國外典型高鐵的監(jiān)控與故障診斷技術(shù)

1、國外典型高鐵的監(jiān)控與故障診斷技術(shù)班級10 級鐵車二班學(xué)號20107306姓名唐 聰高速鐵路的信號監(jiān)控系統(tǒng)要保證列車能夠安全正常的高速行駛， 通訊信號和監(jiān)控系統(tǒng)是一個非常重要 的方面日本、法國、德國、英國等國家在發(fā)展其高速鐵路的同時，都對所用的通 訊、信號設(shè)備進(jìn)行了更新和換代， 有些是在原有的基礎(chǔ)上加以改造， 或造加一套 新系統(tǒng)，有的則全部采用新的通訊、信號設(shè)備?，F(xiàn)將德、日、法等國家高速鐵路 設(shè)置信號和控制系統(tǒng)的概況分別進(jìn)行介紹。(一) 德國高速鐵路的信號監(jiān)控系統(tǒng)原聯(lián)邦德國的鐵路一直使用地面固定信號、 采用預(yù)告信號及主信號。 兩臺信 號機(jī)的間距為 1000m。該距離只能適用于速度 140km h

2、 時的制動。如果列車 增加磁軌制動、也只能適用于 160kmh 的速度。為了適應(yīng)速度的提高 ，聯(lián)邦 鐵路發(fā)展了連續(xù)式列車運(yùn)行自動控制 LZB ( Linien Zug Beeintlus-sung)，在司機(jī)室 內(nèi)設(shè)置信號，并可在 5km 前顯示，車內(nèi)信號將顯示線路的空閑狀態(tài)，需要列車 停車或慢行及相應(yīng)的限制速度。 該項(xiàng)裝置具有強(qiáng)制制動的功能， 即當(dāng)列車不能及 時正確制動， 自控裝置就將強(qiáng)迫列車以較大的減速度制動。 如果列車進(jìn)一步裝備 有自動牽引及制動控制裝最 AFB (Automatische Fahr and Bremssteuerung)，列車 還能以較乎穩(wěn)的減速度 (0.5m ?2?)制

3、動。由于列車施行常用制動時距信號機(jī)的 位置大大遠(yuǎn)于 LZB強(qiáng)制制動， 如果線路上未安裝 LZB裝置、可以使用自動牽引及 制動控制裝置 AFB，用以控制列車的自動運(yùn)行。通過 LZB與 AFB的聯(lián)合運(yùn)用，可 以達(dá)到列車的全程自動與安全運(yùn)行。LZB 系統(tǒng)要求在軌道中間的軌枕上敷設(shè)一條導(dǎo)線 ，用以將 LZB 中心的信息 傳到列車上。 LZB系統(tǒng)從 1965年底用于速度 200kmh 的客運(yùn) (慕尼黑奧格 斯堡)，投入高速列車應(yīng)用已經(jīng)歷了很長的時間。因鋼軌與車輛間有蠕滑存在， 致使信息在地面與列車間的無線傳輸及列車準(zhǔn)確位置的確定存在著問題。 過去對 這個問題的解決方法是采用長回線技術(shù)，即每隔 125m

4、將車輛轉(zhuǎn)動測得的距離 與地面的固定距離比較一致。現(xiàn)今長回線技術(shù)有了新的發(fā)展，可每隔 300m 進(jìn) 行一次計算控制，較好地解決了蠕滑的影響。最近，又發(fā)展了改進(jìn)型的 LZB80裝置，其指示信號的距離提前到 10km?？?滿足在 125%的坡道上高速運(yùn)行的需要。新線上一般只運(yùn)行高速客車及貨車， 在配置了 LZB 裝置以后，原則上可以不安裝地面信號，但考慮到軌道養(yǎng)護(hù)列車 及例處情況下可能在新線上運(yùn)行的普通列車，仍然安裝了三分之一的地面信號， 主要裝在會讓站，越行站及共用線點(diǎn)。此外，新的 LZB80型列車控制系統(tǒng)的機(jī)車 設(shè)備采用了微機(jī)，而且把已在全路運(yùn)用的三頻感應(yīng)諧振式自動停車裝置，即 Indusi 型

