通过机车信号记录文件分析提升机车信号设备运用维护质量

孙守江，孙一鹏

（1.牡丹江电务段，黑龙江 牡丹江 157000；2.哈尔滨北方防务装备股份有限公司，黑龙江 哈尔滨 150000）

监控装置是用于防止列车冒进信号、运行超速事故的重要行车设备，而机车信号就是监控装置的千里眼，通过识别地面信息来辅助监控装置下达正常运行、限速运行或是停车的指令。所以，机车信号设备稳定可靠地运行，对监控装置发挥防止“两冒一超”功能起到了不可或缺的作用。而要提升机车信号设备运用维护质量，通过机车信号运行记录文件分析来发现问题、解决问题，就是一种极其重要的手段。下面对机车信号设备的组成结构、原理、功能进行简单介绍，并在此基础上就机车信号分析的相关问题逐一探讨（因篇幅限制，本文统一使用科佳信号主机作为分析用例）。

1 机车信号设备组成结构和基本功能

（1）机车信号组成结构和基本原理。JT-C 型机车信号车载系统由机车信号主机、机车感应器、机感接线盒、连接电缆以及灯机构等组成。当机车运行至有码区段后，机车运行方向第一轮对将轨道电路短路并形成短路电流。短路电流会在钢轨上产生一个磁场，机车感应器切割这个磁场时会产生一个感应电动势，这个感应电动势就是机车信号接收到的电码化信息。主机板对这个信息进行数字化处理后输出点灯信号，通过灯机构向司机反映运行前方地面信号机的显示状态，并向LKJ2000 型监控装置提供速度等级、灯显、绝缘节以及其他信息。

（2）机车信号主机是一个有机整体，其组成结构和各插件基本功能如下。a. 机车信号主机由记录板、主机板A、主机板B、连接板、电源板一、电源板二组成。b.主机板是机车信号系统的核心设备，JT-C 型机车信号有2 块完全相同的主机板，采用2 乘2 取2 的方式进行工作，同时采集输入的电码化信息，各自进行双路译码后输出，两块主机板输出信号进行比较，一致时方能输出点灯信号。主机板A 与A 路接收线圈、电源板一构成一套系统，主机板B 与B 路接收线圈、电源板二构成一套系统，形成双机热备冗余，保证在一套机车信号设备故障的情况下系统能够正常工作。主机板上的跳线可以根据使用环境的不同进行调整，保证机车信号在各种发码制式、电化或非电化等情况下能够正常工作。c. 连接板可以实现人工切换工作主机、自动根据端位条件选择接收线圈、完成电源分配等功能。d.记录板可以实时记录机车信号设备工作状态、机车输入条件、乘务员操作和机车感应器接收到的原始地面信号。它通过电气隔离的总线与主机板连接，同步采集运行状态信息，使用512 MB 的CF 卡作为存储器。它通过数据线与机车安全信息综合监测装置进行通讯，实时接收机车号、车次、速度、公里标等列车运行信息并与机车信号工作信息同步进行记录。e. 电源板一和电源板二具有基本相同的电路设计，通过电源模块能够把机车供给的直流110 V 电源（和谐内5 型机车为74 V）转换成机车信号设备工作需要的两路48 V。其中一路输出给信号主机各插件作为工作电源；另一路为由作为动态点灯电源，完成机车信号灯光输出。当主机板正常工作时，动态点灯电源正常输出。主机板一旦发生故障，动态点灯电源停止输出，满足故障导向安全的原则。电源板一设计有“运行－测试”开关，在库内试验无法转换端位的情况下，开关转换到测试位，通过按压I、II 端按钮人工选择两个端位的机车感应器，可以很方便地完成机车信号发码试验。

（3）灯机构。灯机构一般安装在司机室两块风挡玻璃中间，采用双面显示，便于司机和副司机观察灯机构点灯状态。在灯机构的下面安装有载频切换开关，乘务员可以在机车操纵端通过载频切换开关选择上下行。载频能否正常切换对机车信号是否正常工作有着举足轻重的作用，现场经常发生乘务员载频选择错误导致的机车信号不上码问题。

