武廣高鐵運營十四年電務設備運維經驗總結及建議

陳建譯

武廣高鐵自2009年12月26日正式開通運營以來，列車開行對數逐年增加，高峰時段達到179對，最繁忙區段實現3 min追蹤間隔行車，最繁忙車站，如廣州南站日發送旅客已突破72萬人次。14年來為確保運營安全，廣州局集團公司采用了大量安全措施和技術手段，投入了較大的人力物力，不斷提升設備運用質量。本文重點對武廣高鐵運營14年來信號系統的設備維修整治情況進行回顧，在總結經驗的基礎上提出相應的維護建議，為其他高速鐵路建設運維提供參考。

1 設備運用情況

2009年以來，武廣高鐵廣州局集團公司管轄范圍內共發生事故20件，其中C類1件、D類19件（其中D21故障延時16件）；發生設備故障（含安全信息）1 592件，包括地面設備698件、車載設備894件。主要表現規律為：開通初期故障較多，經過各類綜合專項整治，設備故障率顯著下降；隨著運行年限的增長，設備故障雖有起伏，但通過不斷總結經驗，設備改進，優化管理方式，設備運用質量整體趨于平穩。故障總體情況見圖1。

圖1 廣州局內武廣高鐵電務設備故障總體情況示意

2 典型問題分類

總結武廣高鐵14年的運維情況［1］，主要存在以下幾類典型問題。

1）施工工藝標準不高。武廣高鐵2004年完成設計，2008年底試驗段先期開通。早期由于缺乏高鐵施工和驗收經驗，存在施工交叉作業、工藝標準不高、開通后遺留大量問題等情況，如電纜對地絕緣不良、室內施工配線交叉敷設、干擾不斷出現等。

2）產品質量不達標。道岔、軌道電路設備質量問題時有發生，如轉轍機接點接觸電阻超標、CN道岔（引進技術并經國產化改造的高速鐵路專用道岔）下拉裝置漏油、軌端絕緣燒損、發送器和模擬網絡盤短路等，產品質量與高鐵運用要求嚴重不匹配。

3）系統硬件先天不足［2］。武廣高鐵早期的國產化設備缺陷較多，如：列控中心F5死機，PIO/PI輸入輸出電路板死機；聯鎖、列控中心24V電源不均流且未納入監測，發生報警或故障無法提前發現；無線閉塞中心、臨時限速服務器設備采用國外品牌，因產品更新換代，無可用備品，造成服務器經常自動重啟等。

4）專項整治較頻繁。為解決設計、施工、產品方面的問題，武廣高鐵自開通以來累計實施了近50項整治，幾乎每年都有3～4項實施，達標整治工作量和軟件升級一直沒有中斷。

3 專項整治改造

針對武廣高鐵設備特點，廣州局集團公司制定了安全生產卡控措施。雖然隨著多條新線的引入，不斷進行系統軟件升級改造，但加強設備維護整治攻關，仍是設備安全穩定運行的重要保障。通過積極落實國鐵集團的各項安全專項整治［3-4］，進一步完善了設備性能和系統功能。目前設備質量大幅提升，故障數量大幅降低，運用日趨穩定。具體開展的專項整治項目如下。

3.1 軌旁設備整治

1）吸取道岔防踏鐵板松脫，擊打損壞動車組的事故教訓，將軌旁設備防松脫整治納入檢修作業常態化管理。

2）針對冰雪擊打造成設備損壞問題，增設應答器防冰雪擊打裝置，同時研究制定了冰雪天氣動車組限速運行方案。

3.2 設備器材優化

1）加強接點電阻測試及接點換型試驗，解決S700K轉轍機接點組慣性問題。

2）針對調諧匹配單元4 700 μF小電容漏液問題，按照5年壽命周期實施更換處理。

3）為解決增加占用丟失報警功能后自律機CPU占用率過高問題，升級一代自律機為二代自律機［5］。

4）升級發送器固件，解決主備發送器切換導致閃“紅光帶”的問題。

5）為防止發送端模擬網絡盤絕緣下降，對模擬網絡盤中防雷變壓器實施返廠輪換。

6）對機械特性下降的道岔外鎖磨損件，進行成組更換；補強室外設備防松脫設施，更換性能下降的補償電容［6］。

7）為避免列控中心方向電路改方失敗，并聯方向切換繼電器的后接點，提高電路可靠性［7］。

8）針對CI-TC板（即列控中心通信接口單元中的軌道電路通信接口板，用于實現列控中心與軌道電路的協議轉換，為軌道電路設備提供編碼信息）故障導致軌道電路閃紅問題，將CI-TC板返廠升級為冗余模式。

