京通铁路电气化改造站间安全信息传输系统应用及故障辨识处理

曹俊英

（中国铁路北京局集团有限公司 北京工程项目管理部，北京 100038）

1 概述

京通铁路中国铁路北京局集团有限公司管段32个车站站改项目中，由于采用了CXG-js型站间安全信息传输系统，使该工程在时间紧、任务重的情况下保质保量完成了站间信号传输的开通任务。该系统是以计算机技术和光通信技术为基础，利用光纤或光通道取代传统的电缆或架空明线等作为站间信息的传输媒介，同时采用安全信息传输保障技术构成铁路站间安全信息传输的专用设备。站间安全信息传输系统可适用于设计速度160 km/h及以下铁路半自动闭塞区段、自动站间闭塞区段站间联系和场间联系的应用。

站间安全信息传输系统提高了站间信息传输的可靠性和信息容量，节约了电缆铺设成本，简化了设备维护检修工作，在我国应用广泛。文献［1］研究了CXG-hk型站间安全信息传输设备的系统功能、基本原理、系统构成、软件设计和故障处理。文献［2］对CXG-KA型站间安全信息传输设备与64D继电半自动闭塞设备、计轴自动站间闭塞设备和自动闭塞区间改变运行方向电路的结合电路设计进行了介绍。文献［3］研究安全散列算法，保证站间信息的安全传输方案，为进一步提高计算机控制系统功能完善站间信息的传输方式及传输容量。文献［4］阐述了安全信息传输系统的系统组成及功能，并结合工程实际从技术、经济、安全、应用等方面进行分析研究和探讨。文献［5］简要介绍AZS（M）350U站间安全信息传输系统的组成及特点，针对目前该系统在胶济客运专线上应用中的问题，提出了双套热备改造方案，并进行了模拟试验。文献［6］介绍了铁路项目中信号站间安全信息传输系统的设计方案，阐述了安全传输系统的软硬件功能，并结合工程实际从技术、经济、安全、应用等方面进行了分析研究和探讨。文献［7］介绍了内六线站间安全信息传输设备的运用情况、设备原理、日常维护检查、异常报警等。文献［8］结合日常的故障处理经验，对WBS-C安全信息传输系统常见故障进行分析，提出对应的处理方法，为现场技术人员对系统的维护提供了很好的借鉴。文献［9］介绍了AZS（M）350U型安全信息传输系统构成，通过案例介绍了其故障处理方法。

目前，针对站间安全信息传输系统故障处理的研究较少，系统故障研究不够全面和深入。随着站间安全信息传输系统在我国的大量应用，目前的研究已不能满足对站间安全信息传输系统的潜在故障进行系统性和全面性辨识的需求。对站间安全信息传输系统的故障辨识及处理进行全面的分析，提出故障模式引导词集和故障对象引导词集的概念，通过组合的方式提出站间安全信息传输系统的故障分析方法。

2 站间安全信息传输系统功能

站间安全信息传输系统通常采用二乘二取二安全计算机平台［8］，具有较高的安全性和可靠性；站间通信通道冗余，可靠性高；设备具有自诊断功能，可维护性高；与室外无电气连接，具有良好的防雷和电磁兼容特性。站间安全信息传输系统主要包括以下功能：（1）站间安全信息传输；（2）继电器状态的安全采集；（3）继电器状态的安全驱动。

在此以CXG-js型站间安全信息传输系统（简称CXG）为例，分析站间安全信息传输系统的故障辨识及处理流程。

3 CXG工作原理

CXG双系独立采集继电器的前（后）接点，并将采集到的继电器状态通过站间安全通信发送给邻站，邻站CXG控制相应继电器输出。在半自动闭塞区间可以用于传输64D电路的ZDJ和FDJ继电器动作信息，也可用于场联之间信息的透明传输。CXG也可适用于其他车站之间的继电器信息的透明传输。

CXG启动由传输初始化、设备自检、与邻站CXG建立通信3个过程组成，并有相应的信息显示，具体动作如下：

（1）CXG初始化：上电、复位后，将安全相关变量初始化为安全侧；

（2）CXG自检：检查各模块单元工作是否正常，检测到故障时，应保持输出继电器为落下状态，并发出故障报警信息；

（3）与邻站CXG建立通信：当与相邻站通信建立失败时，本站应发出报警信息，同时按站间通信故障处理；当与邻站通信建立成功，无报警信息且工作状态信息表示正常，CXG进入正常工作模式。