（4）机车感应器。机车感应器安装在机车排障器后方，与机车牵引电机保持一定的距离，可以尽量减少电机产生的电磁干扰。它通过感应钢轨上的电磁信号，输入到机车信号主机板。机车感应器内部均有两个线圈，分别对应主机板A 和主机板B，形成双机热备冗余。当A 路或B 路发生机车感应器线圈断线、线圈短路、线缆断线或短路等问题时，另一路仍然可以正常工作，完成地面信息接收译码和点灯输出。机感接线盒把每端4个机感线圈两两串在一起，形成A、B 两路机感接入机车信号主机。

（5）机车信号设备的功能。a. 接收和译码功能。JT-C 机车信号设备可接收ZPW-2000、UM71、极频、移频4 信息、移频18 信息、交流计数等多种信号制式；通过数字芯片DSP 完成滤波、译码，避免了模拟电路电子元器件电特性发生变化导致的不稳定性。b. 输出机车信号信息。JT-C 型机车信号设备可通过继电器控制输出绿灯、绿黄、黄灯、黄2、双黄、红黄、红灯、白灯、黄2 闪、双黄闪、红黄闪等11 种灯光，还可以向监控装置提供机车过绝缘节信息，满足LKJ2000 型监控装置距离校正的需求。

2 机车信号记录功能详解

为了能够更好地理解机车信号记录分析的相关内容，下面对机车信号记录板的功能、波形存储、记录信息内容、存储模式进行详细介绍。

（1）机车信号记录板的功能是对列车运行过程中机车信号设备采集到的地面发码信息、列车运行状态信息、机车信号工作状态进行存储。它安装在机车信号主机箱内的第一插件位置，记录存储采用512 MB 容量的CF 卡（也可扩充到2 GB 容量），数据转储使用USB 数据接口，传输速率较高，便于作业人员进行记录数据转储。也可以通过摘取CF 卡，将CF 卡内信息使用专用接口转储到计算机中。它能够实时全面地记录列车运行的车次、担当机车号、地面发码制式、波形、幅值、列车运行速度、越过信号机编号、乘务员对机车信号的操作、机车端位、机车电源电压等信息。因采用了隔离方式进行数据传输，保证了记录板一旦发生故障不会影响机车信号设备的正常工作。

（2）机车信号状态数据和波形数据的存储。a. 记录板采用512 MB 容量的CF 卡作为存储器，实时采集存储列车运行信息、乘务员操作情况、地面发码波形、幅值等信息，CF 卡可扩充为2 GB。b. 机车信号记录数据可通过U 盘转储或CF 卡转储两种方式进行转储。U 盘转储一般用于正常状态下机车信号设备工作状态分析，CF 卡转储一般用于发生机车信号故障进行波形、频谱分析。

（3）机车信号记录板主要记录以下信息。a. 人工选择条件，如乘务员选择的上/下行条件、机车端位条件等。b． 机车信号输出的灯光信息、速度等级信息、地面电码化信息、过机信号等。c． 主机工作信息，如载频、低频、电压幅值、主机跳线设置情况等。d. 主机工作条件信息，如外部供电电源信息、机箱温度等。e． 监控装置提供信息，如担当牵引任务的车次、使用机车号、列车运行速度、监控时钟、前方信号机种类及编号等。

