Transcript 武广高铁信号设备维护管理

Maintenance and Management of the Wuhan-Guangzhou
High-speed Railway Signal Equipments
广州铁路（集团）公司
陈建译
Guangzhou Railway (Group) Corporation
2013.8.29
Chen Jianyi
目 录 Outlook
一、武广高铁信号设备概述
Introdution of the Wuhan-Guangzhou high-speed railway signal
equipments
二、 武广高铁信号设备维护管理简介
Introduction of the maintenance and management of the WuhanGuangzhou high-speed railway signal equipment
三、运营维护中遇到的问题
The problems arising from the maintenance and management
procedure
四、“故障预测、健康管理”在高铁维护中的运用
Fault prediction and health management and their applications on
the high-speed railway maintenance
Outline of the Wuhan-Guangzhou high-speed railway
武广高铁正线全长1068.6公里（管辖
K1225+400~K2294+000）跨湖北、湖南、
广东三省，于2009年12月26日建成开通。
全线共设18个车站，其中，武汉、长沙
南、广州南站等3站为始发站，咸宁北、
岳阳东、株洲西、衡阳东、郴州西、韶
关、清远、广州北等12站为中间站，乌
龙泉东、乐昌东、英德西等3站为越行站。
全线共设武汉、长沙、广州3个动车段
（所）。
4
Outline of the Wuhan-Guangzhou high-speed railway
武广全线共有桥梁523座359km，隧道204座170km，桥隧总
长609km，约占全长的63% ，站区间最长达87公里长，给信
号设备的安装布置特别是接地带来一定的难度。
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武广高铁开通以来运营情况
The operation data since the opening of the WuhanGuangzhou high-speed railway
截止今年8月28日止安全运行1330天
现开行动车组110对左右，上线动车组50列
日均发送旅客（广铁）14万人左右（8月16日）
2012年广铁发送旅客：3185.3万人
2012年全年信号设备故障率0.23件/每百组换算道岔
信号设备未出现过C类及以上的事故
The general design outline for the signal system
武广高铁全线18个正线车站，2处线路所，53个中继站
在武汉和广州分别设有调度中心，共分设4个调度台
武广高铁正线采用CTCS-3级列控系统，运营初期速度
350km/h，现在运营速度300km/h
CTCS-2级列控系统作为降级备用系统，满足最高运营速度
300km/h，并满足200km/h及以上跨线动车组混合运行要求
CTCS-3级与CTCS-2级列控系统共用地面应答器定位信息
采用轨道电路进行占用及列车完整性检查
闭塞分区正向按照固定闭塞划分，反向采用站间运行方式
全线只设进站、出站、进路及调车信号机；区间不设通过信
号机。
动车段及联络线均采用CTCS-2级列控系统
7
The overall structure of the signal system
武广客高铁信号系统由下列子系统设备构成：
CTCS-3级列控系统
无线闭塞中心(RBC)
列控中心(TCC)
临时限速服务器(TSRs)
轨道电路(TC)
应答器(Balise)
信号安全数据网(SDN)
列控车载设备（ATP)
DS6-K5B型计算机联锁系统(Interlocking)
调度集中控制系统（CTC）
信号集中监测系统
信号电源系统
8
The overall structure of the signal system
武汉站
武汉调度中
心
广州南站
