摘要：无绝缘轨道电路是铁路信号的重要传输设施，由多种电气设备构成，并且受室外环境等复杂因素的影响，出现故障的概率比较大，而且故障现象存在多样性。轨道电路故障诊断系统是针对轨道电路设备中容易引发故障的关键部件及系统进行状态检测、特征信息提取，给出预警和故障诊断的结论。随着铁路信号控制技术的发展，无绝缘轨道电路在满足主体化机车信号和列车超速防护技术要求中发挥着十分重要的作用，为了更加科学有效地提供故障解决方案，需要将轨道电路故障信息进行识别和分类。
关键词：无绝缘轨道；电路故障诊断；诊断方法
引言
无绝缘轨道电路已被广泛应用于我国列车运行控制系统之中。补偿电容和道砟电阻是无绝缘轨道电路的两个重要电气参数，在保证轨道信号的有效传输方面具有重要作用。补偿电容故障主要表现为断线和容值下降，现有的研究主要针对单个电容故障进行诊断，基于智能算法检测多个电容故障、道砟电阻波动的研究较少。采用遗传算法对无绝缘轨道电路进行故障检测的结果精度，在很大程度上依赖于算法本身的参数，同时容易陷入局部最优值，使该算法实用性不强、求解精度低、耗时长。
1 轨道电路故障应变处理原则
自动闭塞车站轨道电路出现红光带，是在车站接发列车过程中出现的常见设备故障。在出现轨道电路红光带故障的情况下办理列车接发是《铁路车站值班员国家职业标准》对车站值班员岗位的基本要求。轨道电路红光带故障，指的是轨道区段没有车占用时，控制台或显示器相对应的区段显示红色光带。产生这种现象的原因，除了有外在的短路因素外，还有电务及工务两方面的原因。当站内轨道电路出现红光带时，值班员首先应派胜任人员到现场确认，在查明无机车车辆占用或侵入后，在《行车设备检查登记簿》（运统-46）内登记，通知工、电部门作成记录并按轨道电路故障进行处理。由于显示红光带的区段内所有道岔均不能正常转换，不能经过有红光带的区段正常办理发车进路，不能正常开放出站信号。所以，遇到这种情况可比照出站信号机故障的情况下发出列车办理。值班员在确认发车进路准备妥当，并通过监督器表示确认第一闭塞分区空闲的情况下，填发绿色许可证给司机。
2 轨道电路的工作过程
从发送器产生的信号，利用传输设备传递到发送端轨面，在发送端轨面处分别向主轨道电路和小轨道电路两方向传输。向主轨道电路传输的信号由主轨接收器接收，向小轨道电路传输的信号由列车运行方向前方的相邻轨道区段的接收器处理，并将结果形成小轨道电路继电器执行条件传送至本轨道电路接收器，作为一项轨道继电器励磁的必要检查条件。由于小轨道区段与本区段轨道电路不共用同一接收设备。
3 无绝缘轨道电路故障诊断方法
3.1 单个区段故障处理
在单个区段故障的解决过程中，如果故障出现在发码区段内，就说明发码区段故障发生时，存在无发码状况，在这个过程中，一旦发出了信号，就会出现红光带状况，这说明发码阶段存在故障，在这类故障的分析及解决过程中，需要针对电路发码影响展开分析。在实践工作模块中，由于UM71设备的使用，25Hz信息叠加的发码模式取代了传统的切换法码模式，其发码类型主要有两种，分别是叠加二线构成的发码、叠加四线构成的发码。在前者的工作环节中，其需要在室内外进行隔离器的安装，在电路通道中，同时存在25Hz信息及UM71信息。在后者的工作模块中，其需要进行室外谐振盒及匹配盒的安装，变压器二次侧开始发码后，再进行UM71及25Hz信息的叠加。在前者工作环节中，如果区段出现故障，在测试环节中，就需要进行MF14对策的应用，在没有测试时，需要断开区域内的发码电路，避免发码对测试环节的影响。在这个环节中，如果故障出现在站内股道内，就需要进行室内股道发送器的熔断器的断开，实现发动器在各个股道内的设置，进行熔断器的断开，确保ZPW-2000A电码化的正常开展，在这个过程中，如果故障出现于正线电码化区段中，并且发码也存在于该故障区段内，就需要进行进站及股道区段发送器的应用，在机车出发区段的工作环节中，进行发进路发送器的应用，进行发送器熔断器的断开。在叠加四线构成的发码环节中，需要针对该区段的实际故障状况展开分析，这种模式下25Hz信息及UM71发码信息叠加于扼流变压器上，需要进行具体故障情况的分析。
