【正文】 的改進(jìn)措施，提出高速鐵路異物侵限監(jiān)測方案和正 文 4 中國鐵道科學(xué)研究院 技術(shù)條件，為提高異物侵限監(jiān)測系統(tǒng)可靠性和穩(wěn)定性提供技術(shù)支持。 自 2020 年京津城際開通 開始建設(shè) 異物侵限監(jiān)測系統(tǒng)，截至到 2020 年底，共有京滬、武廣等 20 余 條高速鐵路 /客運(yùn)專線設(shè)置 了 異物侵限監(jiān)測 點(diǎn)，總計(jì)有 663處異物侵限監(jiān)測點(diǎn)，主要采用接觸式 雙電網(wǎng) 異物侵限監(jiān)測技術(shù)。 院總編號： TY 字第 號 所 編 號： 2020 年 DZYF 字第 號 中國 鐵道科學(xué)研究院研究報(bào)告 RESEARCH REPORT CHINA ACADEMY OF RAILWAY SCIENCES 異物侵限監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)條件編制及提高系統(tǒng)可靠性技術(shù)研究 研究 報(bào)告 中國 鐵道科學(xué)研究院 二○ 一 三 年 十二 月京津城際全線設(shè)置 5 處異物侵限監(jiān)測點(diǎn)，單根監(jiān)測電纜布設(shè)在水平金屬網(wǎng)上方；隨著高速鐵路建設(shè)的發(fā)展，對異物侵限監(jiān)測技術(shù)不斷進(jìn)行完善； 2020 年，將單根監(jiān)測電纜改為兩根監(jiān)測電纜，同時(shí)將監(jiān)測電纜封閉到復(fù)合材料中； 2020 年將水平監(jiān)測電網(wǎng)改為垂直方式。 研究內(nèi)容 1 對既有異物侵限監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀、存在問題進(jìn)行深入的 調(diào)研； 2 收集分析國外高速鐵路異物侵限系統(tǒng)的主要監(jiān)測方式、技術(shù)特點(diǎn)及發(fā)展趨勢； 3 研究提出我國高速鐵路異物侵限監(jiān)測系統(tǒng)功能需求； 4 研究提高既有異物侵限監(jiān)測系統(tǒng)可靠性的技術(shù)措施 （ 1）研究建立既有異物侵限監(jiān)測系統(tǒng)試驗(yàn)?zāi)M環(huán)境； （ 2）對既有上線異物侵限監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)測試，檢驗(yàn)系統(tǒng)的可靠性等技術(shù)指標(biāo)； （ 3）研究提出提高既有異物侵限監(jiān)測系統(tǒng)可靠性的改進(jìn)措施及建議。目前，日本已建成 5條標(biāo)準(zhǔn)軌距正文 中國鐵道科學(xué)研究院 5 的新干線，第 6 條新干線（九州新干線）也已部分通車，新干線總長達(dá) 2176km。 圖 21 日本新干線路網(wǎng) 表 21 日本運(yùn)營中的高速鐵路 正 文 6 中國鐵道科學(xué)研究院 （ 2） 新干線防災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng) 日本是 一個(gè)臺風(fēng)、暴雨、滑坡、地震等 自然災(zāi)害頻繁的國家 ，日本 100 多年鐵路的歷史也可以是與災(zāi)害作斗爭的歷史。 針對這種狀況，采取了事先預(yù)測災(zāi)害、命令列車慢行 或停車，即使災(zāi)害發(fā)生也不致于發(fā)生類車事故的方法，及運(yùn)行管制后，盡管在上世紀(jì) 80 年代每年平均仍有災(zāi)害數(shù)達(dá) 2400 件，但因?yàn)?zāi)害引起的列車脫軌事故年平均僅 起，其中造成旅客和職工傷亡事故的只有 起 ① ，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)如表 22。 圖 22 新干線綜合防災(zāi)信息系統(tǒng) 新干線綜合防災(zāi)信息系統(tǒng)包含了對沿線地震、風(fēng)速、雨量、積雪、橋梁基礎(chǔ)沖刷和水位、塌方、軌溫等監(jiān)測和相關(guān)的控制。 （ 3） 新干線防災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)電纜檢測 式 限界障礙 監(jiān)測裝置 新干線電纜檢測 式 限界障礙 監(jiān)測裝置 由如下構(gòu)成：檢測裝置如檢測柱或檢知網(wǎng)、檢測電線和信號電纜、中間連接設(shè)備如主控制箱和報(bào)警防護(hù)裝置如車站、工區(qū)報(bào)警器和列車防護(hù)設(shè)備、檢測繼電器。