CXG进入正常工作模式，源站CXG采集本地站间条件信息后，通过传输通道将站间信息传送给目的站的CXG；目的站CXG根据接收到的站间信息，输出站间条件信息。

CXG具有完善的故障诊断和报警功能，系统与集中监测接口，将自身的工作状态和报警信息发送给集中监测系统。

CXG组成结构见图1。

图1 CXG组成结构

CXG采用二乘二取二安全计算机平台，安全计算机平台进行安全逻辑运算和站间安全信息协议的打包和解包。双系分别采集同一继电器的不同接点，分别驱动同一继电器的不同线圈。系统通过通信板、交换机实现与邻站的站间通信。系统设置独立的维护板，对系统的运行状态进行检测诊断，发生异常进行报警。系统采用维护板通过串口RS422与集中监测进行接口。CXG设备采用双路220 V AC输入，经过防雷、滤波和UPS后，为DC 24 V电源模块供电。DC 24 V电源模块包括2个逻辑电源和2个接口电源，逻辑电源独立为两系供电，接口电源2个模块之间相互冗余，逻辑电源2个模块分别为Ⅰ系和Ⅱ系供电。CXG内部结构见图2。

图2 CXG内部结构

4 CXG故障分析

根据CXG的特点，提出CXG故障分析方法。首先引入CXG故障模式引导词集和故障对象引导词集；然后采用全组合的方式对故障模式引导词集和故障对象引导词集进行组合，生成CXG的故障集。

4.1 CXG故障分析方法

根据CXG的组成结构，分析系统潜在的故障模式，形成CXG典型故障模式引导词集［10］，记为G；分析系统可能发生故障的对象，形成故障对象引导词集，记为O。

首先，采用全组合的方式，对故障模式引导词集和故障对象引导词集进行组合生成CXG的故障集，记为F，即：F=G×O；

然后，根据CXG的业务等知识，删除F中不可能或不合理的故障，形成CXG最终的故障集；

最后，针对每类故障，分析故障现象、判断方法、故障处理方法和故障对行车的影响，分析每类故障的故障处理流程（见图3）。

图3 CXG故障分析方法

4.2 CXG故障辨识

根据CXG的组成结构，CXG典型故障模式引导词集和故障对象引导词集分别为：

G=｛故障，异常，断电，断开，断线｝；

O=｛驱动板，采集板，看门狗板，电源板，主控板，机柜，AC/DC电源，机柜空开，机柜UPS，以太网通信板，交换机，光纤通道，继电器，维护板，与集中监测的连接线｝。

在故障模式引导词集和故障对象引导词集的全组合中，根据CXG使用经验删除不合理的故障，CXG故障集F最终包括27条故障（见表1）。

表1 CXG典型故障

4.3 CXG故障分析

针对表1中的27条故障，结合CXG的功能，将故障类型划分为11类，每类故障的具体内容如下：

单系故障=｛外部干扰导致硬件检测导向安全侧，驱动板故障，采集板故障，看门狗板故障，电源板故障，主控板故障，本系电源异常｝；

双系故障=｛机柜断电后，立即上电，AC/DC电源故障，按照单系故障分别处理每一系的故障｝；

双系掉电=｛机柜空开断开，机柜UPS故障，机柜空开输入端掉电，双系空开断开，AC/DC电源模块故障｝；

单系离线=｛看门狗板故障与邻站通信通道故障，以太网通信板故障，交换机故障，该通信站所在咽喉方向的光纤通道或通信尾纤故障，邻站设备以太网通信板故障或交换机故障或通信尾纤故障｝；

Ⅰ系与Ⅱ系采集不一致=｛继电器某一组接点故障，采集板故障，Ⅰ系或Ⅱ系采集断线｝；

继电器驱动采集不一致=｛继电器故障，无法吸起或落下，采集板故障，继电器驱动配线异常，继电器采集配线异常｝；

继电器采集错误=｛继电器前后接点异常，采集板故障，采集配线异常｝；

以太网通信板故障=｛以太网通信板故障｝；

采集板故障=｛采集板异常｝；

驱动板故障=｛驱动板异常｝；

集中监测与CXG连接异常=｛CXG维护板硬件故障，CXG与集中监测的连接线异常｝。

根据CXG的维护要求，对每类故障从故障现象、判断方法、故障处理方法和故障对行车的影响4个方面进行分析。以单系故障、Ⅰ系与Ⅱ系采集不一致和与邻站通信通道故障3类故障为例，CXG故障分析分别见表2—表4。

表2 单系故障分析

表3 Ⅰ系与Ⅱ系采集不一致分析

表4 与邻站通信通道故障分析

4.4 CXG故障处理流程

针对每类故障，为提高CXG的可维护性，需分析CXG故障的处理流程。以单系故障为例进行分析：单系故障不影响行车，但运用于半自动闭塞线路时，两站之间无法办理区间闭塞操作；运用于场间联系时，2个场之间无法办理场间作业。进一步，如果另一系继续发生故障会直接影响行车。单系故障需要立即处理，处理流程见图4。

图4 单系故障处理措施

5 结束语

以CXG-js型站间安全信息传输系统为例，分析站间安全信息传输系统的工作原理，提出基于故障模式引导词集和故障对象引导词集的故障分析方法，对站间安全信息传输系统进行了详细的故障分析，形成站间安全信息传输系统的故障集、故障分析和故障处理流程，为提高站间安全信息传输系统的可维护性提供技术支持。