（4）机车信号波形记录采用无压缩方式，可以全面、真实地记录机车信号运行状态信息，一旦发生机车信号故障、列车运行事故后，可以提供可靠性极高的记录数据。

3 机车信号分析处理系统构成及功能

机车信号地面分析处理系统的主要作用是将车载记录器的CF 卡内信息通过读卡器或U 盘转储后以图文方式展示界面，具备自动统计分析、图表展示等功能，其主要功能有。（1）图像操作功能。 分析人员可以对波形图像进行进行压缩、拉伸，满足个性化的分析需求。（2）播放操作功能。分析人员可以使用正常播放、逐页查看等方式对记录进行分析，也可使用光标逐个时间节点查看记录的所有信息，便于找到发生问题的记录，判定故障发生的具体原因。（3）频谱分析功能。在发生故障的时间段，可以选择一段波形放大后进行查看，是否存在其他制式的干扰波形导致无法译码输出。或者查看该时段波形的周期、幅值、发停码间隔等是否满足机车信号译码输出要求。

4 分析作业质量存在问题，提升作业标准化水平

通过机车信号记录文件分析，可以发现设备大、中、小、辅修作业和出、入库检测作业质量是否存在简化作业问题，并通过数据的统计分析发现作业存在的普遍性问题、倾向性问题，采取有针对性的整改措施，防范因检查试验不到位造成设备带故障或隐患出库。作业文件分析重点盯控以下项点：（1）作业人员是否按要求进行开关机作业，设备自检过程是否正常、是否能够正常启动。（2）作业人员是否按要求进行端位转换和发码试验，检查机车信号各灯位信号能否正常接收、机车牵引端位发生变化机车信号能否正常收码。（3）作业人员是否按要求进行A/B 机切换试验，检查双机热备是否正常工作、有码切机时能否保持信号正常接收和显示。（4）作业人员是否按要求进行上/下行切换试验，检查上下行切换是否能够正常动作、切换后信号主机能否正常收码。

5 分析发生机车信号工作异常原因，及时采取整治措施

机车信号运行途中发生不上码、掉码、变灯、无码区段上码等问题，均可以通过分析机车信号，调取发生故障时的机车运行信息和地面发码情况，来综合判断具体故障原因。

（1）首先应查看地面发码低频信息和载频信息是否正常：ZPW-2000 上行载频信息为2 000 Hz、2 600 Hz，下行载频信息为1 700 Hz、2 300 Hz；移频上行载频信息为650 Hz、850 Hz，下行载频信息为550 Hz、750Hz。ZPW-2000 制式机车信号低频对应的灯光见表1。

表1 ZPW-2000 低频信息与机车信号灯光对应关系表

如果载频信息和低频信息缺少任意一种或两种都没有，必然导致机车信号不上码或者掉码。

（2）其次查看地面信号的发码制式对应的接收电压幅值是否达到标准，ZPW-2000 系统接收电压应不低于92.5 mV，移频电化区段550 Hz 电压不低于14.7 mV、650 Hz 电压不低于13.5 mV、750 Hz 电压不低于11.5 mV、850 Hz 电压不低于9.2 mV，移频非电化区段550 Hz 电压不低于5.18 mV、650 Hz 电压不低于4.72 mV、750 Hz 电压不低于4.35 mV、850 Hz 电压不低于4.16 mV，交流计数非电化区段电压不低于10 mV，电化区段不低于8.6 mV。主机接收电压小于机车信号灵敏度的要求，将会导致机车信号无法正常接收译码。

（3）再次查看信号主机的工作状态是否正常，是否存在电源电压异常波动、工作机是否来回切换、“A 机故障”和“B 机故障”栏是显示故障，以上记录出现问题必然导致信号主机不能正常工作。如果发生故障，应查看设备故障代码，通过代码分析信号主机的具体故障点。

（4）此外，应查看机车是否只在当前地点发生异常，如果机车信号在相邻的运行区段均上码正常，则排除机车故障的可能性，通知现场信号车间重点查找轨道电路和发码设备质量问题。还可以调查经过该地点的其它车次是否上码正常，来辅助判断是否为地面设备问题。