在塑料水泥方柱（絕緣體）之內(nèi)，埋有固定在周圍有強(qiáng)化材料（玻璃纖維等）的檢測銅線（ 硬銅絕緣線）。 圖 25 限界障礙檢測電網(wǎng) 正 文 10 中國鐵道科學(xué)研究院 限界障礙監(jiān)測裝置的電路構(gòu)成圖如圖 26 所示。 （ 4） 新干線防災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)光纜檢測 式 限界障礙 監(jiān)測裝置 新干線光纜檢測 式 限界障礙 監(jiān)測裝置 監(jiān)測原理是在沿線布設(shè)光纜， 由通信機(jī)械室發(fā)出正常光信號，經(jīng)各檢測點(diǎn)后再返回機(jī)械室。 圖 27 未發(fā)生限界障礙事件光纜檢測式監(jiān)測裝置工作狀態(tài) 檢測光纜檢測光纜正 文 12 中國鐵道科學(xué)研究院 圖 28 發(fā)生異物侵限事件時(shí)光纜檢測式監(jiān)測裝置工作狀態(tài) 圖 29 發(fā)生異物侵限事件時(shí)光纜檢測式監(jiān)測裝置報(bào)警原理 法國 （ 1） 法國高速鐵路的發(fā)展 二十世紀(jì)六、七十年代，法國開始鐵路高速化的試驗(yàn)與實(shí)踐。目前已形成以巴黎為中心的高速鐵路網(wǎng)絡(luò)主體結(jié)構(gòu)。 正 文 14 中國鐵道科學(xué)研究院 圖 210 法國高速鐵 路路網(wǎng) 法國高速鐵路數(shù)據(jù)見表 23。 （ 3） 電網(wǎng)式 異物侵限監(jiān)測 地中海線的上跨鐵路公路橋分通行機(jī)動車橋和不通行機(jī)動車僅通行人畜的兩種，通行機(jī)動車的公路橋上均安裝了完善、材質(zhì)很好、經(jīng)久耐用的金屬防護(hù)網(wǎng)，在防護(hù)網(wǎng)外端安裝的兩根絕緣電纜，每根 電纜分別與一個(gè)發(fā)射 /接收裝置相連，每個(gè)接收器都與繼電器相連，構(gòu)成異物侵限報(bào)警圖 211 異物侵限雙電纜檢測電網(wǎng)式 正文 中國鐵道科學(xué)研究院 15 裝置，檢測異物侵限事件。 圖 212 法國高速鐵路 異物侵限監(jiān)測 電網(wǎng)全景 正 文 16 中國鐵道科學(xué)研究院 圖 213 法國高速鐵路 異物侵限監(jiān)測 電網(wǎng)架設(shè)結(jié)構(gòu) 圖 213 法國高速鐵路 異物侵限監(jiān)測 電網(wǎng)布線方式 （ 4） 非接觸式 異物侵限監(jiān)測 法國國家光學(xué)與電子科學(xué)研究院的提出使用 UWB 雷達(dá)技術(shù)來檢測站臺軌道空間是有乘客侵入軌道并加以報(bào)警 【 2】 。到 2020 年，已建成的高速鐵路（包括最高運(yùn)營速度為 230～ 300 km/h 的新建線和改造線）共計(jì) 1 251 km，其中新建線為 965 km。目前既有線改造升級的高速線最高運(yùn)營速度為 230 km/h。 圖 215 德國高速鐵路路網(wǎng) 德國運(yùn)營中的高速鐵路數(shù)據(jù)如表 24所示 表 24 德國運(yùn)營中的高速鐵路 正文 中國鐵道科學(xué)研究院 19 （ 2） 德國高速鐵路防災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)及異物侵限監(jiān)測 德國高速鐵路采用了防災(zāi)報(bào)警系統(tǒng) (MAS90)，其主要特點(diǎn)是利用功能強(qiáng)大的車載故障監(jiān)測和診斷系統(tǒng)，通過無線通信與地面維修中心構(gòu)成集行車控制、故障監(jiān)測、維護(hù)等功能于一體的行車安全保障體系，除可監(jiān)督線路裝備的運(yùn)用狀態(tài)外，還可識別和及時(shí)報(bào)告環(huán)境 (包括風(fēng)、雪、塌方 )對行車安全的影響，以及移動設(shè)備發(fā)生破損的情況。 德國高速鐵路不同于日、法兩國，屬客、貨混運(yùn)型，且隧道約占線路長度的1/3 ，因此，隧道內(nèi)的行車安全成為其安全保障的重點(diǎn)，除了采用安全監(jiān)測系統(tǒng)外，還制定了嚴(yán)格有效的防范措施以及運(yùn)營措施。 2020 年 2 月 20日，隨著 621 公里長的馬德里 巴塞羅那高速鐵路通車，標(biāo)志著西班牙的高速鐵路的發(fā)展達(dá)到了一個(gè)重要的里程碑。 