摘要：随着我国高铁建设的迅猛发展，中国成为高铁在建规模最大、运营里程最长和运营速度最快的国家。随着高铁规模的扩大和信息技术的发展，铁路信号监测设备功能由单一化向复杂化和综合化转变，成为保障列车安全和安全调度和指挥的重要手段，因此对铁路信号进行运行状态评价和预警具有重要意义。文章对铁路信号系统故障分析与实际应用进行了研究分析，以供参考。
关键词：铁路；信号系统；故障分析
1前言
自动化技术指的是借助综合性技术（控制技术、计算机技术、电子技术、信息技术）完成在多行业普及目的。由于科技水平不断提高，依托于科学技术的自动化技术逐渐普及到了各个行业，自动化技术的发展趋势主要包括四个方向，即机电一体化、监控智能化、机械功能多元化、结构运动高精度化。得益于自动化技术的便捷性，工业和农业在生产方面得到了突飞猛进的发展。在铁路信号设备运行方面，自动化技术同样占有相当重要的位置，铁路信号设备中十分重要的组成元件为铁路信号继电器，它是实现铁路信号自动化控制的基础元件，能够确保信号设备安全稳定的运行。继电器既能掌控电路开关，又能提高信号精度及准确性，并且具有较高的安全性和稳定性。
2自动化技术在铁路信号设备中的应用分析
2.1应用于继电器信号设备的自动化技术
基础元件选为继电器，通过继电器构成控制电路进而完成自动化控制要求。为了确保继电器相关参数符合标准，务必根据特定条件约束应用行为，应采用串联的方式使用继电器，并在使用时确保串联数量来满足电压要求。以复示继电器为准则实现自动化设置目的，使其迎合电路需要，其中，和分别代表信号继电器和按钮继电器，确保继电器设备准确表达。如果继电器功能相同，继电器作用一致，那么应在原有基础上进行细化，以此提高识别准确性。继电器与设备定位状态相同，开通定位及关闭定位分别由道岔定位状态和信号机定位状态呈现。此外，继电器落下状态调节时，应在保证设备稳定性、安全性的前提下完成调节任务，同时，遵循安全性原则。当信号继电器落下时，则要求信号机处于关闭状态，而当轨道继电器处于落下状态时，代表轨道电路状态为占用状态，其中，继电器定位状态主要根据箭头方向来显示。为迎合自动化控制目的，应根据相关要求以及规定完成线圈设置任务，线圈设置期间应全面保证安全性和实用性，注意单线圈设置要求。单线圈设置条件下，继电器功率消耗也会增加，线圈温度容易偏高。因此，为了解决这一问题，依据实际需要选用分线圈方式，继电器多选用两线圈串联方式，同时，借助自动化技术完成设备调节任务，从整体上提高电器设备稳定性，确保电压稳定运行。
2.2应用于检测铁路信号设备故障的自动化技术
在铁路信号设备运行期间，设备运行期间存在的故障能被及时监测，这一过程及自动化监测技术优势彰显的过程，意味着该技术应用实现了对铁路信号设备的管理控制与有效监督。在全面实现自动化检测技术之前，对于存在铁路信号设备中的一些小故障来说，其本身能够自行快速修复，而出现一些比较复杂的故障或者故障问题较为严重且繁琐，查明信号设备故障的原因通常需要的时间比较长，甚至有可能耗时很长也无法查明故障的原因，同时维修处理故障所需时间也相应较长。为了确保铁路信号设备的稳定运行，只有明确诊断出故障的原因，才能采取有效的措施来解决处理相应的故障问题。基于此，自动化监测技术实现了铁路信号设备的全天实时监测，根据监督与管理系统运行中的数据变化，及时发现信号设备中出现的数据异常和系统故障问题，采取有效的措施来消除故障，缩短故障存在时间，使系统迅速恢复到稳定状态。
2.3应用于道岔及轨道电路监控的自动化技术