5、點(diǎn)式系統(tǒng)作為備用設(shè)備。由于連續(xù)式列車控制系統(tǒng)目前要在全路推廣還 不可能。故在原來 160 點(diǎn)式系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增加了一些功能，研制成 160R型系 統(tǒng)，并且已有 10 套用于現(xiàn)場進(jìn)行試驗(yàn)。 160R型是一個單信道的微機(jī)系統(tǒng) ，微 機(jī)單元是其核心設(shè)備， 160R型的機(jī)車感應(yīng)器與 160 型是一樣的，每個方向裝一 個。 160R型與 160 型相比，增加了對速度與走行距離關(guān)系的監(jiān)督，機(jī)車設(shè)備則 依據(jù)監(jiān)督列車的不同速度而劃分為三個等級， 其制動系數(shù)分別采用 110 （0 級 ）； 70 100 （M級） 和 70 （U級）。列車在地面 500HZ頻率的作用點(diǎn)時，其減速率分 別為 0.535m?2? （

6、0級 ），0.295m?2?（M 級）和不減速（V級），當(dāng)接收 500HZ和 1000HZ頻率時列車速度在 30kmh 以下不實(shí)行緊急制動。（一） 日本高速鐵路的信號監(jiān)控系統(tǒng)日本高速鐵路之所以長期保證安全、高效的良好記錄，主要技術(shù)支柱就是ATC（Automatic Train Contro1和） CTC （Central Train Contro1兩） 種監(jiān)控系統(tǒng)。 ATC主要有地面設(shè)備和車上設(shè)備， 其車上設(shè)備主要是接收機(jī)和駕駛室內(nèi)自動 控制系統(tǒng)司機(jī)根據(jù)駕駛室顯示的信號操作駕駛， 當(dāng)行車速度沒有超過 ATC裝置指 示的速度， 司機(jī)仍可分階段操作； 如果行車速度與指示速度對照的結(jié)果大于指示 速度

7、，列車就會進(jìn)行自動控制。ATC的地面設(shè)備集中設(shè)置在機(jī)房內(nèi)。集中范圍為 2040km，受控的軌道電路 每段長度不超過 1.5km，機(jī)房與軌道電路間用芯線直徑為 1.2mm 的星絞聚乙烯 鋁皮電纜連接。 由于收、發(fā)電平相差 40 多分貝。為避免干擾， 接收與發(fā)送分開， 各使用一根電纜，其傳送距離 2025km。發(fā)送機(jī)采用雙套設(shè)備， 故障時自動轉(zhuǎn)換， 接收機(jī)采用三重系統(tǒng)，三中取二，兩個系統(tǒng)正常時即視為設(shè)備正常。ATC 的地面設(shè)備除了機(jī)房內(nèi)集中安裝的機(jī)架和室外的軌道電路外， 在區(qū)間線 和站內(nèi)還有兩種簡單設(shè)施：其一 、在區(qū)間點(diǎn)式控制停車的地面?zhèn)鞲衅?，這是一 種諧振頻率為 124kHZ 的 Y型無電源感應(yīng)

8、器當(dāng)列車通過時，車上傳感器與它發(fā)生 電磁耦合。使車上某個繼電器落下，從而檢知到它的安裝地點(diǎn)（稱為 P 點(diǎn)），P 點(diǎn)設(shè)置在每個閉塞分區(qū)絕緣節(jié)前面約 150m 處，P 點(diǎn)地感器裝在股道中心， 每組 裝 2個，相距 21+-1m，而以 30kmh的信號再加上這種 P點(diǎn)信號，可用于防止 列車進(jìn)入有車占用的閉塞分區(qū)。其二 、在站內(nèi)控制停車的增線式軌道電路，它 設(shè)置在距離出發(fā)進(jìn)路警沖標(biāo)約 50m 處，用長約 50m 的電纜做成 8 字形環(huán)線，敷 設(shè) 在鋼軌內(nèi)則，而由設(shè)在道旁的送受信號器發(fā)送 840HZ（下行 900HZ）的音頻信息， 用以防止列車冒出停車限界標(biāo) （一種橙黃色十字形反光板。 ）日本使用 AT

