地铁正线信号机断丝误报警故障的处理

叶堃

摘要 本文描述了南京地铁一号线正线信号机一段时间内频发的断丝故障的处理经过，主要从故障描述、故障影响、原因分析、处理方法、预防措施、类似故障处理对策6个方面进行了描述。

关键词：信号机；断丝；误报警

Abstract：This paper describes the frequency of broken wire failures in the period of time of the Nanjing Metro Line is the line signal processing after described, mainly from the failure, failures, analysis of causes, treatment, preventive measures, similar to the failure to six aspects of the countermeasuresare described.

Key words: signal; broken wire; false alarms

中图分类号：[U291.69]文献标识码：A 文章编号：

故障描述

自2006年1月12日至11月5日，一号线正线信号共计发生14次信号机灯丝误报警故障，共同的故障表现为：MMI和LOW上轨道图显示某架信号机的信号机编号闪烁，同时MMI和LOW的B类报警列表和48小时记录上显示“S19：主灯丝故障”，检查该信号机相应灯位的灯泡未发现异常。

故障影响

此类故障虽然不影响信号机的显示，但由于MMI和LOW上显示报警并伴有报警声，干扰了行车调度员的正常工作。信号人员在处理故障时需要请点下轨行区了解现场状况，因正线区域行车间隔小，往往不能获得作业点；如获得作业点下轨行区检查，则对正常的行车秩序必然造成冲击。

因故障频率较高，对行车调度员、行车值班员和信号维修人员造成了比较大的工作负担和思想压力。

原因分析

通号中心高度重视这一频发故障，先后组织了3次故障分析会，配合大量的试验和测试，逐步缩小故障排查范围，最终锁定故障原因。

3.1 第1次故障分析会讨论内容及工作部署

2006年6月5日，第1次故障分析会总结了前期6次故障的处理经验，认为因处理经验不足，对故障发生时的一些关键的故障信息未进行收集，对故障原因判断造成了很大困难。经讨论决定，明确了需要收集的故障信息：

3.1.1 为判断故障是否为STEKOP采集主灯丝报警继电器状态错误引起，需观察主灯丝报警继电器的实时状态；

3.1.2 每次故障发生后，当天停运后必须对故障信号机的从主灯丝报警继电器到终端架、终端架到室外电缆配线盒（箱）、电缆配线盒（箱）到信号机机构内、信号机机构内部的配线和灯座、灯泡进行检查，观察是否有接触不良、配线松动的情况存在；

3.1.3 故障发生后更换下来的点灯单元及时联系厂家（上海铁大电信设备有限公司）进行检查，确认其状态是否良好；其中2个更换下的点灯单元置换到车辆段信号机上使用，跟踪其使用状态。

3.1.4 对故障发生的时机进行确认。

3.2 故障信息收集

第1次故障分析会后,信号正线班组对确定的维修方针进行了有效的宣传和贯彻，其后7次故障的处理过程中，维修人员严格按照既定方针处理故障，收集相关故障信息如下：

3.2.1 观察发现，7次故障发生时，室内主灯丝报警继电器均为落下状态，相应的红色指示灯灭灯，与STEKOP板M9灯指示一致。

3.2.2 故障发生后对相应线缆配线及点灯装置及时检查，未发现松动、接触不良等异常状况。

3.2.3 点灯单元厂家对返修的点灯单元进行检查，对我中心答复为：确认点灯单元主副灯丝转换功能、主副灯丝点灯电压、主副灯丝报警功能均符合设计要求。同时置换到车辆段信号机上使用的点灯单元工作正常，未发生任何故障。

3.2.4 经现场询问行车值班员、电话联系行车调度员，确认7次故障的发生时机均为：信号机从红灯转换到绿灯时。

3.3 第2次故障分析会讨论内容

2006年10月9日，召开第2次故障分析会，根据收集的4条信息，技术人员得出以下结论：

3.3.1 7次故障发生时，室内主灯丝报警继电器均为落下状态，相应的红色指示灯灭灯，与STEKOP板M9灯指示一致。证明STEKOP正确、实时地采集了主灯丝报警继电器的接点状态，并准确的将报警信息反馈到上层设备（SICAS、LOW及MMI）。因此，可以排除STEKOP采集电路故障的可能，故障原因应当从主灯丝报警电路中寻找。

3.3.2故障发生后对相应线缆配线及点灯装置及时检查，未发现松动、接触不良等异常状况。排除了偶发的配线松动、接触不良造成故障的可能。

3.3.3点灯单元厂家对返修的点灯单元进行检查，对我中心答复为：确认点灯单元主副灯丝转换功能、主副灯丝点灯电压、主副灯丝报警功能均符合设计要求。同时置换到车辆段信号机上使用的点灯单元工作正常，未发生任何故障。根据以上信息，可以排除点灯单元不符合设计要求的可能。

3.3.4 经现场询问行车值班员、电话联系行车调度员，确认7次故障的发生时机均为：信号机从红灯转换到绿灯时。此信息表明信号机点灯灯位转换时的参数变化应当引起重视。

3.4 第2次故障分析会工作部署

经第2次故障分析会讨论决定，应当紧紧抓住信号机点灯灯位转换时的参数变化这一关键点，展开下一步工作:

