铁路信号轨道电路常见故障分析与智能诊断方法构建

铁路运输是国民经济的大动脉，在我国经济社会发展中发挥着不可替代的作用。铁路信号系统作为保障列车运行安全、提高运输效率的关键，其可靠性和智能化水平备受关注。传统的轨道电路故障诊断方法主要依赖于人工经验和逐项排查测试设备，存在诊断效率低等问题。随着铁路运输的高速发展和列车运行密度的不断增加，对轨道电路故障诊断的快速性和准确性提出了更高的要求。因此，研究一种高效、准确的轨道电路故障诊断方法具有重要的现实意义。

1 轨道电路工作原理与组成

轨道电路是利用铁路线路的钢轨作为导体传递信息，通过电气绝缘节将不同的轨道区段分隔开来，每一个轨道区段构成一个完整的电路系统。当列车进入轨道区段时，车轮将钢轨短路，改变轨道电路的电气参数，从而使信号设备能够检测到列车的存在。实现区段空闲和占用的检查。

轨道电路的组成主要有导体（钢轨、钢轨接续线、 25Hz 轨道扼流连接线、ZPW-2000A 轨道调谐引接线等）、钢轨绝缘（25Hz 相敏轨道电路轨道绝缘一般采用机械绝缘，ZPW-2000A 型轨道电路一般采用电气绝缘节）、送电端设备（轨道电源、变压器（扼流变压器，轨道变压器/匹配变压器）、熔断器、防雷等）、受电端设备（扼流变压器、轨道变压器、限流电阻、匹配变压器、调谐单元、空心线圈、防雷、防护盒、继电器等）组成；工作状态有正常占用、故障占用、失去分路、出清等。

2 轨道电路的常见故障分析

在铁路运输中，轨道电路的可靠性直接关系到列车的运行安全和效率。一旦轨道电路发生故障，可能导致信号显示错误、列车失控等严重后果，给铁路运输带来巨大的安全隐患。

受到多种因素的影响，轨道电路容易出现各种故障。常见的故障类型可以分为短路故障、断路故障、电源故障、设备故障等，每种故障类型都有其独特的可能原因和表现形式。

2.1 短路故障是轨道电路中较为常见的故障之一，其主要原因包括钢轨绝缘损坏、外界导体侵入轨道电路、道砟电阻降低、轨距杆和道岔杆件绝缘破损等。当钢轨绝缘损坏时，电流会绕过正常的路径，导致轨道电路短路。外界导体侵入轨道电路，如金属异物掉落在轨道上，也会造成短路故障。道砟电阻降低可能是由于道砟受潮、脏污等原因引起的，这会使轨道电路的电流分布发生变化，从而引发短路。短路故障的表现形式通常为轨道电路的电流异常增大，轨道未被列车占用时却显示有车占用。

2.2 断路故障通常是由于轨道电路中的某一部分开路，导致电流无法流通。钢轨断裂也是导致开路故障的原因之一。引接线、紧固螺母、接续线等部位接触不良也可能导致断路故障，如引接线老化、紧固螺母、接续线松动、塞钉眼内锈蚀等。断路故障会导致轨道信号设备无法正常工作。如在某区间，由于引接线老化发生接触不良，导致轨道电路虚接断路，影响运行列车正常通过。

2.3 电源故障是轨道电路故障的另一种常见类型，其可能原因包括电源设备损坏、供电线路故障、电源电压异常等。电源设备损坏，如电源模块故障、变压器损坏等，会导致无法正常提供电源。供电线路故障，如线路短路、断路等，会影响电源的传输。电源电压异常，过高或过低，都会影响轨道电路的正常工作。

2.4 设备故障是指轨道电路中的各种设备，如轨道继电器、发送器、接收器、调谐单元等出现故障。设备老化是导致设备故障的常见原因之一，元件损坏，如电容漏电、电阻变值、晶体管击穿等，也会导致设备故障。此外，设备受到外部干扰，如雷击、电磁干扰等，也可能引发故障。设备故障的表现形式多样，如轨道继电器不动作、发送器或接收器输出异常、调谐单元失谐等。

3 构建诊断信息系统的措施

深入研究轨道电路故障诊断方法，前提是需要收集大量的实际故障案例。案例收集主要从电务专业故障报告、电气特性分析、日常故障处理等渠道获取，日积月累中可以积累丰富的故障案例。

3.1 故障案例为基础构建轨道电路故障信息库

在收集到大量的轨道电路故障案例后，需要对这些案例进行整理，以便为后续的智能诊断提供数据支持。首先，对案例进行分类，根据故障类型、故障发生的地点、时间等因素，将案例分为不同的类别，方便后续的查找和分析。对于短路故障案例、断路故障案例、电源故障案例等，分别进行归类；对于不同车站、不同轨道区段发生的故障案例，也进行分类整理。对案例中的信息进行清洗和补充，去除重复、错误或不完整的信息，补充缺失的关键信息。在某些案例中，可能存在故障现象描述不清晰、处理过程记录不完整等问题，需要通过查阅相关资料或与处理人沟通，对这些信息进行补充和完善。对案例进行标准化处理，将不同来源、不同格式的案例信息统一转化为规范的故障信息库，便于后续的使用。对故障发生时间的格式进行统一，对故障现象、处理方法等信息的描述进行规范，使其符合一定的标准和要求。通过以上整理和预处理工作，可以提高案例的质量和可用性，为基于案例推理的轨道电路故障诊断提供故障信息库。

故障信息库应全面收录轨道电路的故障特征以及故障原因等知识，形成结构化、系统化的故障知识体系。知识库的构建过程中，应注重知识的质量和可维护性[2]。一方面，要确保录入知识的准确性、完整性和一致性；另一方面，要结合轨道电路技术的发展和故障诊断需求的变化，定期对知识库进行更新和扩充，使其能够适应实际应用的需要。构建完善的故障信息库，为诊断信息系统的推理和决策提供了坚实的数据信息基础。

3.2 开发可视化的人机交互界面

人机交互界面的可视化设计，在轨道电路诊断信息系统的开发中很重要，应具有直观、友好、方便操作的特性，让使用人快速的通过人机交互页面，与故障信息库交互，根据需要快速检索故障信息库里的信息。一个优秀的交互界面设计应当以使用者为中心，充分考虑铁路信号人员的实际工作需求，遵循人性化、易用性的设计原则。界面中的信息展示应当清晰明了，图形化的呈现故障数据和诊断结果，并提供直观引导维护人员快速识别和定位问题。好的交互设计不仅能够提升用户体验，也能够增强用户对系统的控制感和参与感，促进人机协同。

结束语：铁路信号轨道电路的故障诊断与智能化升级是保障铁路运输安全、提升运营效率的关键。通过收集大量的轨道电路故障案例，对这些案例进行整理分类，根据故障类型、故障发生的地点、时间等技术因素，将案例分为不同的类别，建立轨道故障信息库，利用人机界面检索，构建轨道电路的诊断信息系统，可以实现故障的快速识别和准确定位，为维修决策提供有力支持。未来，随着大数据、云计算、人工智能等新兴技术的进一步发展和应用，轨道电路乃至整个铁路信号系统必将迎来更加智能化的未来，为建设交通强国、推动铁路现代化发展注入强大动力。

参考文献：

[1]毕超.铁路信号系统轨道电路分路不良的危害及防治研究[J].中国设备工程，2024，（01）：223-225.

[2]苏昊.基于信号分离技术的轨道电路运行质量综合评价研究[D].北京交通大学，2023.

[3]李鹏.ZPW-2000A 系统轨道电路常见故障的分析与处理[J].科技创新与应用，2020，（31）：56-57.