3.2 仔细观看查找法
仔细观看查找法是针对看得见摸得着的地方进行，通过眼睛进行仔细的观察，主要查看以下几个方面：（1）相邻轨道区段绝缘是否良好，是否出现机械绝缘安装不正确、绝缘损坏现象。这种情况可以通过相邻轨道区段两两钢轨电压测量来判断，也可通过绝缘拆卸来查看。相邻轨道区段的测量方法为：同侧钢轨测量无电压，异侧钢轨测量有交流1.8V左右的电压说明绝缘良好。（2）钢轨上是否有明显的分流物体；查看钢轨上的每个扣件、钢轨底部是否有金属物体搭接，是否出现大量钢轨与车轮摩擦产生的金属粉末。（3）检查轨连线是否连接良好，有无搭接、虚接情况，胀钉是否连接紧固。
3.3 增量学习算法
从支持向量机的基本原理可以看出，支持向量机的最优超平面最终仅由1组支持向量所决定，因此，支持向量集充分描述了整个训练数据集的数据特征，即支持向量集和整个训练数据集是等价的。在大多数情况下，训练集中支持向量的数目只占训练样本整体的很少一部分，因此在增量学习时对支持向量集进行研究是有效的。f′（x）为SVM的最优分类决策函数，新增样本（xi，yi）与KKT条件的关系），圆形标记表示y=+1，方形标记表示y=-1，α1、α2、α3、α4、α5为新增样本。新增样本α1、α2满足KKT条件，它们的加入不会使支持向量集发生变化，新增样本α3、α4、α5违背KKT条件，它们的加入会使支持向量集发生变化。违背KKT条件的新增样本可以分为以下3种情况：（1）新增样本α3位于分类间隔之内，并且和本类在分类间隔的同一侧，满足0≤yif′（xi）＜1，能够被原SVM正确分类。（2）新增样本α4位于分类间隔之内，并且和本类在分类间隔的不同侧，满足-1≤yif′（xi）＜0，被原SVM错误分类。（3）新增样本α5位于分类间隔之外，并且和本类在分类间隔的不同侧，满足yif′（xi）＜-1，被原SVM错误分类。
图1 新增样本与KK下条件的关系
由上述情况可以看出，对新增样本进行训练得到新的SVM 时，采用 KKT 条件进行分类判别比决策函数更加精确，对样本分类错误只是违背 KKT 条件的某一特定情况。只有违背 KKT 条件的样本才会对增量学习后的支持向量集产生影响，因此，新增样本可以分为满足 KKT 条件的样本和违背KKT 条件的样本 2 部分，由于前者所包含的信息已经被原SVM 反映，可以不对其进行学习。另外，由于 SV 集能够反映原 SVM 所包含的信息，在增量学习中还需要对原来的 SV 集进行考虑。
结束语
为了适应现阶段轨道工程工作的要求，必须进行轨道电路故障方案的优化，实现常见轨道电路信号故障的解决，增强轨道电路的整体工作效益，满足现阶段社会经济的发展要求，实现轨道经济建设的整体稳定性。
参考文献：
[1] 李文海. ZPW-2000A 移频自动闭塞系统原理、维护和故障处理[M]. 北京：中国铁道出版社，2010.
[2] 杨世武，魏学业. 基于数据的轨道电路故障诊断的混合算法[J]. 北京交通大学学报，2012，36（2）：40-46.
论文作者:任思敏
论文发表刊物:《电力设备》2017年第23期
论文发表时间:2017/11/29
标签：轨道论文; 区段论文; 电路论文; 故障论文; 样本论文; 向量论文; 光带论文; 《电力设备》2017年第23期论文;