3.3 施工遺留問題處理

1）開展電纜整治，加大地下接續盒等施工問題的排查整治力度，解決施工階段電纜砸傷導致短路的隱患。

2）組織開展防水整治，解決中繼站箱式機房漏水、內部裝飾材料脫落等危及設備安全的問題。

3）針對橋梁地段貫通地線嚴重缺少的現象［8］，實施貫通地線綜合整治，采取水泥包封等措施進行防盜處理。

4）為防止列控中心驅動采集電纜可能發生的短路，對聯鎖列控機柜至組合架間輸入輸出正/負電源線路實施雙環處理，并采取不同路徑敷設方案進行整治。

5）增設機房專用空調，解決綜合站房內信號機械室中央空調和多聯機空調老化漏水，以及機房溫度超標等問題。

3.4 缺陷隱患排查

1）在進行惰行試驗時，發現武廣高鐵分相區殘壓超標后及時實施軌道電路3.0版調整表。

2）將以太網通信改為串口通信，解決CTC自律機與聯鎖通信閃斷問題。

3）針對聯鎖系統存在上電錯誤解鎖問題，對軌道停電監督電路實施延時過渡，并相應修改聯鎖軟件。

4）針對RBC特殊場景下可能錯誤給出信號授權的問題，臨時修改聯鎖前置通信機軟件，并最終通過修改RBC軟件徹底解決。

5）針對高鐵車站股道軌端絕緣燒損問題，將站內軌道電路牽引回流通道按照“列車運行時，接車端回流線斷開、發車端回流線連通”設置原則，實施中心連接板設置調整，增設空扼流變壓器溝通牽引回流。

6）針對下拉裝置油缸漏油和軌腰固定螺桿折斷故障頻發問題，采用“先停用、后拆除”的方案。

7）將存在安全隱患的廣州動車段LKD2-T1型列控中心更換為LKD2-T2平臺，同時優化高鐵信號系統電源方案［9］，電源屏與系統設備間及系統內部實現冗余供電，提高供電可靠性。

3.5 軟件功能升級

1）修改完善RBC通信接口方式，將廣深港RBC1與武廣高鐵RBC9的通信方式，由計算機聯鎖代傳修改為RBC直接通信實現移交。

2）由于線路速度調整，修改RBC軟件和部分應答器報文，將武廣高鐵全線線路最高允許速度由350 km/h調整為310 km/h。

3）優化車地兼容性，將武廣高鐵RBC移動授權發送長度由32 km調整為20 km，解決了CTCS3-300S車載設備互聯互通問題。

4 技術裝備升級

加大科技研發力度，特別是在新技術革新和新裝備升級中下足功夫，從傳統的粗放型人海戰術維護方式，向系統設備技術密集型轉變。

1）增設動車組調車防護系統。動車組調車防護系統由地面應答器、地面電子單元（LEU）、監測系統組成。LEU根據對應調車（列車）信號機狀態（開放或關閉），通過地面應答器向車載ATP提供動車組調車及進出動車所進路許可或禁止信息，系統可以輔助保障動車組在動車基地（動車運用所）內的運行安全。2011年率先在廣州南動車所建成管內首個動車組調車防護系統。

2）增加動車段（所）控制集中系統。以CTC為基礎，實現信號自動控制和作業過程控制，并可與動車所信息管理系統、車組識別與定位系統互通，實現動車所作業計劃管理、動車組位置追蹤、現存動車組管理等功能。動車段（所）控制集中系統實現作業人員對動車段（所）內信號設備的集中控制，可直接指揮列車作業和調車作業，大大提升了作業效率，減少了車站值班員的工作量。廣州南動車所于2012年建成管內首個動車段（所）控制集中系統。

3）取消高鐵車站接車延續進路。為配合調圖需要，依據《鐵路客運專線技術管理辦法（試行）補充內容》（鐵總運〔2014〕154號）［10］，對僅開行動車組線路，進站信號機外方列車制動范圍內存在超過6‰下坡道的車站取消延續進路設置，提升車站接發車作業效率。2014年完成武廣高鐵岳陽東、長沙南、衡陽東、衡山西、郴州西、樂昌東、廣州北、廣州南站、廣州南動車所等9站的聯鎖、CTC軟件升級。取消延續進路設置后，武廣高鐵列車接發車能力增加近20對。

4）增加列控系統站臺信息提示功能［11］。CTCS-2/3級列控系統通過地面應答器增加站臺側文本信息報文，列控車載設備進行相應邏輯處理，實現站臺信息提示功能。動車組進入股道對標停穩后，列控車載設備通過語音和圖標方式，對左右側站臺進行提示，防止錯誤開啟車門。2016年完成武廣高鐵應答器報文和車載ATP軟件升級。

5）列控中心增加區間占用邏輯檢查功能。通過修改列控中心等地面設備軟件，增加區間占用邏輯檢查功能，實現對正常運行列車出現分路不良時的紅燈防護，大大提高了自動閉塞區間列車運行的安全。管內2016年開始實施，武廣高鐵作為最后一條線路于2019年完成升級。

