微机监测技术在铁路设备故障分析中的应用微电子论文
1.铁路现状及发展:
铁路由于先天的综合优势，全天候、占地少、运量大、能耗低、速度快、安全性好、性价比高，必然成为国家综合交通运输体系中的骨干。从2008年起，中国铁路进入高速铁路时代，通信信号是高速铁路四大核心技术的重要组成部分，直接关系到高速铁路的建设和安全运行。随着高速铁路的兴起，对铁路通信信号在安全和功能上提出了更高的新要求。
2.微机监测简介:
铁路信号微机监测系统是铁路专用信号微机监测设备，是电务维护管理的重要工具。信号微机监测系统利用计算机高速信息处理能力实现不间断的全面、自 动的对信号设备进行实时监测。能够取得完整、连续的实时数据，避免人为因 素的干扰和影响，提高信号设备管理的质量，防止隐性事故发生。同时该设备 存录的大量现场数据对分析事故原因，了解设备状况有很大的帮助。
3.微机监测基本功能：
3.1信息采集
微机监测系统主要监测对象:
3.1.1外电网监测；
外电网输入相电压、线电压、电流、频率、相位角、功率。
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3.1.2电源屏输出监测：
电源屏输出电压、电流、频率、功率；25Hz电源输出电压相位角；智能电源屏通过接口连接。
监测精度：电源电压：±1%；电流：±2%；频率：±0.5Hz；相位角±1% 度；功率：±1%
3.1.3轨道电路监测：n
交流连续式轨道电路监测；轨道继电器交流电压、直流电压；25Hz相敏轨道电路监测；轨道接收端交流电压、相位角；驼峰2.3轨道电路监测；驼峰JWXC-2.3轨道继电器工作电流；
监测精度：电压：±1%；电流：±3%；相位角：±1%
3.1.4转辙机监测：
直流转辙机监测；道岔转换过程中转辙机动作电流、故障电流、动作时间；交流转辙机监测；道岔转换过程中转辙机动作电流、功率和动作时间。驼峰ZD7型直流快速道岔转辙机；道岔转换过程中转辙机动作电流、故障电流和动作时间。
3.1.5道岔表示电压监测：
道岔表示交、直流电压；
监测精度：电流：±2% ，时间≤0.1S；电压：±1%；功率：±2%
3.1.6信号机监测：
列车信号机点灯回路电流的监测；列车信号机的灯丝继电器（DJ,2DJ）工作交流电流。n
监测精度： 电压 ±1%；电流：±2%
3.1.7绝缘漏流监测
3.1.8电缆绝缘监测：
电缆芯线全程对地绝缘；电源对地漏泄电流监测；输出电源对地漏泄电流。
监测精度：绝缘、漏流：±10%
3.1.9站内电码化监测：站内发送盒功出电压、发送电流、载频及低频频率。
3.1.10集中式有绝缘移频自动闭塞监测：
发送端功出电压、发送电流、载频及低频频率；接收端限入电压、移频频率 及低频频率。
监测精度：电压 ±1%；电流：±2%、 频率：±0.1Hz。
3.1.11集中式无绝缘移频自动闭塞监测：n
区间移频发送器发送电压、电流、载频、低频。区间移频接收器轨入、轨出1（主轨）、轨出2（小轨）电压、载频、低频。区间移频电缆模拟网络电缆侧电压。
监测精度：电压 ±1%；电流：±2%、频率：±0.1Hz。
3.1.12半自动闭塞线路电压、电流监测：
监测精度：电压 ±1%；电流：±2%
3.1.13环境状态的模拟量监测：
信号机械室、电源屏室、微机室以及TDCS车务终端机柜内环境温度;民用空调电压、电流、
功率监测;关键设备表面温度监测：
监测精度：温度：±1℃，湿度：±3％RH，电压：±1％，电流：±2％，功率： ±2％
3.1.14开关量监测功能：
按钮状态、控制台表示状态、关键继电器状态等;监测列车信号主灯丝断丝状态并报警;n
对组合架零层、组合侧面以及控制台的主副熔丝转换装置进行监测、记录并报警;通过通信接口对转辙机表示缺口状态进行监测、记录并报警。
3.2站机
站机是车站微机监测系统的核心，主要功能:
3.2.1显示及存储：
站场运用状态图的显示与回放，站场图能够放大、缩小和全屏显示。
