异物侵限监测系统技术条件编制及提高系统可靠性技术研究报告

异物侵限监测系统技术条件编制及提高系统可靠性技术研究报告内容摘要：

113 km（指主要以 ICE 摆式列车为主运行的铁路网络），其中运行 ICE 高速列车且最高运营速度为 201～ 300 km/h 的铁路网络为 km。 正 文 18 中国铁道科学研究院 德国高速铁路网如图 215 所示。 图 215 德国高速铁路路网 德国运营中的高速铁路数据如表 24所示 表 24 德国运营中的高速铁路 正文 中国铁道科学研究院 19 （ 2） 德国高速铁路防灾监控系统及异物侵限监测 德国高速铁路采用了防灾报警系统 (MAS90)，其主要特点是利用功能强大的车载故障监测和诊断系统，通过无线通信与地面维修中心构成集行车控制、故障监测、维护等功能于一体的行车安全保障体系，除可监督线路装备的运用状态外，还可识别和及时报告环境 (包括风、雪、塌方 )对行车安全的影响，以及移动设备发生破损的情况。 该警报系统在全线南 、北、中段设有中央控制单元 (SZE)，相互连通；每个 SZE 又连接若干设在沿线总站信号楼内的各种报警和记录单元 (MRE)，并与之进行信息和命令交换。 MRE 接受安装在沿线的探测报警仪器采集的信息。 这些探测报警仪器主要有： HOA903 型热轴探测器； LSMA 隧道气流报警器 (在长度大于 的隧道内安装 )； WMA 风测量仪 (在所有桥梁上安装 )； BMA 火灾报警仪；沿线设置防护开关；隧道口坍方报警信号装置 (EMA)；隧道两端及隧道内每 1000 m(早期 600 m)设置应急电话 (NR)，仅需扳动手柄就可打开电话箱，紧急呼 叫的信息具有绝对优先权。 德国高速铁路不同于日、法两国，属客、货混运型，且隧道约占线路长度的1/3 ，因此，隧道内的行车安全成为其安全保障的重点，除了采用安全监测系统外，还制定了严格有效的防范措施以及运营措施。 意大利 罗马到那不勒斯的高速铁路在上跨铁公路桥和隧道口安装微波异物侵限检测装置，能够检测到在检测区域内的出现在线路上的异物，但不对人、小动物和小正 文 20 中国铁道科学研究院 物体进行检测，该系统达到欧洲 SIL4 安全检测标准 ，其现场布置图如图 216 所示。 图 215 意大利高速铁路 异物侵限微波检测 装置 其 工作原理 实 在线路路 肩一侧安装微波发射装置，另外一侧安装微波接收装置，控制逻辑单元通过对被落物遮挡微波的计算，得出落物的大小，按照预设报警级别，采取相应的报警措施 ，如图 216 所示。 正文 中国铁道科学研究院 21 图 215 意大利高速铁路异物侵限微波检测装置 原理图 西班牙 近几年西班牙高速铁路实现了跨越式的发展，其从德国引进了 Velaro 型高速列车。 2020 年 2 月 20日，随着 621 公里长的马德里 巴塞罗那高速铁路通车，标志着西班牙的高速铁路的发展达到了一个重要的里程碑。 根据西班牙政府的规划，2020 年时西班牙投入运营的高速铁路长度将达到 1 万公里。 为 保证形成安全，西班牙的高速铁路在隧道口等容易发生异物侵限（落石）的路段，安装了基于红外线光幕的落物检测系统，可以检测尺寸超过 的异物，其系统工作原理如图 216 所示。 图 216 西班牙 高速铁路 光幕式 异物侵限微波检测 系统原理图 国内情况 异物侵限对高速行驶的客专列车的危害毋庸赘言，自中国的客运专线筹备建设伊始，便投入了大量的力量进行异物侵限监测技术的研究。 2020 年，铁科院、铁一院协助建设单位完成青藏线异物侵限的防治工作。 2020年，铁科院和成都局合作，在 既有成都铁路局管段 易滑坡地段安装位移传感器检正 文 22 中国铁道科学研究院 测滑坡灾害的发生； 2020 年，北京铁路局在京原线部分隧道口安装视频监控设备，监控人员通过视频监控系统检测异物侵限事件。 