6）防災監控系統接入列控控車防護［12］。武廣高鐵建設時防災監控系統未同步施工，后期增加防災監控系統時，僅將防災異物繼電器條件串入軌道電路接收通道，發生異物侵限報警時，僅能顯示“紅光帶”，不能進行發碼防護。通過修改列控中心軟件，增加防災異物繼電器采集條件，除顯示“紅光帶”外，列控中心還對發生異物侵限報警的區段發紅碼防護，讓進入的列車立即停車，提高了系統安全性。目前時速160 km以上設置異物監測點的線路均具備該項功能。

7）側線信號顯示修改。依據《鐵路技術管理規程（高速鐵路部分）》（鐵總科技〔2014〕172號）第469條［13］規定：“一個黃色閃光和一個黃色燈光——準許列車經18號及以上道岔側向位置進入站內準備停車，且進路允許速度不低于80 km/h”。對2014年以前開通的京廣高鐵等車站軟件進行升級，實現常態開燈的車站列車側線進站速度由45 km/h提高到80 km/h，進站效率大幅提高。管內各條線路均已修改完畢。

8）股道絕緣破損防護改造。股道絕緣出現破損時，發車信號可能竄入未開放信號的股道，導致列車錯誤發車，對正常運行的列車造成側面沖突，因此對ZPW-2000A站內一體化軌道電路股道絕緣破損進行安全防護改造，提高軌道電路安全性和可靠性，2018年完成武廣高鐵改造。

9）CTC增加發車進路預告功能［5］。在既有的接車進路預告功能基礎上，修改CTC系統，實現在分散自律模式下辦理出站（或通過）后，通過GSM-R無線通信網絡，以文本方式向司機提供發車進路預告信息，將以往司機與列車調度員（或車站值班員）問路式的車機聯控變為自動指路式，節省了發車前的進路核對時間，提高了發車效率。2021年率先在武廣高鐵廣州南站試點，目前武廣高鐵全線已升級該功能。

10）智能CTC改造［14］。實現在風雨雪等惡劣天氣或設備故障等應急情況下，列車運行計劃智能化的快速自動調整功能，進一步提高了調度員應急處置效率和調度指揮的安全性、可用性。2021年廣州南樞紐臺已升級運行圖自動調整功能。智能CTC融合了CTC調度管理和信號邏輯關系，拓展自律卡控條件，實現了信號聯鎖邏輯與信息聯鎖邏輯的有機結合，以及行車規章計算機形式化和安全卡控，進一步降低了列車作業慣性錯誤，提高行車作業的安全性。2021年開始廣州南車站CTC系統已升級CTC3.0安全卡控功能。

11）電務安全監測監控技術體系8D系統建設與應用。針對電務監測監控子系統數量繁多、相互獨立、數據不共享、系統性不強、關聯度不高，綜合監測分析能力不足，應急調度指揮沒有形成合力，大量數據分析、預警報警需人工處理等情況，立項研發并推進了8D系統建設，將各子系統的數據共享、集中化和統一化，實現數據集中、關聯分析，提升電務系統和設備監測監控智能化水平。2016年底完成了總體技術方案研究和各子系統的建設、升級，在專題匯報原鐵路總公司電務部后，率先在全路將安全監控技術體系命名為“電務8D”。2017年初，《基于大數據分析的電務監控8D系統研究》課題正式立項，并在衡陽電務段試點；同年制定下發《廣鐵集團電務安全監控體系技術規范》。2019年以來，進一步開展了電務大數據運維智能化研究，并在各電務段全面鋪開建設，立項國鐵集團重大科研課題《電務大數據平臺運維智能化關鍵技術研究與應用》，基本實現了電務8D與大數據的深度融合。

電務8D系統在保持各專業系統獨立運行、各自發展基礎上，實現系統之間的數據共享和流程貫通，即將通信、信號和車載與行車組織、監測監控相關的42套系統根據網絡承載、業務類別、數據關系劃分為8大子系統，分級、分類逐步實施數字化轉型。具體為：電務信號設備監測系統（1D）；電務車載設備監測系統（2D）；電務軌旁設備監測系統（3D）；電務作業卡控系統（4D）；電務通信網管和設備監測系統（5D）；電務通信業務監測系統（6D）；電務安全生產指揮系統（7D）；電務CTC/TDCS查詢維護系統（8D）。經過多年不斷發展，電務8D已基本具備了對設備狀態、電氣特性波動及趨勢變化進行智能化分析功能，可實現設備狀態的預警預測。