开关量的实时状态显示以及历史记录查询。
模拟量的实时测试表格、日报表、日曲线、月曲线、年趋势线。
转辙机动作电流曲线。
控制台按钮操作记录，包括列调车、破封按钮、故障通知按钮等。
关键设备动作次数及时间表，包括转辙机动作次数；破封按钮运用次数；区段占用次数；列车、调车按钮运用次数；故障通知按钮运 用次数、列车、调车信号开放次数等。
电缆绝缘和电源对地漏泄电流的测试表格和变化曲线。
轨道电路分路残压报表记录。
3.2.2数据处理及控制
配置文件、历史数据的导入/导出。
选择多路绝缘进行组合测试。
回放文件的管理与导出。
曲线及各类报表的打印管理和导出。
授权修改基准参数和报警上下限。
向上层网络（服务器、终端）传送各种实时数据，包括开关量、模拟量、报警、预警及各种状态和系统信息。
接收并执行上层的命令，根据需要向上层网络传送响应数据。
3.2.3报警及事件管理
根据预先定义的逻辑，实现一、二、三级实时报警和预警。
语音和声光报警。
报警和预警历史信息的查询。
重要报警的人工确认。
设备故障及报警的汇总、统计和分析。
系统运行事件、用户操作事件等记录及历史查询。
TDCS/CTC系统工作状态记录及故障报警。
列控中心系统工作状态记录及故障报警。
计算机联锁工作状态记录及故障报警。
4.具体故障情况分析：
4.1道岔不能正常动作：
当判断到道岔应该动作而未动作时或没有动作到位时（以总定按钮或总反按钮动作为切入点
），按照道岔动作电路的'工作原理，判断道岔没有 动作的原因：
道岔区段处于锁闭状态；（根据红、白光带和引导总锁条件）；1DQJ没有吸起；2DQJ没有转极；道岔动作电源故障；启动保险熔丝断丝；道岔动作回路断路
4.2道岔断表示：
根据分线盘表示电压的测量，可以得到道岔表示电压的交直流分量。当道岔处于定位或反位时，而道岔表示继电器不能励磁时，可以分析出道岔表示电路中的故障点，如室内断线、室外断线、室外混线、二级管短路、继电器断线、电容断线、电容短路、表示保险熔断等故障，指导信 号工处理故障。
4.3列车信号不能正常开放：
如果白光带没有出现，对于6502电气集中设备，根据按钮表示灯和排 列进路表示灯等采集信息，记录电路的动作程序，通过逻辑分析提供电路 故障的判断范围。主要检查进路上的道岔表示是否正常，进路中所经过的轨道电路区段是否有被占用或被锁闭的情况（包括超限绝缘区段的检 查），如果发现上述条件有异常情况给出提示。
如果白光带已出现，而信号不能开放，则需要检查以下条件：
对于接车信号和正线发车信号，检查判断信号机是否处于红灯断丝状态；
过始端按钮表示灯和信号复示器亮灯情况，判断列车信号继电器是否励磁吸起或不自闭。给出故障判断提示。
对于发车信号，可以根据发车区间不同制式的闭塞（自动闭塞、半自动闭塞、站间联系、场间联系）表示灯信息，检查判断是否满足信号的开放条件，且给出判断提示。
4.4列车信号非正常关闭：
列车信号在开放后，在以下三种情况下关闭为正常关闭，其余情况下均为非正常关闭
列车顺序占用信号机内、外方区段；信号被取消；信号被人工解锁；
监测系统可以检查进路上的道岔表示是否正常，进路中所经过的轨道电路区段是否有被占用或瞬间闪红光带的情况（包括超限绝缘的检查），如果发现上述条件有异 常情况给出提示。检查是否因允许灯光灯丝双断灭灯造成信号关闭；对于发车信号，还可以通过连续监督区间闭塞状态、区间联系、照查等条件，判断是否因这些条件发生变化而造成信号非正常关闭。
4.5对轨道电路的实时分析：
通过对进路列车的自动跟踪，对过车时的轨道电路分路不良进行判断和报警；同时可以判断轨道电路区段的红光带是否异常（正常占用还是区段故障）。并通过对轨道继电器接 收端的交流和直流电压比较分析，判断故障范围。
对区间轨道电路，建立汇总报表集中显示从发送到接收回路中系统测试的各点的模拟量值，利用各个中间点的测试 值，指出可能出现故障的位置，便于维修人员处理故障。与其它系统的接口可以按照标准的协议从微机联锁、TDCS、列控、智能电源屏、智能灯丝等系统获取信息。还可以按照标准的协议向其它系统提供信息。