自 2020 年京津城际开通 以来 ， 铁科院、铁三院、京津城际公司在京沪高速铁路异物侵限检测的研究基础上，形成京津城际高速铁路异物检测技术方案 ，并在京津城际建成异物侵限监测系统，截至到 2020 年底，共有京沪、武广等 20 余 条高速铁路 /客运专线设置异物侵限监测点，总计有 663 处异物侵限监测点，主要采用法国接触式异物侵限监测技术。 京津城际全线设置 5 处异物侵限监测点，单根监测电 缆布设在水平金属网上方，为第一代异物侵限监测设备，如图 217所示。 图 217 第一代异物侵限监测设备 随着 高速铁路 建设的发展，对异物侵限监测技术不断进行完善， 2020 年，将单根监测电缆改为两根监测电缆，同时将监测电缆封闭到复合材料中，为第二代异物侵限监测设备，如图 218 所示。 正文 中国铁道科学研究院 23 图 218 第二代异物侵限监测设备 2020 年将水平监测电网改为竖直监测电网，为第三代异物侵限监测设备，如图 219 所示。 图 219 第三代异物侵限监测设备 总结 日本新干线自 1964 年、法国高速铁路自 1981 年 、德国高速铁路自 1971 年 开通运 营以来，未见因风、雨、雪、地震及落物等灾害引发事故造成旅客伤亡 的事件发生 ，防灾安全监控系统 发挥了重大 的作用。 正 文 24 中国铁道科学研究院 各国都针对高速铁路的发展趋势和本国的实际情况选择了不同的异物侵限监测技术，但总体来说，基本都是朝着高可靠性、高自动化的方向来发展，比如日本自上世纪 90年代后期开始将使用电网监测异物侵入的方式改进为利用光纤监测的方式，法国等欧洲国家也都致力于向非接触式异物侵限监测的方式发展。 近几年，我国铁路在防灾安全监控领域 特别是异物侵限监测方面 的研究和应用方面从无到有，取得很大 进步。 为完成将高速铁路铁路建成世界一流的目标，必须借鉴国外防灾安全监控系统 特别是异物侵限监测方面 几十年的应用经验，利用已有国内 异物侵限监测技术 的研究成果 和运用经验 ，继续加强在 异物侵限监测技术 体系和规范方面的研究，提高监测 和 报警技术水平，缩短与世界先进水平的差距。 3 高速 铁路 异物侵限监测系统应用情况调研 高速 铁路 异物侵限监测系统 总体情况 截至 2020 年在已开通的 20 条客运专线上已布设共计 663 处异物侵限监测点，现场监测设备均为单电网或双电网式，具体数据如表 31 所示。 表 31 异物侵限监测设备数量明细表 序号 开通年份 线路名称 异物侵限 1 2020 京津 5 2 2020 甬台温 10 3 温福 7 4 武广 115 5 2020 郑西 110 6 石太 34 7 福厦 51 8 沪宁 71 9 昌九 24 10 沪杭 19 11 海南东环 52 12 长吉 13 正文 中国铁道科学研究院 25 13 2020 京沪 27 14 合武 34 （湖北段） 15 广珠 0 16 广深 9 17 2020 龙深线 5 （厦漳段） 18 汉宜 14 19 哈大 41 20 京石武 22 总计 663 异物侵限监测系统 运用情况调研 （ 1 杭深 线 （福厦段）异物侵限监测子系统运用情况 杭深 线 （福厦段） 沿线设置异物侵限监测点 51 处， 该系统 2020 年 4月 23 日正式开通运行，运行期间 20 2020 年故障数据统计如表 31所示。 表 31 杭深 线 （福厦段）异物侵限监测子系统 20 2020 年故障数据统计表 时间 设备 故障现象 次数 原因 202021 工务终端 工务段防灾终端无监控数据显示 1 网络故障 202033 监控主机 K720+691主控板 1 网络通讯状态异常 1 网络故障 202041 监测电网 K1066+377异物上跨桥单电网断线 1 2020430 调度终端 福厦台防灾终端无法显示 1 网络故障 2020723 监测电网 厦门工务段管内杭深线 K1023+802 防灾系统异物监测点“ 1 电网 2 断线”报警。 