9、C 的區(qū)段目前大部分仍是有絕緣的軌道電路，不需要在線路上 設(shè)置空心線圈，補(bǔ)償電容和諧振器等部件。但在一些線路，如青函隧道，某些私 營地鐵，也有使用無絕緣軌道電路的。在這些區(qū)段， ATC 使用的載頻頻率較高。 劃分的軌道電路區(qū)段也比較短一些。 在新干線全部使用 ATC后，地面信號仍以簡 易的方式存在，與中國相似，也有主信號機(jī)、復(fù)示信號機(jī)、進(jìn)路表示器、慢行信 號機(jī)、慢行預(yù)告信號機(jī)、慢行解除信號機(jī)六種，以及停止限界標(biāo)志等。但結(jié)構(gòu)簡 單。當(dāng) ATC發(fā)生故障時，依靠這些標(biāo)志及代用保安方式維持行車。據(jù)說，營運(yùn)十 幾年來還從來沒有啟用過這些地面信號后備設(shè)施。東北和上越新干線的信號保安設(shè)備比東海道、山陽新干線

10、又有了進(jìn)一步的 改進(jìn)和提高。首先是對 ATC裝置進(jìn)行了薪的研究， 并改制成由 2 個信號頻率組成 的 2 周波 ATC 裝置，機(jī)車只能接受正確的信號作為 ATC 信號，大大地提高了信 息的可靠性，從而發(fā)生了根本的變化。另外，以前在發(fā)生緊急停車時， ATC信號 是要斷電的， 即為無電流狀態(tài)下的停車顯示， 后來研究了有電流狀態(tài)下的信號顯 示，于是就不會接收顯示錯誤的信號。這兩條新干線還設(shè)有“ ATC監(jiān)視裝置”、 目的是為了能及時發(fā)現(xiàn)不臺適、 有故障的裝置， 甚至在故障發(fā)生后能盡早知道故 障地點(diǎn)，便于及時救援。此外，在東京總合調(diào)度所內(nèi)的 CTC裝置，用于集中管理線路上的列車， 并構(gòu) 成列車進(jìn)路， 隨

11、時可以確認(rèn)線路上全部列車所處的位置及狀態(tài)， 而列車乘務(wù)員則 憑借列車無線通信設(shè)施，平時作為行車聯(lián)絡(luò)，當(dāng)發(fā)生事故時，能及時調(diào)整列車。 新的 CTC中央裝置中使用了微機(jī)， 并與運(yùn)行管理自動化系統(tǒng)連接， 既具備了總體 的多種功能， 又提高了系統(tǒng)的可靠性。 同時，日本幾條新干線上還裝有許多自動裝置來保證其行車安全，主要有：行車轉(zhuǎn)換鎖定裝置、自動進(jìn)路設(shè)定裝置、列車 防護(hù)裝置、供電段自動切換裝置、 信號用符號收發(fā)裝置、列車本次信號發(fā)送裝置。（二） 法國高速鐵路的信號監(jiān)控系統(tǒng)法國鐵路 （SNCF在） 全國大范圍運(yùn)用點(diǎn)式自動停車系統(tǒng)，并在機(jī)車上安裝二根 接收天線 （僅一根工作 ）一般在有預(yù)告信號機(jī)的線路上都安

