐个关闭。

（2）接触类型故障维修策略。对于铁路信号系统接触故障的维修，可以采用以下方法：首先，频率对有耗线路和理想线路的信号传输有相同的影响。如果只有接触电阻，信号的传输不会受到电触点故障频率的影响。如果只有接触电容，输出信号的频率就会受到频率的影响。随着频率的不断增加，频率逐渐降低。如果同时存在接触电阻和接触电容，随着频率的不断增加，输出信号的幅值会逐渐减小。如果在接触阻抗中只存在接触电容，那么输出信号的幅值将在一定程度上受到频率的影响。如果在接触阻抗中只有接触电阻，那么输出信号将不受频率的影响。其次，如果存在阻抗失配问题，输出信号的幅值会随着频率的变化而波动，波动的程度直接与其复杂性有关。

（3）铁路信号微机联锁系统故障故障维修策略。第一，网络中断故障排除。首先检查网络电缆连接，观察指示灯是否正常闪烁。如果网络连接没有问题，就有必要检查计算机内部程序的运行情况。一旦发现问题，就可以从内部程序问题开始。如果没有问题，如果你想检查电脑的网卡，你可以换一张新的。如果网络正常，说明网卡有问题。第二，上位机和下位机的通信故障处理。首先检查上位机和下位机的通讯接口是否紧固，电缆是否断开。如果一切正常，继续检查长线驱动程序，看看它是否正常工作。如果线路在运行过程中还处于正常的状况下，还要严格的检查模板的状况，看是否运行良好。第三，处理信号故障。当检测到微机联锁系统的信号故障时，工作人员必须从分离盘启动，并向进给继电器发出指令，说明启动控制电路正常。大多数信号量动作都禁止光。如果照明正常，说明有故障，工作人员应重点检测微机联锁系统中的室内接触线。

6.2 加强平台建设

虽然近几年，我过高速铁路建设非常快，但是由于我国高速铁路建设起步比较晚，在很多技术上还存在较多的缺陷，在此过程中，我们可以有效的借鉴国外在高铁建设方面的技术，从而使得我国高速铁路建设能够更快的发展，建设一个更加高效地铁路信号系统，保证我国高速铁路系统能够稳定安全的运行。

6.3 完善高铁信号

对高铁信号系统进行不断地完善，有效地建立一个高效地稳定地铁路信号系统，就现阶段来看，我国铁路信号系统方面还还没有比较完整地规范以及标准，因此，在对铁路信号进行管理维护地过程中，应该根据实际状况，有效地制定相关的标准合规范，以更好的保证高速铁路系统能够稳定安全的运行。

6.4 做好故障预测与管理技术

故障预测是预测系统信号与系统的现状相结合，历史操作条件和性能参数，包括：试图澄清设备或系统的剩余的工作时间和时间可以正常工作，结合各种类型的诊断和预测数据和数据可用的资源和实际需求开展工作。PHM是故障预测与管理系统的简称。该系统具有以下功能：故障检测、故障隔离、故障诊断、故障预测、管理和跟踪。基于高铁信号系统的高复杂性，可以将其划分为不同的横杆和不同的层进行管理工作，这是基于更全面的信号诊断和预测。PHM实现了信号浓度与监控技术等系统特性的有机结合。通过合理的使用不同的参数，可以对系统进行合理的控制和优化，对系统进行有效的管理，使系统处于合理的工作状态。该技术对于维护我国高速铁路信号的正常运行具有积极意义。

总的来讲，我国高速铁路建设规模一直在不断的扩大，虽然在部分技术中还存在一定的缺陷，但是就现阶段来看，我国高速铁路建设已经得到了很好的发展，也有一些技术已经在世界众名列前茅，而对于铁路信号系统来讲，此系统是一个比较庞大的机体，其在运行过程中会受到很多因素的影响，所以在发展过程中，必须根据实际状况，选择最适合的组和方案，在这样的状况下才能够使得高速铁路建设有跨越式的发展。