2020 年，鐵科院、鐵一院協(xié)助建設(shè)單位完成青藏線異物侵限的防治工作 。 圖 217 第一代異物侵限監(jiān)測設(shè)備 隨著 高速鐵路 建設(shè)的發(fā)展，對異物侵限監(jiān)測技術(shù)不斷進(jìn)行完善， 2020 年，將單根監(jiān)測電纜改為兩根監(jiān)測電纜，同時(shí)將監(jiān)測電纜封閉到復(fù)合材料中，為第二代異物侵限監(jiān)測設(shè)備，如圖 218 所示。 近幾年，我國鐵路在防災(zāi)安全監(jiān)控領(lǐng)域 特別是異物侵限監(jiān)測方面 的研究和應(yīng)用方面從無到有，取得很大 進(jìn)步。 表 31 杭深 線 （福廈段）異物侵限監(jiān)測子系統(tǒng) 20 2020 年故障數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表 時(shí)間 設(shè)備 故障現(xiàn)象 次數(shù) 原因 202021 工務(wù)終端 工務(wù)段防災(zāi)終端無監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)顯示 1 網(wǎng)絡(luò)故障 202033 監(jiān)控主機(jī) K720+691主控板 1 網(wǎng)絡(luò)通訊狀態(tài)異常 1 網(wǎng)絡(luò)故障 202041 監(jiān)測電網(wǎng) K1066+377異物上跨橋單電網(wǎng)斷線 1 2020430 調(diào)度終端 福廈臺防災(zāi)終端無法顯示 1 網(wǎng)絡(luò)故障 2020723 監(jiān)測電網(wǎng) 廈門工務(wù)段管內(nèi)杭深線 K1023+802 防災(zāi)系統(tǒng)異物監(jiān)測點(diǎn)“ 1 電網(wǎng) 2 斷線”報(bào)警。 1 20201224 監(jiān)測電網(wǎng) 杭深線泉州至?xí)x江 K1054+166異物報(bào)警（黃網(wǎng)），經(jīng)檢查鐵路上跨 K1054+166防災(zāi)系統(tǒng)無異物侵限， 5： 45在調(diào)度所辦理泉州至?xí)x江K1054+166異物橋停用。 1 網(wǎng)片 腐蝕老化或者接線接觸不良等造成黃網(wǎng) 2020827 傳輸通道 8 月 27日 10： 28，經(jīng)調(diào)度所反映：杭深線溫福臺、福州樞紐臺、福廈臺防災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)異常報(bào)警，現(xiàn)場設(shè)備脫離監(jiān)控。該系統(tǒng) 2020 年 10 月 2 日開通試運(yùn)行 ， 2020年 3 月 8 日正式開通運(yùn)行，運(yùn)行期間 20 2020 年故障數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)如表 32所示。 1 長時(shí)間停電，備用 UPS存儲電量耗盡 。 表 33 昌九城際異物侵限監(jiān)測子系統(tǒng)故障數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表 時(shí)間 設(shè)備 故障現(xiàn)象 次數(shù) 原因 2020228 監(jiān)測電網(wǎng) K93+926處異物網(wǎng)侵限報(bào)警 1 廠家維護(hù)人員誤 操作 2020823 監(jiān)控單元 昌九城際 K061+191基站K059+48 K060+123異物侵限監(jiān)測點(diǎn)分別于 2020年 8月23 日 14： 23 分， 15:33分發(fā)生異物侵限電網(wǎng)閃紅報(bào)警。 23： 12分，再次出現(xiàn)紅網(wǎng)狀態(tài)，隨即又自動恢復(fù)正常顯示。該系統(tǒng) 2020年 10 月 10 日開工， 2020 年 2 月 6 日開通，運(yùn)行期間故障數(shù)據(jù)部分統(tǒng)計(jì)如表 34所示。 