浅谈环境温度变化与THDS设备运行稳定性的关系

摘要 车辆轴温智能探测系统（THDS）作为铁路车辆运行安全监控系统（5T）的重要组成部分，主要通过红外线探测技术实时监测列车轴承温度，在保障运输安全，适应提速、重载、长交路直通车等方面发挥关键作用，尤其在适应复杂气候变化方面，设备运行的稳定性尤为重要。本文通过汇总近3年来THDS设备的故障数据，对设备在不同气候条件下的运行情况作了较为详细的阐述，总结出了一定的发展规律，对设备日常维护保养、春秋季整修、设备技改大修等方面提供数据支持，为超前防范故障发生起到指导作用。

关键词 THDS  设备故障  气候变化

第1章 引言

THDS统型设备包括室外设备和室内设备两部分，二者之间靠电缆有线连接；THDS小型化设备在轨边安设专用机柜，已无需单独建设机房。可以说无论机房还是室外轨旁设备，一年四季都暴露在复杂的外部环境下。那么，设备自身发生故障的频次是否受气候变化影响，是否可以超前采取一定的预防措施保证设备运行稳定，是本文研究的根本目的和意义。

第2章 建立环境温度模型

环境温度模型是连接自然规律与设备运行的关键纽带，建立环境温度模型的意义主要体现在提升预测精度、优化系统控制、保障设备性能等方面。

2.1 总结黑龙江省气象数据

2.1.1 黑龙江省近3年平均气温情况

根据黑龙江省人民政府网站每年发布的《黑龙江省生态环境状况公报》中显示：

（1）2022年，全省年平均气温为3.6℃，比常年高0.3℃；

（2）2023年，全省年平均气温为3.9℃，比常年高0.6℃；

（3）2024年，全省年平均气温为4.2℃，比常年高0.9℃。

从数据中看，呈逐渐递增的发展趋势。

2.1.2 黑龙江省月平均气温规律

黑龙江省月平均气温因地域和季节差异显著，冬季（1月）极端低温可达-30℃至-18℃，夏季（7月）最高温为18℃-23℃，年均温约-5℃-5℃，全年呈现冬长夏短的大陆性季风气候特征。‌‌‌‌本次研究去除极端极寒地区，以‌哈尔滨月均温作为参考，代表了中部地区的气候特征。

2.1.3 黑龙江省季节变化规律

经过查阅数据可以知道，黑龙江省气候呈现显著的季节变化特征：

冬季（11月-次年3月）‌：全省平均气温约-19.4℃，寒冷期长达5-6个月，平均气温低于0℃。

春季（4月-5月）：‌气温回升缓慢。

夏季（6月-8月）：‌最热月份7月，全省平均气温约21.2℃。

秋季（9月-10月）：‌降温迅速，昼夜温差大，过渡至冬季。

2.2 建立环境温度参考模型

根据以上年、季、月度温度变化规律，相应划分3个参考模型：

（1）Y模型：以年（Year）为参考，区分为Y2022、Y2023、Y2024；

（2）S模型：以季（Season）为参考，区分为S春、S夏、

S秋、S冬；

（3）M模型：以月（Month）为参考，区分为M1、M2......M11、M12。

第3章 建立THDS设备故障数据库

本文研究的课题是气候温度变化对THDS设备自身运行稳定性带来的影响，并不包括因外部因素如电力、通讯、降雪等导致的设备故障，所以在汇总数据时已将该部分故障数据去除。

3.1 汇总2022-2024年THDS设备故障数据

本文所汇总的THDS设备故障数据源自哈尔滨车辆段安全生产指挥中心5T设备台《行安设备运行情况日报表》，该报表故障信息每日由段复示值班员与动态车间值班员进行核对，数据准确全面，具备参考价值，具体情况如下表3-1：

3.2 关于故障数据的说明

（1）近3年来，哈尔滨车辆段管内共计270台THDS设备，除设备技改大修外，无大量新建、停用设备，所以参与评比的设备基数是固定的。

（2）2024年起信息技术科对《行安设备运行情况日报表》中的填记内容进行了完善，要求凡是设备自检、自动恢复的所有故障均需进行记录，所以故障件数较前2年有了显著增长。

（3）在故障汇总中，未将磁钢类故障进行统计，原因是2022-2024年，哈辆管内使用的五型磁钢普遍存在质量缺陷，产品抗震能力差，产生了大量磁钢类故障。2024年，各动态车间陆续对管内设备更换了N极磁钢，故障件数大幅度下降。该类故障不属于设备因环境温度变化引起的，各车间也没有全部更换为N极磁钢，所以未将此类故障纳入统计中。