武汉站机房
TSRT临时限
速服务器终端
RBC 1~9
RBC-CTC
接口服务器
TSRs 1~3
TSRs-CTC
接口服务器
RBC1
TSR1
乌 咸 赤 岳 汨 长 株 株 株 衡 衡 耒 郴 乐 韶 英 清 广
龙 宁 壁 阳 罗 沙 北 南 洲 山 阳 阳 州 昌 关 德 远 州
泉 北 北 东 东 南 线 线 西 西 东 西 西 东 西 西
北
东
路 路
所 所
RBC RBC
RBC2
RBC3
RBC4
RBC7
RBC8
5
6
TSR2
TSR3
广州南机
房
广州调度
中心
TSRs4
TSRT临时
限速服务器
终端
RBC9
TSR4
全线包含18个车站联锁系统，长沙南、株洲西按区域联锁的方
式控制。
全线设18个车站TCC, 两个线路所TCC, 53个中继站TCC
全线设9个RBC，位于武汉机房
全线对应部署4个临时限速服务器，设4个调度台，赤壁北（不
含）至广州南接入广州调度中心
9
武广高铁信号系统总体结构
The overall structure of the Wuhan-guangzhou
high-speed railway signal system
武广高铁信号系统由列车运行控制系统、车站联锁系统、调度集中控制系统、
信号集中监测系统和信号电源系统等组成，系统总体结构如下图所示。
司机操纵台及常用制动接口
车
载
设
备
DMI
输入
接口
DMI
车载安全计算机
输出
接口
C3
控制单元
C2
控制单元
列车转换网关
C2
控制单元
Profibus
MVB
GSM-R
电台
车载安全计算机
MVB
C3
控制单元
测速模块
测速
单元
RS-485
记录器
应答器信息
接收模块
轨道电路信
息接收单元
轨道电路信
息接收单元
应答器信息
接收模块
PUC
应答器接收天线 轨道电路接收天线
雷达
PG
通用
加密
单元
通信
接口
单元
轨道电路接收天线 应答器接收天线
雷达
速度
传感器
速度
传感器
CAU
PUC
安全数
字接口
无线通信模块
继电器接口
PG
CAU
紧急制动接口
测速
单元
紧急制动
接口
BTS
BTS
BTS
BTS
BTS
OTE
OTE
OTE
OTE
OTE
车载
设备
CAU
PUC
地
面
设
备
轨旁
电子单元
车站
联锁
车站
列控中心
CTC车站
自律分机
轨旁
电子单元
ZPW-2000
轨道电路
微机
监测
中继站
列控中心
ZPW-2000
轨道电路
ZPW-2000
轨道电路
微机
监测
微机
监测
轨旁
电子单元
车站
列控中心
车站
联锁
CTC车站
自律分机
信号集中监测数据通信以太网
列控中心/联锁安全数据通信局域网
无线闭塞中心/联锁安全数据通信以太网
调度集中数据通信以太网
CTC
行调台
维修
中心
其他
调度台
综合
维修台
临时限速
操作终端
RBC
临时限速服务器
GSM-R
主机
通信
服务器
数据库
服务器
应用
服务器
接口
服务器
备机
协议
转换器
RBC本地
操作终端
维护
终端
司法
记录器
ISDN
服务器
TRAU
移动
交换中心
BSC
OTE
广州客专调度中心
Guangzhou dispatching center for the passenger dedicated line
在路局设有客专调度中心，管辖武广二台、三台和广州南枢
纽台。信号系统设有CTC中心机房。
调度中心大厅
CTC中心机房
路局制定CTC机房工艺标准：维修部门提前介入，协调设计施工
，研究施工工艺法，解决综合布线、防雷和电子兼容等问题，减少施
工遗留的安全隐患。(详见《TDCSCTC施工工艺》）
Brief introduction of the maintenance and management of
the Wuhan-Guangzhou high-speed railway signal equipment
（一）机构设置情况 (Organization structure)
广铁集团公司电务处
（下设高铁信号科）
长沙电务段
广州电务段
广州南车间
动
车
基
地
工
区
广
州
北
工
区
清
远
工
区
ATP
广
州
南
工
区
广
州
南
值
班
工
区
动车
ATP车
间
工
区
韶
关
工
区
乐
昌
东
工
区
衡阳东车间
长沙南车间
韶关车间
英
德
西
工
区
岳
阳
东
工
区
汨
罗
东
工
区
长
沙
南
检
修
工
区
长
沙
南
值
班