参考书籍：
《铁路信号新技术概论(修订版)》/林瑜筠/中国铁道出版社
《TJWX-2000型信号微机监测系统》/赵相荣/中国铁道出版社
随着通信网络规模的不断扩大，通信电源设备的稳定性和安全性变得越来越重要。如果电源系统发生直流故障，常常会造成整个通信的全部中断。通信电源设备主要由交流高压、低压变配电设备，直流配电设备，交流稳压器，整流设备，UPS设备，DC/DC变换器，蓄电池，发电机组等组成。
在安装电源系统时，首先先了解下电源的走向。第一，高压经过线路进入高低压配电室（变电所）首先进入高压配电柜；第二，高压配电柜后面就是变压器，将高压变压为380V/220V； 第三，变压器出来接的就是低压配电柜，这个配电柜和其他低压配电柜不一样，因为有油机供电，所以要起到市电油机切换的作用；第四，下来继续接低压配电柜，用交流母牌连接，将电能配送至各单体建筑；第五，如果电能配送至通信机房，则要涉及到UPS，开关电源，当然还有与之配套的蓄电池组。UPS主要保证交流不间断供电，开关电源则是保证直流不间断供电。为了保证不间断供电，UPS和开关电源都要和蓄电池搭配使用。
通信电源建设可以分为交流供电系统建设，直流供电系统建设和接地系统建设。
（1）．交流供电系统
通信电源的交流供电系统一般由高压配电所、降压变压器、柴（汽）油发电机组、UPS和低压配电屏组成。高压配电所和降压变压器应按照电力部门的规范进行建设安装；柴（汽）油发电机组、UPS和低压配电屏的安装应遵照电信电源规范进行。
柴油发电机组安装顺序为：开箱检验，安装固定，稳机找平，排气管加工套丝（或焊接），安装波纹管，安装消音器以及试车调测等。
UPS在安装前，要对单节蓄电池进行外观检查，观察是否有渗漏液及壳体变形破裂现象，然后对单节电池进行开路电压测试并记录。电池连接结束后，要对电池总的输出电压进行测试并记录，以防部分电池极性接反。在连接UPS的交流引入线时，火线零线不允许接反（注意某些UPS还有相序之分）。
低压配电屏安装前要对固定螺丝进行全面加固，测试屏内相间有无短路现象，安装时检查屏内压降。
（2）．直流供电系统
通信设备的直流供电系统一般由整流器、蓄电池、DC/DC变换器和直流配电屏等组成。分为集中供电（见图3-1）和分散供电（见图3.2）
整流器（目前基本都用高频开关电源）安装时要对机架内加固件进行全面加固，检查输入、输出有无短路，加电后要进行电气性能测试。蓄电池在安装时要对蓄电池外观进行检查，对单节开路电压作测试并记录。电池连接结束后，应对总电压进行测试并记录。DC/DC变换器在加电前，要对输入、输出端进行测试，加电后测试输出电压值，同时要对其它性能进行调测。
直流配电屏的安装类似于上面所讲交流屏的安装。
图3-1 集中供电
图3-2 分散供电
（3）．接地系统的建设
为提高通信质量，确保通信设备与人身的安全，通信机房都要求有良好的接地系统。通信电源接地系统通常采用联合地线的接地方式。联合接地的标准连接方式是将接地体通过汇流条（或大截面的铜芯电源线）引入到电力室的接地汇流排，直流工作地、防雷地和保护地再分别从该总地排上引接出来
在通信电源设备的建设过程中，安装人员应本着严谨认真的工作态度去操作，否则会给维护部门造成很多麻烦，甚至造成事故。
3.2 通信电源系统的调测
通信电源系统的调测从工程、运行维护角度对通信电源系统运行质量指标的"五性"----稳定可靠性、可用性、可维护性、可持续性、安全性进行分析和论述，其目的是使现有在运行的系统更加高效、可靠地运行和为以后的工程提供技术支持. 衡量各设备投入运行以后的性能指标
3.2.1 稳定可靠性
稳定可靠性包含稳定性和可靠性两个概念，两者各有自身的含义又互相关联。
稳定性表现在自身运行的三个方面:
(1) 设备运行的稳定度
设备名称 项 目
高频开关电源 杂音指标，稳压精度，均流，负载动态响应