3.4.1 深入研究信号机灯位转换时点灯单元的参数变化；

3.4.2 深入研究STEKOP板采集主灯丝报警信息的参数允许范围。

3.5 设备工作原理及工作参数调研

根据第2次故障分析会的部署，技术人员通过查阅资料、咨询供应商和安装商、试验模拟等手段，得出以下结论：

3.5.1 信号机灯位转换时点灯单元的参数变化

图1 XDZ—B型点灯单元电原理框图

图1为XDZ—B型点灯单元电原理框图，来自信号楼的电源由“输入”端进入输入变压器T1后分两路，主路以自耦方式由绕组W2提供交流DC—DC变换器转为直流供主丝点灯。DC—DC变换器输出的直流电压Voz具有稳压和软启动功能。

主灯丝电路中的灯丝转换继电器JZ为电流型继电器，与主丝串联，主灯丝断丝时失电，其后接点JZ—1闭合接通付灯丝电路，完成灯丝转换。付灯丝电路中的告警继电器JG为电压型继电器，与付丝串联，若付灯丝完好，主灯丝断丝导致JZ失电落下，JZ—1闭合在完成灯丝转换时，同时短路了JG使之失电，灯丝检测电路所采集的JG前接点被断开。

为使主灯丝不在点亮的一瞬间受到冷丝冲击电流的损伤而减少使用寿命，点灯单元特别设计了软启动功能（见图1黄色标注部分）：在灯丝点亮瞬间加在灯丝上的电压远低于额定电压（本装置仅为3V），然后经过0.05秒～0.2秒上升至额定值。

此型号点灯单元是为传统的室内灯丝检测继电器电路设计的，由于传统检测电路的室内灯丝报警继电器具备一定的缓放时间，能够保证在正常灯位转换时的短暂时间内不会落下而构成报警，故点灯单元内的JG不再设计缓放功能，其线圈两端并联的电容容量较小，仅起到滤波作用。

综合以上两点，得出在灯位转换（如红灯转为绿灯）时点灯单元内部的动作时序为：

红灯输入230V切断→红灯JG失电落下（基本无 缓放）→绿灯输入230V接通→绿灯主灯丝软启动（通过JZ的电流逐渐增大）→绿灯JZ吸起→绿灯JG吸起

可以看出，从红灯JG落下到绿灯JG吸起之间有一段时间空隙（△t=t2-t1,黄色标注），在该时隙内红绿灯的JG均落下。△t的数值大小主要由绿灯主丝点灯电压的软启动时间和绿灯JG的缓吸时间组成，以前者为主。由于电子元器件的漂移特性，△t数值并不稳定，约为30-180毫秒之间。

3.5.2 STEKOP板采集主灯丝报警信息的参数允许范围

室内灯丝报警信息的采集电路原理图（图2）如下：

图2 室内灯丝报警信息采集电路原理图

根据原理图可知，室外3个灯位的任意一个JG吸起，室内hf即吸起，而在红灯转绿灯的瞬间△t时间内，3个JG均落下，hf落下，显示室外“断丝”故障报警。

查阅西门子公司信号机系统技术数据得知，该系统允许的最大检测中断（对应于红灯转绿灯的瞬间△t时间）时间为133毫秒，而当前点灯单元的△t显然不能可靠地满足此项要求。

3.6 第3次故障分析会

2006年10月16日，第3次故障分析会召开，经讨论大家一致认为：频繁发生的信号机断丝假报警故障的原因是点灯单元在灯位转换时的空隙时间△t不能可靠地满足室内西门子信号机系统监测电路所允许的中断时间下限，造成hf落下，沟通报警。

4 处理方法

4.1 整改方案的制定

2006年10月16日，经第3次故障分析会讨论决定，在现有技术条件下，为解决此类故障，应当改变点灯单元的工作参数，缩小红灯-绿灯转换瞬间的参数变化时间。经过与上海铁大电信设备有限公司的协商，确定了如下整改方案：

在JG线圈两端并联较大容量的电容，延长JG的失电落下时间（缓放），从而缩小△t时间，能够可靠地满足室内西门子信号机系统监测电路所允许的中断时间下限。

4.2 整改方案的实施

由于正线信号机点多线长，夜间作业时间又比较紧张，因此制定了分批次更换的计划，经过前后6个月的努力，更换了全线65架信号机共计174台点灯单元，同时对更换前后的数据进行了测试和记录，对更换前后的同类故障发生频率（2007年12月31日前）也进行了统计。从统计资料可以看出，大部分车站在更换点灯单元后同类故障不再发生，新模范站在9月27日更换点灯单元后，2007年10月2日又發生一起类似故障，当天对该点灯单元再次进行更换，将原点灯单元发回厂家检测，发现点灯单元JG的缓放电容参数劣化导致缓放时间缩短，最终导致△t时间缩短。根据前面的分析，此次故障与前面的故障原因相同。

5 预防措施

5.1 人员培训

针对此类故障，正线信号班组根据中心技术室的安排，在班组生产例会上对全体员工进行了培训，从故障原因的分析、整改方案的制订和实施等方面进行了详细的介绍，同时大部分班组员工都参与了故障处理、信息收集和设备整改，班组员工的理论知识和实作技能方面都得到了提升，为今后应对设备故障打下了较好的基础。

5.2 备品准备

设置信号机的车站均应放置缓放参数调整过的点灯单元作为备品。

5.3 常规检修

信号机小修（每半年）和日巡视时应重点关注LOW上的相关故障记录，发现相关的故障报警要一查到底，及早整治。

6 类似故障处理对策

根据此次故障处理所积累的经验，今后如遇到类似故障，应注意以下几点：

6.1 注意第一现场信息的收集，尤其是室内灯丝报警继电器在故障瞬间的状态信息；

6.2 重点关注灯位转换时的状态和参数变化。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。