工
区
动
车
所
工
区
株
洲
西
工
区
衡
阳
东
工
区
耒
阳
西
工
区
衡
山
西
工
区
郴
州
西
工
区
广州电务段管辖实际长度312.451公里。管辖6个车站、1个动车基地、16个中继站
长沙电务段管辖实际长度531.414公里，管辖8个车站、1个动车所、29个中继站及2个线路所
(二）维修工作主要内容及修程修制
The main contents of the maintenance
work and the maintenance process and system
修程修制
采用值检分开的
维修模式
采取计划修、状
态修相结合的维
修方式
日常以加强设备
巡视、监测和数
据分析
车载设备运用检修
（1、2级）、高级
检修（3、4、5级）
三种形式
日常养护
集中检修
测试分析
铁路总公司制定了《高铁信号设备维护管理办法》
1、日常养护和集中检修
Routine maintenance and concentrated inspection&repair
 日常养护项目包括:
Routine maintenance items include:
道岔外锁装置、转辙机、下拉装置、信号机、轨道电路、电缆径
路、电缆箱盒、贯通地线、各种标志牌、应答器、远程LEU、计算机
联锁、列控中心、调度集中、集中监测、智能电源屏、室内组合架、
中继站箱房、安全数据网、各种交换机、服务器等网络设备、融雪装
置。
 集中检修项目包括：
concentrated inspection&repair items include:
道岔外锁装置、转辙机、下拉装置、信号机、轨道电路、电缆径
路、电缆箱盒、贯通地线、各种标志牌、应答器、远程LEU、计算机
联锁、列控中心、调度集中、集中监测、智能电源屏、室内组合架、
中继站箱房、安全数据网、各种交换机、服务器等网络设备、融雪装
置、绝缘测试、防雷元件测试、分路不良残压测试。
2、维修周期和测试分析项目
The maintenance cycle and testing analysis items
• 测试分主要对信号设备如信号机、轨道电路、道岔转辙设备、电缆、
电源、列控及联锁冗余体系等的监测和分析内容，具体的测试分析项
目及周期如下右表所示（依据维修数据分析统计及维护经验定）。
3、委外修
External manufactures commisioned to repair
• 系统设备委外修
高铁开通三年多以来，大部分设备的已过产品保质期，
为了确保高铁设备的稳定运行。目前武广高铁对于列控、
安全数据网、CTC、防火墙、UPS、精密空调等设备，因
现场维修条件和技术力量的限制，通过与设备厂家签订委
外维修合同，定期开展现场巡检和板块入厂修，发挥厂家
的技术优势，提高系统设备的维修养护质量。
（三）维修手段和装备
Maintenance tools and equipments
1、 在路局和电务段分别建立了安全生产调度指挥中心，
进行透明化和点对点的应急处理及日常生产指挥。
电务处调度指挥中心
电务段调度指挥中心
电
务
调
度
指
挥
中
心
总
体
系
统
框
图
2、在车间和工区建立了集中监测系统和车载设备分析中心，基本
满足现场维护要求，设备隐患方面的问题可以通过人工浏览来分
析发现。
3、总公司定期开行动态检测车，检测设备问题，路局每
天早晨第一趟车开行非载客检查确认列车（因为每天晚上
0.00后动车停运进库，设备管理单位开“天窗”检修）。
（四）管理方面：引入安全风险管理
1、建立高铁安全风险管理体系，风险源的研判，制定措施。
2、建立作业过程控制的安全风险提示卡。
3、建立应急处置的安全风险措施。
现场信号工岗位安全风险提示卡
编号：PX07
——电务主体施工（室内）
序
风 险 点
号
1
4
5
控
措
施
联络登记 接到调度命令给点后，方可开始施工。
2 机械室作业
3
防
严禁使用封连线、二极管，严禁违反“七禁止”。
联锁软件 严禁擅自修改联锁电路、软件、数据，绝对保证施工图
数据
纸与设备实物一致。
联锁试验
严禁联锁试验不彻底交付使用，按试验内容试验、记录。
销记开通 开通交付使用后，严禁动设备和修改配线
The problems arising from the operation and
maintenance procedure
1、武广高铁遇到的冰雪灾害--设备安全