UPS 频率稳定度，电压稳定度，总滤波失真，瞬态时间，动态响应等
蓄电池 动/静态单体端电压的一致性，温升，螺栓紧密情况等
柴油发电机组 机组运行状态，输出电压，频率的稳定度
(2) 设备预设工作模式的持续执行
设备名称 项 目
高频开关电源 双路电的切换，周期性电池放电测试，周期性电池均衡充电，故障自诊断，浮充/均充的自动转换，"三遥"功能，故障回叫，报警功能，二次下电，充电限流，系统限流等。
UPS 周期性电池放电测试，周期性电池均衡充电，故障自诊断，浮充/均充的自动转换，"三遥"功能，故障回叫，报警功能，充电限流，自动分配市电/电池供电方案，自动开/关机程序等
蓄电池 柴油发电机组启动成功率，自启动，自投载，自停机，自补给程序
(3) 自身产生的错误或误动作
设备名称 项 目
高频开关电源 温度漂移，老化漂移影响输出特性和均流；控制单元与整流模块之间的通信故障；控制链路中采样不准确或错发指令；误告警（当告警时不告警，正常时误告警）等。
UPS 温度漂移、老化漂移影响输出特性和并机环流，数字处理器（DSP）或中央处理器（CPU）与整流部分，逆变部分，静态开关，并机板，充电器之间的通信故障或错发指令，误告警（当告警时不告警，正常时误告警）等。
蓄电池 早期容量失效，热失控，中期锑污染，漏液，密封阀顶偏或开/闭阀不精确等。
柴油发电机组 误启动，启动电池自放电，启动电池锑污染，柴油滤清器纸滤芯发涨变软等。
可靠性表现在对外界因素的抵御能力和对自身故障的处理和系统操作能力两方面:
(1) 对外界因素的抵御能力
设备名称 项 目
高频开关电源 市电电压瞬高、瞬低、瞬断，网侧长时过电压，网侧浪涌过电压，负载侧浪涌过电压，负载短路，负载突变，零线电位漂移，零线中断等，海拔超高、超温、超湿、粉尘、盐雾、震动等
UPS 市电电压瞬高、瞬低、瞬断，网侧长时过电压，网侧浪涌过电压，电网波形畸变率，电网频率漂移，负载波峰因数、负载突变，负载短路，负载三相不平衡等，零线共模干扰，零线电位漂移，零线中断等，海拔超高、超温、超湿、粉尘、盐雾、震动等
蓄电池 过充、过放、欠充等超温、超湿、粉尘、盐雾、震动、明火等
柴油发电机组 海拔过高，负载波峰因数，负载短路，三相负载不平衡等
(2) 对自身故障的处理和系统操作
设备名称 项 目
高频开关电源 容错、掩错、隔错功能故障自诊断，系统自动复位，故障回叫，报警功能等
UPS 容错、掩错、隔错功能故障自诊断，系统自动复位，故障回叫，报警功能等主/备机切换，旁路切换，单元互助切换，双总线切换
蓄电池 密封阀排气
柴油发电机组 故障告警，三次不能启动告警，油压低、水温高自动保护停机，主机/备机切换，市电/油机切换等
准确知道蓄电池容量是较准确计算蓄电池组对通信设备放电时间的前提。判断阀控式铅酸蓄电池运行状态有以下几种方法：
（1）离线式容量测试
工程设计中配置的蓄电池一般不少于两组，把蓄电池从供电系统中脱离，接上假负载，使电池组以10小时率或3小时率或1小时率电流放电，放电期间测量蓄电池的端电压及室温，只要电池组中有一只单体的端电压达到规定的终止电压时即停止放电，放电电流乘以放电时间就是电池组放出的实际容量。
（2）在线式核对性放电试验
不把蓄电池从供电系统中脱离，对通信负载（必要时接假负载）进行放电，放出蓄电池额定容量的30％～40％，运用特性对比判断蓄电池的储备容量。如果放电深度不够，会降低容量判断的准确度。
（ 3）电导测试法和内阻测试法
电导即蓄电池内部电阻的倒数，指传导电流的能力。蓄电池的电导与容量有很高的相关性，电导单位为西门子（S）。测量时电导仪向蓄电池两端加一个已知频率和振幅的低频交流电压信号，测量出电压与同相位的交流电流值，交流电流值和交流电压的比值即为蓄电池的电导。
电池的电导反映电池的内部状况，如电解液干涸、板栅腐蚀、接触不良等，这些都会引起电池内阻增大、电导减小，蓄电池容量降低。
内阻测试法与电导测试法原理基本类似，不同的是一般内阻测试仪需要离线测试，电导测试仪可在线测试。