表 35 長吉城際異物侵限監(jiān)測子系統(tǒng)部分故障數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表 時(shí)間 故障現(xiàn)象 次數(shù) 原因 2020 年 1 月 外電無輸入 531 2020 年 1 月 網(wǎng)絡(luò)通訊異常 20201 2020 年 1 月 異物侵限設(shè)備報(bào)警 134 2020 年 2 月 網(wǎng)絡(luò)通訊異常 71536 2020 年 2 月 異物侵限設(shè)備報(bào)警 545 2020 年 3 月 外電無輸入 69 2020 年 3 月 網(wǎng)絡(luò)通訊異常 26954 2020 年 3 月 異物侵限設(shè)備報(bào)警 10407 2020529 K88+479電網(wǎng) 1斷線報(bào)警 1 接線處接觸不良 2020613 K22+887電網(wǎng) 1斷線報(bào)警 1 接線處接觸不良 2020328 K22+887異物侵限監(jiān)測點(diǎn)脫離監(jiān)控 1 監(jiān)控主機(jī) J010與 ZH10512針端子接線松動 從以上數(shù)據(jù)來看，造成設(shè)備故障報(bào)警較多的主要因素為電源單元功能不完善和網(wǎng)絡(luò)異常，造成異物侵限誤報(bào)影響行車的原因主要為接線松動。 表 37 武廣高速鐵路異物侵限現(xiàn)場監(jiān)測設(shè)備故障報(bào)警次數(shù)統(tǒng)計(jì)表 時(shí)間 次數(shù) 2020 年 97148 2020 年 1938 2020 年 81 其中 2020 年異物侵限監(jiān)測子系統(tǒng)設(shè)備報(bào)警次數(shù)統(tǒng)計(jì)如表 38 所示。 表 310 2020 年海南東環(huán)高速鐵路異物侵限監(jiān)測子系統(tǒng)故障報(bào)警次數(shù)統(tǒng)計(jì)表 故障現(xiàn)象 次數(shù) 異物設(shè)備故障 66 監(jiān)控單元單套故障 70 監(jiān)控單元雙套故障 18 市電失效 29 UPS 單套故障 7 終端通信中斷 102 開關(guān)電源故障 13 在 2020 年異物侵限監(jiān)測子系統(tǒng)有兩次誤報(bào)影響行車，明細(xì)如表 311 所示。 （ 9） 滬寧城際 異物侵限監(jiān)測子系統(tǒng)運(yùn)用情況 滬寧城際 沿線設(shè)置異物侵限監(jiān)測點(diǎn) 71 處，監(jiān)控單元 32個(gè) ， 該系統(tǒng) 2020 年 7月 1 日 投入運(yùn)營，截至 2020 年 4月 24 日 異物侵限監(jiān)測 子系統(tǒng)誤報(bào) 2070 次，運(yùn)行期間故障數(shù)據(jù)部分統(tǒng)計(jì)如表 313所示。 表 314 京滬高速鐵路異物侵限監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)備故障報(bào)警次數(shù)統(tǒng)計(jì)表 時(shí)間 故障類型 次數(shù) 2020 監(jiān)控單元設(shè)備報(bào)警 802 UPS 故障 122 異物監(jiān)測雙電網(wǎng) 32 2020 監(jiān)控單元設(shè)備報(bào)警 5 UPS 故障 4 異物監(jiān)測雙電網(wǎng) 1 從從以上數(shù)據(jù)來看，引起京滬異物侵限監(jiān)測子系統(tǒng)設(shè)備故障報(bào)警的主要原因是監(jiān)控單元故障、電源單元問題和電網(wǎng)的質(zhì)量。 圖 34 異物侵限監(jiān)測系統(tǒng)誤報(bào)原因分類匯總 對比故障報(bào)警數(shù)據(jù)和誤報(bào)記錄的數(shù)據(jù)，依據(jù)經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)該存在部分設(shè)備報(bào)警數(shù)據(jù)是由于天窗點(diǎn)設(shè)備維護(hù)和檢修造成的。 圖 37高速鐵路 防災(zāi)安全監(jiān)控系統(tǒng)故障率隨時(shí)間變化 圖 因而，從調(diào)研數(shù)據(jù)來看， 高速鐵路 防災(zāi)安全監(jiān)控系統(tǒng)可靠性方面亟需解決的問題是系統(tǒng)的早期失效期時(shí)間太長，系統(tǒng)穩(wěn)定后的可靠性水平不夠高，然后需要對系統(tǒng)的可靠性進(jìn)行長期的監(jiān)測，確定系統(tǒng)進(jìn)入耗損失效期的時(shí)間，及時(shí)進(jìn)行 維修更換和整改，防止系統(tǒng)可靠性突然下降 。 2020 年 11 月，我國出臺了擴(kuò)大內(nèi)需的十項(xiàng)措施，措施之一就是加大鐵路等基礎(chǔ)設(shè)施的投資，根據(jù)這一措施，