Ice and snow disaster in the Wuhan-Guangzhou high-speed
railway—equipment safety
 应答器损伤问题:冰雪天气动
车组由北方运行至南方这种
长距离高铁，由于气温逐渐
升高，动车组底部的冰块融
化脱落。冰块砸伤（砸坏）
应答器、砸断尾缆，造成应
答器故障。
 地面设备电容、连接线损伤
 措施：现场做加固和防护
 值得研究的课题：长距离高
铁设备的环境适应性研究。
如：地面设备防冲击、防松
动、防脱落的措施还需要进
一步优化和方便维修。
2、自然灾害环境条件变化--运营安全
Environmental conditions change caused by the nature
disasters—operation safety
2011年1月20日,武广高铁湖南地区冰雪天气，湖南、广东两地温差
近20度，这也是我们运营环境的特点。
为保障高速铁路运营安全。铁路总公司和路局分别制定了冰雪天气的应
急预案：主要是采取降速运行至200公里及以下，防止了地面设备损伤。
启动湖南境内的道岔融雪装置
湖南段增设１７个重点雪情观测点，全面了解接触网的积雪和结冰情况
湖南境内沿线储备了２８台应急发电机组
起用部分备用动车车组
3. 外界（如飞鸟撞击）影响运营安全
Environmental conditions( such as bird strike) affecting the
operation safety
飞鸟撞击动车的某个部位，引起设备故障，影响运营安全。如2012
年05月10日14时50分，CRH3型43号车组担当G1130次运行到赤壁北至
咸宁北间，因08车1轴上行右侧速度传感器被飞鸟撞击坏，车组自动施加
最大常用制动停车。随车机械师处理后限速200km/h运行，15时40分到
达咸宁北站，G1130次停运，旅客转乘G1132次。
4、高铁运营安全的应急处置
--建立应急处置的非正常行车组织典型场景
Emergency treatment of the high-speed raiway operation safety
--Establish a non-typical traffic organization scenario for
the emergency treatment
1
• 红光带：车站或区间红光带、车站区间都红光带。
2
• 道岔无表示，1组道岔没表示和多组道岔无表示。
3
• 停电：车站设备停电；调度中心设备系统停电。
4
• 列控系统故障：C2、C3故障转C0。
5
• 车载设备故障：ATP故障。
6
• 联锁系统故障：人工接发列车。
7
•CTC系统故障：转非常站控。
8
• 大通道中断
9
.GSM-R故障
Fault prediction and health management and their
applications on the high-speed railway maintenance
（一）高铁健康管理与故障预测的研究
Study on the high-speed railway health management
and fault prediction
故障预测与健康管理（prognostics and health management, 简称PHM)
故障预测是指根据系统现在或历史性能状态和数据，开展预测性地诊断
，包括确定设备或者系统的剩余寿命或正常工作的时间长度；
健康管理是根据诊断/预测信息、可用维修资源和使用要求对维修活动
做出适当决策的能力。
因此，该技术运用到中国高铁的信号维护技术具有十分重要的意义。
PHM 是对复杂系统，使用的机内测试(build-in test, BIT)和状态(健康)监
控能力的进一步扩展, 它是从状态监控向健康管理的转变。 这种转变引入了
对系统未来可靠性的预测能力, 借助这种能力识别和管理故障的发生、规划
维修和安全保障, 提高系统安全性、可靠性和稳定性，从而以较少的维修投
入, 实现基于状态的维修 (condition-based maintenance）。
PHM 系统一般应具备如下功能: 故障检测、故障隔离
、故障诊断、故障预测、健康管理和寿命追踪。对于复杂装
备和系统, PHM 应能实现不同层次、不同级别的综合诊断、
预测和健康管理。
根据高铁的维护特点，PHM 技术我们结合信号的集中
监测技术与系统属性有关的特征参数, 然后将这些特征参数