（4）在故障汇总中，有大量自动恢复类的故障（特别是在2024年）无法判断是室内控制箱、电源箱的原因还是室外探测箱内的原因，固未细分室内故障还是室外故障。

第4章 分析环境温度与THDS设备故障之间的关系

本章节将按照不同环境温度参考模型，分析THDS设备故障发生的变化趋势。

4.1  Y模型下THDS设备故障趋势

以年为单位，将THDS设备故障数据进行对比，具体情况如下表4-1：

从上表中可以看到，2022、2023年THDS设备自身故障总件数将对持平，有微小下降趋势，而同年黑龙江省年平均气温分别为3.6℃、3.9℃，总体也相对持平，有微小上升；2024年由于故障统计更加细致，故障件数显著增长，而同年黑龙江省年平均气温4.2℃，也较2023年呈微小上升趋势。

4.2  S模型下THDS设备故障趋势

以季为单位，将THDS设备故障数据进行对比，具体情况如下表4-2：

从上表中可以看到，2022-2024年间，THDS设备自身故障总体在夏、冬两季发生次数最高，而春、秋两季故障次数较低。与之对应的则是黑龙江省冬季寒冷，时间跨度长；夏季时间虽短，但温度较高的实际情况。

4.3  M模型下THDS设备故障趋势

以月为单位，将THDS设备故障数据进行对比，具体情况如下表4-3：

从上表中可以看到，2022-2024年间，几乎每年都是7月份设备自身故障最多，10月份设备秋整后，故障件数呈明显下降趋势，而冬季设备月故障件数维持在相对平稳的水平。与之对应的则是7月份前后，正值黑龙江省盛夏季节，是一年当中最炎热的时刻，最高温度平均可达35℃左右。

4.4  2025年THDS设备故障趋势

截止本文完稿，2025年THDS设备已统计出了1-7月份的完整故障数据，如下表4-4。从上表中可以看到，基本符合历年故障变化趋势，即1-3月份气温较低，设备自身产生故障较少；4月份天气转暖后，设备自身故障呈增加趋势，7月份故障数量最多。

第5章 结论

从上述数据能够得出如下结论：在不包括电力、通信以及降雪等外部因素影响下，按年分析THDS设备逐年平均故障件数相对稳定；按季度分析THDS设备在夏、冬两季发生故障频率最高，春、秋两季持平；按月份分析THDS设备在7月份前后，是一年中故障集中发生的时间段。

第6章 提高设备运行稳定性的建议

通过上述研究结论，结合本人在从事THDS设备管理维护的工作经验，对提高设备运行稳定方面提出4点建议：

1.做好设备春秋季整修工作。从长远发展看，5T设备状态修已是必然趋势，未来对THDS设备维护就是采取春秋季整修及临修两种方式。从表4-3中也能看出，设备在秋整季后，总体故障呈明显下降趋势，证明春秋季整修对恢复设备整体性能尤为重要。这里特别强调在春季整修时，要重点检查探测站防雷设施状态，在前文故障数据汇总中，发现2022-2024年间，每年5-9月份，均有设备被雷击的情况发生，少则2处，多则达到5处，大部分雷击对室内UPS、工控机、控制箱等设备造成了大面积损坏，所以要在春整时加强防雷设施的检查确认。

2.‌关键部件采取冗余设计。当前THDS统型机已在多个重要部位实现了冗余设计，如轨旁2-4#磁钢其中任意一个损坏后均不影响测速、计轴、计辆；控制箱中的前放板也实现了主、备版切换功能；还有内、外探双探头设计，可以互为补偿；THDS小型化设备也在主控箱中将主板设计了热备功能，一旦其中一块故障，可实时切换另一块保证程序正常运行，希望今后在设备更新迭代的进程中，始终将冗余设计作为一项硬性要求纳入到产品研发中。

3.做好季节性防范应对措施。从前文可知，设备在高温和极寒条件下，电子元器件发生故障的概率较高，首先要做到备板备件的充足准备，其次是在入夏、入冬前，要做好机房（机柜）的排风、保温检查工作。按照铁路车辆运行安全监控系统设计规范，THDS探测站机房应根据设备工作温度的需要设置空调或排风扇，所以在上述时间节点，要确认好空调和排风扇的工作状态，以保证在极端外部条件下设备正常工作。

4.增加室外探测箱融雪、吹雪功能。众所周知，黑龙江省冬季降雪量大，持续时间长，THDS设备在冬季发生的最多故障就是设备雪堵，处理雪堵时需要消耗大量人力物力，人员频繁上线作业也产生了相应的人身及行车安全风险，所以要在技防上下功夫，利用科技手段解决设备雪堵故障，一是可以维持轴温监测连续性，从源头避免探测盲区，二是实现自动化除雪，降低人工作业风险，三是自动化方案替代人工，从长远看也可以节省人力投入成本。

参考文献

[1]黄莉，刘钦明，程明主编.车辆智能轴温探测站技术手册[Z].哈尔滨工业大学出版社，2022年7月.

[2]TB 10057-2021，铁路车辆运行安全监控系统设计规范[S].

[3]祁苗苗，蒋荟，肖琦，等.铁路车辆运行安全监测设备综合监控管理系统关键技术研究[J].铁道机车车辆，2022.