（5）还可查看机车信号接收到地面码后是否在规定的时间内点灯输出，如果超出了规定时间无点灯输出，且电压灵敏度符合要求，则可判定为机车信号故障。机车信号设备ZPW－2000 信息应变时间的规定：绿5 灯1.2 s，绿4 灯1.0 s，绿3 灯2.0 s，绿2 灯1.9 s，绿灯2.0 s，绿黄灯1.7 s，黄2 灯1.6 s，黄灯1.4 s，双黄1.3 s，双黄闪1.2 s，黄2 闪1.2 s，红黄0.9 s。可以看出红黄灯应变时间最短，绿灯应变时间最长。

（6）机车信号掉码原因分析。a. 发码制式为极频、交流计数等制式时，低频信息极易受到外界干扰导致机车信号上码慢或掉码问题，通过对波形的分析，可以确定问题发生原因，如：交流计数50 Hz 制式时，如果机车干扰频率同样为50 Hz 且信号较强，就会淹没有用信号，造成机车信号无法译码输出；如果接收交流制式信息时，机车信号主机同时收到了移频550 Hz－移频850 Hz 信号，机车信号会判断同时接收两种制式信息，也无法译码输出。b. 如果机车信号设备在停车状态下能够正常上码，而在低速度运行时发生掉码现象，则判断可能为机车信号设备插件接触不良，列车低速运行状态下振动较大造成设备无法正常工作。

（7）有码区段错误上码。这种问题一般是地面发码信息错误，通过分析错误上码时的载频和低频信息、位置信息等，就可以判定发生问题的地点和原因。

6 分析特殊信息

根据机车信号主机使用的不同车型，检查主机板跳线设置是否正确，防范信号制式设置错误造成运行中机车信号设备不上码。

ZP1：设置为“0”，主机适用于电化区段运行，设置为“1”，主机适用于非电化区段运行。

交流计数制式设置：接收交接50 周信号，JL1/JL2设置为10，主机适用于非电化区段运行；接收交流25周信号，JL1/JL2 设置为01，主机适用于电化区段运行。

移频制式设置：YP1/YP2/YP3 设置为100 时，主机适用于非电化区段运行；YP1/YP2/YP3 设置为010 时，主机适用于电化区段运行。

UM71、ZPW-2000 制式设置：ZPW1/ZPW2/ZPW3设置为100，电化和非电化区段主机板统一使用此设置方式。

以上各项设置在现场使用中须有机结合使用，如ZP1 设置为“1”时，即选择非电化区段，那么分析各制式主机跳线设置，则交流计数须选择交流“10”、移频须选择“100”、ZPW-2000 须选择“100”。

分析人员分析主机板设置方式时，首先必须知道该车型属于内燃还是电力机车，内燃机车应为非电化主机，电力机车应为电化主机，据此首先确认ZP1 的设置是否正确，不一致则为主机板制式使用错误。如果分析中发现ZP1 设置为电化而主机板各制式设置存在非电化情况，或者反过来ZP1 设置为非电化而主机板各制式设置为电化情况，均为主机板跳线设置错误。错误的设置一旦运行到对应区段，便会导致机车信号不上码故障，引发行车概况甚至事故。

7 分析设备存在的隐患问题

（1）通过分析机车信号的全程运行记录，检查是否有异常的切机问题，如果某块主机板不能正常工作，则工作过程中始终不能切到该块主机板，如果人工切换，也会再次转换到另一块板工作。如果发现这样的问题，就可以及时处置因作业人员未发现该问题而导致的故障隐患。

（2）通过分析也可以发现机车信号时钟误差大、不记录TAX 箱传送的列车运行信息、运行中制式频繁变化、运行中频繁记录上电、机车型号和机车号记录错误、记录主机板故障、记录主机板板内故障（板内多故障）、记录机车信号线圈断线、记录主机板无码切机、AB 机切换时记录无主机、记录电源电压低或电压高、记录库内无主机并灭灯、记录灯反馈故障、信号电压波形不准、主机板降级故障、跳线设置不正确、双机记录不一致等等问题，结合设备检查确定产生问题的具体原因，及时采取相应的整治措施。