5 維護管理和檢修周期優化

通過每年集中研討、現場會經驗交流等方式，總結完善年月表，合理安排周期修，加大監測手段，探尋設備預防修，摸索設備規律，以期改善現場生產維護強度和提高勞動生產率。

2012年前，采用周期修模式。按照周巡視、月檢修等普速線設備維護標準安排巡視檢修任務，造成一個“天窗”內的工作量很大，特別是區間設備、中繼站設備的巡視檢修工作，最長的一個站（工區）管轄線路長達140 km，每周5個“天窗”都不能完成相關任務。2012年年中開始，通過前一階段的經驗及數據積累，在充分挖掘集中監測設備功能運用的基礎上，逐步調整維修周期。

1）延長區間設備維修周期［15］。如道岔檢修延長至2個月，但由于故障主要集中在站內設備，且監測系統不健全，需要上道處理的故障相對較多，遂將維修工作重心逐步轉移至站內設備，區間設備延長為每年巡視檢修一次，每周“天窗”減少為4個。

2）“監測+周期修”階段。2014年開始，逐步安裝道岔視頻缺口監測設備，并推廣液壓監測設備。將道岔動作電流曲線、功率曲線按照6段法分析，實現道岔缺口變化量的監測報警及趨勢預測。將所有的檢修周期延長1倍以上，如道岔檢修周期延長至4個月，再輔以監測報警預警進行臨時任務處置，大大減少了設備故障，并降低了檢修的勞動強度。對于部分跨年項目，通過建立設備巡檢控制表，實現全壽命周期管理。如對CN道岔要求半年注油、2年分解檢查、3年更換，將原有的年月表進行了形式豐富和功能增強；又如電纜絕緣按照大于20 MΩ至小于1 MΩ共細化分為6個層級，基本保證電纜絕緣不良的排查進度和效果。伴隨電務8D系統建成，監測設備功能升級完善，2016年開始推行車間組織生產，通過精簡細化提高檢修質量，所有設備檢修周期延長，每周“天窗”減少為3～4個。從2012—2018年，信號設備故障基本有序可控。

3）“預防修+周期修”階段。全面建設車間監控分析室，實施生產全過程盯控，部分設備實行預防修。通過集中監測的智能化分析升級，道岔綜合監測系統、電池監測均衡系統、軌道電路軌旁監測系統等一系列監測設備的加裝和完善，對歷史數據進行統計分析，高鐵信號設備基本達到預防修的條件，后續開通的線路可直接應用這些行之有效的手段。通過分析道岔監測數據，將道岔的季節性調整周期固定在季節變換期間，并細化到日氣溫的變換在10 ℃，最高溫度超過30 ℃的前一周。這種調整既保證了時間準確，又保證了調整強度，現在道岔檢修周期放寬到每半年1次。通過分析電池監測數據，可提前更換老化不良電池組；分析軌道電路曲線趨勢，可提前發現調諧匹配單元內部電容等部件的劣化情況。

隨著高鐵細化設計、施工驗收標準等工藝標準的發布，通過實施建維一體、召開現場會等方式，現場維護水平不斷提高。廣州局管內一次建成的張吉懷、贛深高鐵等建維一體的示范線，室內外工藝標準保持高水準，監測設備配套齊全，開通后設備運用穩定，基本具備實施以預防修、周期修為主的維修條件。

6 建議

武廣高鐵是國內首條開通的長大高鐵干線，隨著設備運用時間延長，日常設備運用中暴露出來的問題值得其他線路借鑒，為避免后續線路出現類似問題，建議從以下方面改進。

1）抓好源頭質量管控［16］。狠抓工程源頭設計，落實施工工藝標準，嚴控產品源頭質量，強化提前介入驗收，確保新線一次建設達標。同時完善配套監測監控設備，補強無人值守站監測監控，提高設備自診斷及智能報警預警功能，為后期智能運維［17-18］創造條件。

2）加大設備整治力度［4］。實施差異化的專項整治，對于開通10年以上的線路，需要加大設備維修投入，及時提高設備性能，完善系統功能，以滿足高鐵設備高負荷運用需求。

3）評估調整中修修程。對于壽命為5年的設備，可根據設備運用情況開展延期使用評估。具備條件的，考慮在第7年開始、第8年完成設備中修（即15年更新改造壽命中間安排一次中修）；對于不具備延期使用條件的，按期或提前實施中修整治。

4）提前安排設備大修。對于運用時間達7—8年或操縱次數達到10萬次的CN道岔，應整體更換外鎖閉裝置及表示桿組件，其中操縱頻次低于100次/月的道岔可更換單邊磨耗外鎖閉裝置及表示桿組件。S700K-C型轉轍機的TS-1型接點組應在運用時間7—8年進行更換。

7 結束語

通過回顧武廣高鐵運營14年電務設備的運維情況，總結了保障設備運營安全所采取的專項整治改造、技術裝備升級，以及維護管理和檢修周期方面的變化，提出了高速鐵路建維一體化的系列建議，希望可以為其他高鐵的建設、維護提供參考與借鑒。