12、裝接觸點(diǎn)式，但有的線 路上當(dāng)列車速度超過 160kmh 時則安裝感應(yīng)點(diǎn)式，而兩者可以互相轉(zhuǎn)換，并自 動進(jìn)行。感應(yīng)點(diǎn)式系統(tǒng)采用 6 個頻率（64，67.5，78，81.5，92，98kHZ），其中額 率 67.5kHZ備用、 98kHZ為設(shè)備不正常的信號。法國東南線、大西洋線和在修建的北部線上，其站內(nèi)及區(qū)間都用 UM-71 無 絕緣軌道電路。它是法國 CSEE公司在 1971 年為滿足修建高速鐵路多信息的要求 研制成功的一種移頻制式軌道電路，且具有多信息、無絕緣、抗大電流、防干擾 的特點(diǎn)。它在東南線和大西洋線使用的調(diào)諧區(qū)分別為30m 和 20.4m。軌道電路載頻有 1700HZ，2300HZ，2

13、000HZ，2600HZ 四種，而分上、下行線使用，頻偏為 士 10HZ。調(diào)制信號率為 10.329HZ，每間隔 1.1HZ為一個信息，一共 18 個信息， 但實(shí)際使用 14 個信息。地面軌道電路采用電氣隔離節(jié)，為了延長軌道電路傳輸 長度，每隔 100m 并聯(lián)電容一個，容量為 30uF 法國 UM-71 無絕緣軌道電路發(fā) 送器和接受器均為單套，采用集中方式，電纜芯線直徑為1.2mm、控制長度不大于 7km。地面無信號機(jī)，則以機(jī)車信號顯示為主，并在閉塞分區(qū)分界點(diǎn)處設(shè)停車標(biāo)。車上設(shè)備采用 TVM-300型帶速度監(jiān)督的機(jī)車信號。 這是法國 CSEE公司 1975 年在 UM-71 型無絕緣軌道電路基

14、礎(chǔ)上研制的。并用于法國東南線大西洋線。考 慮到以機(jī)車信號為主， 車上采用雙套設(shè)備，且安裝在機(jī)車的司機(jī)室與機(jī)械室之間， 包括連續(xù)式信息接受設(shè)備、點(diǎn)式信息接受設(shè)備、測速設(shè)備、記錄儀、顯示器和傳 感器等。列車自動控制方式為大階梯武，并要求列車的出口速度不得超過規(guī)定速度 當(dāng)列車超速時設(shè)備就自動實(shí)施緊急制動。由于該超速防護(hù)系統(tǒng)只監(jiān)督出口速度， 必須設(shè)一保護(hù)區(qū)段，區(qū)間采用雙紅燈。站內(nèi)設(shè)越警防護(hù)區(qū)，以保證行車安全。目 前，法國東南線的速度等級為 270、220、35、0km h，而大西洋線的速度等級 為 300、270 、220、160、35、0km h，開口速度均為 35km h。而調(diào)速系統(tǒng)則 采取人機(jī)聯(lián)

15、控，但以入控為主，由司機(jī)人工調(diào)速。正在建設(shè)中的法國北部高速鐵路車上采用微機(jī)控制的 TVM-430 型速度監(jiān)督 的機(jī)車信號裝置，而地面設(shè)備改為編碼發(fā)送方式，信息量增加到 27 個 （如增加 列車運(yùn)行距離和線路平、縱斷面等信息 ）。由于列車自動控制是利用一條平滑連 續(xù)的速度監(jiān)督曲線， 就更接近于司機(jī)通常采用的減速控制方式， 因而可取消保護(hù) 區(qū)段。法國 TGV 高速線的通信傳輸通道都采用八芯光纖的光纜，其中二芯光纖采 用 140Mb s開通 1920 路干線數(shù)字通信系統(tǒng)，其它六芯光纖用于區(qū)段數(shù)字通信 系統(tǒng)。法國高速線的傳輸通道不僅容量大，而且具有備用通道，可靠性高。法國巴黎高速鐵路中央調(diào)度室設(shè)無線調(diào)度， 運(yùn)輸調(diào)度和電力調(diào)度等通信裝置。 它們以獨(dú)立的電話系統(tǒng)與每個車站 （區(qū)段）相連接，最多可以連接 5060 個車站 500 多個用