文 献 综 述
- 研究背景及意义
铁路信号系统是保障铁路铁路运输安全，实现现代化列车运行的重要设备基础，轨道电路自1840年发明以来，奠定了铁路信号的自动化控制的基础，至今仍是应用最为广泛，维护成本较低的铁路信号设备，中国最早在1924年开始在铁路上使用轨道电路，从近代技术萌发到建国后的技术探索，再到21世纪的高铁时代，轨道电路对环境的适应性越来越强，同时装备性能也在不断提升，轨道电路本身的技术也在不断演化创新，目前我国普遍采用轨道电路类型是无绝缘轨道电路和相敏轨道电路，客运专线主要采用ZPW-2000，站内线路主要使用相敏轨道电路，无绝缘轨道电路作为CTCS0-CTCS3级列控系统的重要室外地面设备，承担着检查线路占用，列车定位以及断轨检查等重要作用，由于无绝缘轨道电路技术含量高，设备之间存在复杂的冗余关系，维护工作量大。针对我国现有的列车运行图和运行环境，随着列车运行密度的不断提高，多数的高铁路设备维护通常需要在深夜“空窗期”上道维护，普速既有线的设备维护通常会导致列车晚点，运行图临时调整，从维护保养方面来看，因此找到有效的针对无绝缘轨道电路可靠性分析的方法，通过分析评估轨道电路的可靠性，及时分析信号系统的可靠度变化，适时调整维修计划，可以减少由设备原因导致的列车运行受阻。同时随着高速铁路的不断提速，机车信号主体化，要满足更高的安全性，可靠性，可用性要求，对于地面设备尤其是使用广泛的无绝缘轨道电路的可靠性分析尤为重要。因此从设备以及信号发展角度来看，找出有效的轨道电路可靠性分析方法，对于准确了解设备性能，分析各零部件模块之间的冗余关系，及时排查故障和维护周期的优化，提高整体系统的可靠性等方面具有重要意义。
2.国内外研究现状
2.1国外研究现状
国外对于铁路信号设备可靠性的研究开展较早，在铁路运输信号设备领域，上世纪60年代至80年代，日本信号安保协会进行了电子技术信号设备的研究，同时国际铁路信号联盟研究实验所对现有的铁路电气化设备进行了系统的调查研究和实验考证，为行业标准的制定和评估体系的建立开辟了了道路，上个世纪80年代，在轨道运输较为发达的国家和地区，欧洲铁路和日本新干线相继起草轨道信号设可靠性和安全性的评估标准，现已形成一套科学的安全评估、认证。管理体系并具有独立的第三方评估机构，2000年，国际电工委员IEC会颁布了IEC61508国际标准，欧洲铁路CENELEC（欧洲电气化标准委员会）下属的SC9XA委员会以IEC61508为基础制定了EN50126、EN50128、EN50129以及EN50129.1等一系列铁路信号安全标准，由日本新干线公司以及JR公司牵头以IEC61508为基础结合本国铁路运行经验制定了适用于日本本国的《列车保安控制系统的安全性技术指南》。同时在铁路信号安全研究方面，欧洲各国具有专门调查机构，来对轨道信号设备和列车设备进行安全性可靠性进行评估，常见的方法有FTA,FMECA,ETA和马尔可夫法等安全评估方法等，随着研究的深入和人工智能的发展，近些年也出现了计算机辅助的可靠性分析算法，如神经网络算法，粒子群算法和基于云的模型的可靠性评估方法。在使用故障树FTA分析法方面，H Tinkin利用FTA法建立了牵引供变电的模型使用二元决策图法评估了系统的故障树[1],E Jafarian使用模糊故障树分析了伊朗列车脱轨事故的原因，在复杂的信号设备中往往还需要考虑到共因失效对整个系统的可靠性和安全性的影响[2][3],S Alizadeh和 El-Damcese等人利用马尔可夫分析法建立了冗余安全系统的可靠性模型，分析了共因失效对系统可靠性的影响[4][5]。
2.2国内研究现状
我国在建国初期铁路信号设备及技术多从国外引入，铁路信号技术较为落后，多数是进口国外的整套闭塞信号设备，导致各地线路上的信号设备规范混乱，可靠性和安全性评估标准各不相同，直至上个世纪90年代初，我国才逐渐将信号系统的可靠性作为研究重点，随着铁路逐渐提速，列控系统的级别不断提升，我国也制定了符合国情铁路信号设备的各项安全指标规范，信号设备采用符合标准设计规范的成熟、可靠的技术。同时我国也逐渐重视对信号设备的可靠性研究，在传统的可靠性分析方法领域，杨帆[6]，吴志鹏[7]，王文斌[8] 等人分别采用贝叶斯网络法，决策树法以及FMEA和FTA法针对ZWP-2000A/K系列轨道电路故障和可靠性做了相应的研究和理论分析,苏宏升,王文斌针对ZPW-2000A系列无绝缘轨道电路RAM进行评估研究[9]，符萌针对无绝缘轨道电路的发送器和接收器进行了可靠度的计算[10]。在我国的信号设备规范中，为了保证信号设备的安全，大多数采用了冗余模型和比较表决模型进行安全防护，这就引出了由共同敏感因素导致的系统内一个以上相同部件失效或整个系统失效，即共因失效，因此在信号设备的可靠性分析中应考虑共因失效的问题，方云根提出了共因失效条件下多方面的考虑了对列控系统的可靠度的影响[11]，张士奎等人基于GO法分析了考虑共因失效情况下的高速铁路牵引供变电所的可靠性[12]，车玉龙将共因失效引入了CTCS-3级列控系统车载子系统的ATP CU冗余单元，分析了共因失效下系统的可靠性[13]，吴健分析了列控中心双冗余系统下，组成单元失效对可靠度的影响[14]，株洲中车时代电气股份有限公司提出了一种共因失效的分析法，以故障树与门作为分析对象论证了该方法在信号设备安全性计算中的应用[15]。最新的研究成果还有基于云模型的无绝缘轨道电路的可靠性实时评估以及基于神经网络的故障诊断法[16]。计算机辅助可靠性分析同时也成为主流的分析方法，如我国采用的CAR-MES软件对工业设及关键设施进行可靠性分析。
3、存在问题
无绝缘轨道电路是列控系统重要的地面设备，组成单元和运行模式具有冗余结构，目前无绝缘轨道电路系统设计在安全性计算中缺少共因失效的分析，导致安全评估的结果过于乐观，我国对于地面信号设备的评估方法过于简单，在生产设计中不重视可靠性的实验仅停留在理论数据分析上。同时近年来，ZPW-2000A轨道电路及其改型系统故障频发较难排查，由此可见系统亟待提高设备的可靠性和安全性，从设计阶段减少故障的发生概率，从维护的角度降低维护周期和维护成本[17][18]，更快速确定故障点，因此对无绝缘轨道电路的共因失效可靠性分析
参考文献