道岔和轨道是铁路信号设备系统中至关重要的设施，应用自动化监测技术能够对道岔和电路设施运行过程中的电流变化进行有效观测与记录。自动化监测技术能够准确记录下检测到系统数据信息，当道岔故障发生时，根据维护人员能够据检测到的电流变化找出故障原因，并及时进行处理解决，同时，工作人员通过得到的系统数据信息，为各个道岔设备量身定制特有的准确标准线。除此之外，现阶段我国轨道由于电路问题极易造成各种轨道电路故障，有些故障瞬间发生，导致维修工作人员对电气的变化情况无法有效控制，无法准确判断故障发生地，如若不能及时处理，很容易造成更大的损失。自动化监测技术的应用有效解决了上述问题，自动化技术实现了全面监控和记录设备情况，轨道电路运行状态被实时监测，当发生故障时，维修人员能够快速找出故障的产生区域和原因，及时做出相应的处理方案。
3铁路信号设备故障诊断
铁路信号设备故障诊断的过程，就是从大规模的数据库中发现各项之间的关联关系，进而生成关联规则的过程。根据这些数据的挖掘结果对铁路信号设备故障做出诊断、预测。所以，运用故障诊断技术不仅可以预测故障，还可以快速定位故障方位，给出故障信息，为工作人员及时处理、修复故障提供便利，这对保障列车的安全运行有重要的意义。
3.1故障诊断流程
（1） 建立数据库：收集列车运行状态及以往信号设备的故障、报警数据等，建立故障和状态信息数据库。（2）数据挖掘：由于故障和状态信息数据库相当庞大，先进行数据预处理。利用Apriori算法对处理后的故障数据库进行挖掘处理，得到故障强关联规则。（3）评估决策：对生成的关联规则数据结果进行运算处理，并对数据结果进行性能评估，若通过评估指标，就实施决策；反之重新提交故障数据，以得出是否相关联的结论。
3.2故障数据处理
一般来说，原始数据可能存在着重复、多余、不完整等特点。通过对数据预处理来提高数据的质量。对数据进行预处理，可以提高数据挖掘的准确性，主要包括检查数据的完整性和一致性，填补缺失的字段，剔除重复和错误数据并排除不需要挖掘的字段等内容，以得到更符合要求的数据，减少算法的运算周期，提高准确率。铁路信号设备采集的数据库中包含故障信息、状态信息和报警信息等，有故障类型、故障编号、列车编号、时间、速度、运行公里数、始发站、到达站等信息。
3.3关联规则
挖掘采用Apriori算法对故障进行诊断预测分析，就要明确各项、项集、事务，然后依据数据库进行数据分析处理。铁路信号设备数据库中的所有信息记为关联规则中的事务，每条记录记为1个项集，记录中的每条信息记为1项。定义min-sup为10%。通过运用算法分析数据，可得出铁路信号设备故障事务数据。
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3.4诊断处理
通过对铁路信号设备故障关联规则进行挖掘，结合专家故障诊断经验等对故障进行处理诊断，根据诊断结果执行操作。
3.5诊断有效性
评估衡量铁路信号设备故障诊断的有效性可以用提升度（lift）来反映，它主要体现了A的出现对B出现的概率产生了多大的影响，用来判断规则是否有实际的利用价值。
4铁路信号系统设备故障及原因
4.1铁路轨道分路故障的主要原因
铁路信号系统失效的一个主要因素是轨道电路的分支问题。钢轨表面易被污染与锈蚀，会对电阻率造成干扰，不利于电路传送信号。车流量会带来一些影响，列车行驶中轮对轨会产生一定的摩擦，在这期间会带走钢轨表面的污染与锈蚀，消除污染和腐蚀的关键因素是铁路运营期间列车的速度和数量。轨道表面的电压也会在电路分流器中引起不良现象。这将影响轨道上电路信号的传输，导致轨道电路中的路由问题。
4.2电源出现故障的主要原因
若遇到停电而且无备用电源，干电池里的连接线断开，蓄电池里没有连接引出线等情况会导致信号设备的电源输出端无电压。若遇到干电池里的端子不牢固、共用电源串电、蓄电池漏电、内电阻加大、交流电压降低、炭棒接触不好等情况会导致信号设备供电不足。若遇到端子半接触等情况会导致设备电源端的电压不稳定。
4.3接触出现故障的主要原因
接触出现故障的主要原因在于端子松动、接点被氧化或者接触不良等。当接点被腐蚀、焊接线松动或虚焊会导致端子松动。当接点间存在灰尘、绝缘物等会引起绝缘现象，进而导致接点被氧化。当继电器，手柄，按钮和触点之间的距离相对较大，并且压力相对较小时，接触可能较差。