有用的信息关联, 借助智能算法和模型进行检测、分析、预
测, 并管理系统或设备的工作状态。
下面是我们在高铁维护方面的一些做法和尝试。
1、故障预测模型 (Fault prediction model)
故障预测
预
警
分
析
趋
势
分
析
机
器
学
习
报
警
分
析
区域数据分析中心
联锁维护终端
ZPW-2000维护终端
列控维护终端
微机监测
电源系统监测
动环监测
车
载
设
备
（
ATP)
道岔综合监测
调
度
中
心
（
CTC)
集
中
监
测
平
台
区域数据分析中心:是以铁路局为单位，汇总各电务段的集
中监测数据和各子系统的维修数据，整合路局调度中心和车
载中心的数据，形成区域数据中心。（已经建成）
 区域数据中心主要解决两个问题：一是设备“亚健康”的预
警，二是设备故障报警，发生故障后的找出故障部位
 利用智能算法，如利用神经网络做轨道电路的趋势分析，
利用机器学习故障模型，建立设备故障情况下的数据模型，
找出故障特征，利用概率分类算法，解决设备故障类型判断,
从而开展故障预测。（正在进行）
2、健康管理模型 (Health management model)
健康管理
健康日志
设
备
履
历
设
备
故
障
记
录
设
备
预
警
记
录
区域数据分析中心
年度体检
巡
检
记
录
设
备
整
治
记
录
寿命评估
年状态分析
设
备
更
换
记
录
月
度
统
计
分
析
专
家
检
测
评
估
电务调度指挥管理系统
年
度
统
计
分
析
健康管理：以日常的健康日志、年度体检、寿命评估、年状
态分析开展健康管理，管理设备的健康状况。
 可以从设备出厂之日起到现场的每个车站的每个部位，按
生命周期管理建立设备的基础数据库。利用故障预测系统提
供的预警信息和故障报警信息，建立日常的健康日志
 利用现场的巡视检修测试记录和设备整治记录，建立设备
的年度体检情况
 利用现场设备的更换记录和请行业内专家开展检测、评估
，建立寿命评估体系
利用每月的统计分析和年度统计分析，建立年度状态分析
试点情况：武广（长沙南）、广深港（光明城）、海南东环线（海口站）
，通过区域数据分析中心，建立了如下“三图一表”。即设备状态图、站场平
面图、子系统图，设备维护报表。分别反映故障预测信息和健康状态信息。
预警信息图：通过趋势分析和机器学习，找出“亚健康”状态工作曲线偏移或突
变等预警，在故障前克服，防止了故障的发生。这三个站没有发生此类故障。
轨道电压发生大于20%幅度的波动
主轨出电压发生20%的抖动
动作过程中发生摩擦，道岔摩擦电流过小
道岔动作曲线异常
（二）PHM在高铁设备维护方面下一步研究的主要技术
The next research technology of PHM on the high-speed
railway signal equipment maintenance
1. 健康检查 (Health inspection)。研究的“亚健康”状态。“设备健康
管理”把设备分为三类状态：健康——亚健康——故障。 设备使用寿命
是一个由健康——亚健康——故障——报废，即设备形态与性能由量变
到质变的动态过程。 从而在“亚健康”的事前阶段采取控制对策。
2、研究监测技术“智能化”“专家化”。主要解决判断设备健康指标的
变异，把设备状态信息的采集、分析、诊断和调整、保养、维修决策延
伸到设备应用的现场。
3、研究寿命评估 (Life assessement) 。一是基于统计的设备寿命评估。
按照生命周期的管理对设备分类统计其出厂时间、投入使用时间、使用
环境、使用地点、使用时间与故障率的关系等，从中得出每一类设备在
不同运用环境下使用时间与设备可用性的关系曲线；根据关系曲线和使
用要求获得最佳性价比的设备使用最长寿命，确定合理的大修更新周期
。二是专家测试和评估。由专家采取现场检测和预测进评估，在对结果
进行统计分析处理以获得预测结果。可根据不同设备的运用统计分析以
及测试结果进行评估，预测不同设备寿命估计。
总之，高铁信号设备维护管理是一门非常复杂
的技术，直接关系到运营安全。中国迎来了高铁时
代，维护管理是我们下一步的重要课题之一，我们
将不断的总结、实践、探索、创新。从传统的维护
模式中探索出一条切合中国高铁实际的维护方法。
深入研究“健康管理，故障预测” 在高铁信号设备维
护管理中的应用。同时，我们也将学习世界上其他
国家的高铁维护先进经验，为我国高铁运营做好安
全保障。
Thanks! 谢谢大家！