1 2020723 监测电网 厦门工务段管内杭深线 K1023+802 防灾系统异物监测点“ 1 电网 3 断线”报警。 1 正 文 26 中国铁道科学研究院 2020723 监测电网 厦门工务段管内杭深线 K1023+802 防灾系 统异物监测点“ 1 电网 4 断线”报警。 1 2020817 传输通络 调度所福厦台防灾系统终端 K1119＋ 140异物侵限监控点故障（基站主控板与服务器通信通道故障），对应轨道电路（上下行）显示非正常占用状态。 1 20201224 监测电网 杭深线泉州至晋江 K1054+166异物报警（黄网），经检查铁路上跨 K1054+166防灾系统无异物侵限， 5： 45在调度所办理泉州至晋江K1054+166异物桥停用。 1 2020418 监测电网 2020年 4 月 18日 23时 40分段调度接调度所电话：杭 深线前场至角美间 K1124+700至K1126+800上、下行线红轨，误报。 1 202083 监测电网 2020年 8 月 3 日 2： 02分，路局调度所温福台、福州枢纽台列车调度员发现防灾终端界面右下角“温福风、雨、异物服务器字体闪红”和左下角“描述栏内”出现多条报警自检信息提示。 1 通信段网络故障 造成 2020825 监测电网 2020年 8 月 25日 16： 32分，福厦调度终端、福厦工务处调度终端、厦门工务段调度终端出现 K0987+327 异物桥黄网报警， 16： 39分黄网消失，设备恢复正常。 1 网片 腐蚀老化或者接线接触不良等造成黄网 2020827 传输通道 8 月 27日 10： 28，经调度所反映：杭深线温福台、福州枢纽台、福厦台防灾监控系统异常报警，现场设备脱离监控。 1 网络中断 2020922 监测电网 异物工点联合试验时发现 K0681+522异物侵限点断网时 K0682+361异物侵限点红网；K0682+361异物侵限点断网时 K0682+319异物侵限点红网； K0682+319断网时 K0682+299红网； K0682+299断网时 K0681+522红网。 4 机柜配线端子混 线造成 从以 上数据来看，出现设备故障报警较多的主要为网络故障和监测电网故障，其也是造成异物侵限监测系统误报的主要原因。 （ 2）杭深 线 （温福段）异物侵限监测子系统运用情况 杭深 线 （温福段） 沿线设置异物侵限监测点 7 处。 该系统 2020 年 10 月 2 日开通试运行 ， 2020年 3 月 8 日正式开通运行，运行期间 20 2020 年故障数据统计如表 32所示。 表 32 杭深 线 （温福段）异物侵限监测子系统故障数据统计表 正文 中国铁道科学研究院 27 时间 设备 故障现象 次数 原因 2020111 监控终端 路局调度所温福台列车调度员发现防灾终端界面异常。 1 防 灾调度终端网口物理松动。 2020115 监控终端 路局调度所温福台列车调度员发现防灾终端界面黑屏，无数据显示。 1 长时间停电，备用 UPS存储电量耗尽。 从以上数据来看，出现设备故障报警的主要为网络故障和电源单元功能不完善。 （ 3）昌九城际异物侵限监测子系统运用情况 昌九城际 沿线设置异物侵限监测点 24 处。 该系统 2020年 9月 15 日正式启用，运行期间 20 2020 年故障数据统计如表 33所示。 表 33 昌九城际异物侵限监测子系统故障数据统计表 时间 设备 故障现象 次数 原因 2020228 监测电网 K93+926处异物网侵限报警 1 厂家维护人员误 操作 2020823 监控单元 昌九城际 K061+191基站K059+48 K060+123异物侵限监测点分别于 2020年 8月23 日 14： 23 分， 15:33分发生异物侵限电网闪红报警。 2 主控板故障，无法 自动切换至备板 202022 调度终端 路局调度所厦深、昌九台防灾系统终端分别于 12： 18 分、14： 26 分发生防灾终端界面黑屏，无数据显示故障。 2 显示器电源线。