4.4铁路信号微机联锁失败的主要原因
铁路信号微机联锁系统采用计算机网络控制技术。工作人员会接收到系统发出的断网提醒，从而做出正确的决策，使系统正常运行。存在许多类型的故障，其通常包括诸如上下计算机通信，信号，开关和轨道电路之类的故障。
5铁路信号系统故障分析
5.1铁路轨道电路发生故障的对策
一是增加接收和传输部分的阻抗，这可以增强导轨表面的电压，从而可以分解导轨表面上的不良导电层，以避免电路分流器中的不良故障。二是分路电阻上的电流满足相关标准规定的条件下，尽量加大系统的功率。三是可以使用3V轨道电路和高压非对称脉冲轨道电路技术。
5.2信号电源接地和混合电源解决方案
（1）正确测试好电源接地及混电。使用假设方法检测直流电源的接地状况，将正极连接到万用表，并将负极接地。另外，可以采用直流电源方式来检测电源是否存在接地状况。在正常情况下，两极对地之间的电压小于或等于1∶3，若大于这一数值，要做相关的检测来查找接地故障。（2）及时找到电源故障点。使用分级部分保险方法断开电源屏幕保护程序的输出线。如果不正常，首先断开组合框架的保险，然后逐个关闭它们。此外，如果存在接地现象，应将万用表连接到电源进行检测，并打开电源屏。断路器拉下，测出相关的数据，找到故障点，从而采取合理办法来解决。
5.3接触故障的处理
一是对于有损电路和理想线路，频率对信号传输的影响程度相同。如果仅存在接触电阻，则电触点中的故障频率不会影响信号的传输。如果只有接触电容，输出信号的幅度将随着频率的增加而均匀减小。如果两者同时存在，则随着频率的增加，输出信号的幅度将在曲线中减小。因此，如果接触阻抗中存在接触电容，则频率将对输出信号的幅度产生一定的影响。如果接触阻抗中只有接触电阻，则频率不会影响信号的衰减。二是当存在阻抗不匹配现象，输出信号的幅值还会在频率不断变化中出现上下波动现象，波动程度和复杂性成正比。发生这种情况时，信号将产生多次反射，并且无法消除输出信号的幅度。要想降低衰减需要加大信号频率与接触阻抗力。
5.4解决铁路信号微机联锁系统故障的方法
（1）网络中断故障处理。首先检查网线连接，观察指示灯是否正常闪烁。若网络连接没有问题，就要检测计算机内部程序的运作情况，一旦检测出问题妥善解决。若都没有问题，要检测计算机的网卡，可以换一个新的网卡，若网络正常就证明网卡存在问题。（2）上下位机通讯故障处理。先要查看上下位机通讯接口是否严紧，线缆是否断开，若一切正常，继续查看长线驱动，看其工作是否正常。线路如果一切正常，还要查看模板是否正常。（3）信号故障处理。在检测微机联锁系统的信号故障时，工作人员必须从分离器盘启动，并通过向引入继电器发出命令，这意味着启动控制电路都是正常的。大多数信号灯动作是禁止光线。如果照明正常，则表示存在故障，工作人员应重点检测微机联锁系统中的室内接触线。（4）轨道电路故障处理。轨道电路中常见的故障现象有：轨道电路光带显示异常，为了解决问题，要在分线盘上检测轨道电路空闲状态下的电压数值。继电器的工作电压一般为9.7V。检测室外电路故障时要测量送、受电端变压器的电压，通过分段排除的方式来确定故障点的具体位置。
6结语
故障诊断是提高设备运用可靠性和稳定性的重要措施。由铁路信号设备的以往历史故障信息，根据专家故障诊断相关经验，结合关联规则挖掘Apriori算法，从大量数据中挖掘出所发生故障的事故信息与状态信息等的相关关系，为维修处理和设备检测提供可靠依据，提高了故障诊断效率，以此来预测相关设备可能要发生的信息，提高设备可用性，为列车安全高效运行提供保障。
参考文献
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论文作者:焦景忠
论文发表刊物:《基层建设》2019年第9期
论文发表时间:2019/7/26
标签：故障论文; 设备论文; 继电器论文; 信号论文; 电路论文; 铁路信号论文; 轨道论文; 《基层建设》2019年第9期论文;