摘要隨著列車貨、客流的增加，列車的高速運行對區間信號設備的可靠性和安全性提出了更高的要求。針對于這種情況本文就ZPW—2000A型無絕緣移頻自動閉塞系統的可靠性作簡單分析。
　　
　　關鍵詞ZPW—2000A；無絕緣軌道電路；可靠性
　　
　　鐵路信號設備的主要功能是保障行車安全和提高運輸效率。信號設備可以分為車站信號設備和區間信號設備兩大類，閉塞設備就是用來保障列車在區間內運行安全，并提高區間通過能力的區間信號設備。隨著列車貨、客流的增加，列車的高速運行對區間信號設備的可靠性和安全性提出了更高的要求。針對于這種情況本文就ZPW—2000A型無絕緣移頻自動閉塞系統設備的可靠性作簡單分析。
　　
　　一、ZPW—2000A型無絕緣移頻自動閉塞系統的構成
　　
　　ZPW—2000A型無絕緣移頻自動閉塞系統是在繼承法國UM71系統和WG－21A型無絕緣自動閉塞系統優點的基礎上，結合我國國情在提高系統安全性、可靠性和系統傳輸性等方面進行技術再開發，并實現了設備國產化。
　　
　　
　　ZPW—2000A型無絕緣軌道電路系統由室外設備和室內設備兩大部分組成，其中室外設備有調諧區、機械絕緣節或電氣絕緣節、匹配變壓器、補償電容、傳輸電纜、調諧區設備引接線等組成，室內設備有電纜模擬網絡、發送器、接收器、衰耗器等組成。如下圖1所示。
　　
　　圖1ZPW-2000A型無絕緣軌道電路系統構成
　　
　　二、ZPW—2000A型無絕緣移頻自動閉塞系統設備可靠性分析
　　
　　提高可靠性可以通過避錯技術和容錯技術來實現。ZPW—2000A型無絕緣移頻自動閉塞系統一方面通過完善系統設計、高可靠性標準元器件、先進的施工安裝工藝和良好的工作環境等措施提高可靠性，另一方面又通過冗余技術在系統發生故障時仍能保證系統的可靠性，其中發送器采用“N+1”熱備冗余結構，接收器采用”1+1”雙機并聯冗余結構。
　　
　　ZPW—2000A型無絕緣移頻自動閉塞系統是一個串聯結構的系統，系統的可靠性就是各部分設備可靠性的乘積，而除發送器和接收器外其它設備的可靠性都不受結構變化的影響，因此下面就這兩種冗余結構的可靠性作一簡單分析。
　　
　　1．“N+1”熱備冗余結構
　　
　　傳統自動閉塞設備一般采用單套電子設備，難以保證系統的高可靠性，ZPW—2000A發送器采用“N+1”熱備冗余結構。即系統按N臺主用工作設備備用一臺熱機設備。當設備故障檢測裝置檢測到主用設備之一發生故障時，“+1”備用設備自動投入使用。邏輯框圖如圖2所示。
　　
　　
　　圖2N＋1熱備冗余結構邏輯框圖
　　
　　（1）“N+1”熱備冗余結構的構成原則
　　
　　Ø系統工作按N臺主用設備，熱機備用一臺“+1”設備的原則。
　　
　　Ø主用設備及“+1”備用設備均設有故障檢測報警。
　　
　　Ø主用設備之一發生故障時，備用“+1”設備立即自動投入。
　　
　　Ø主用設備從故障狀態恢復正常時，立即與“+1”設備自動脫離，恢復其原有熱機備用狀態。
　　
　　Ø發送器故障轉換及故障恢復時，均應保證地面信號機和機車信號機的不滅燈。故障轉換時間應不大于1.1S。
　　
　　Ø應考慮緊急處理故障過程中對設備的帶電拔插，誤拔單臺設備時，亦不應影響系統的正常工作。
　　
　　Ø更換故障設備時，應不影響系統的正常工作。
　　
　　Ø當同時發生兩臺及其以上同類設備故障時，僅能保證一臺正常工作，故障轉換投入應考慮優先順序，優先級由工程設計人員確定，一般將一離去區段設置為最高優先級。
　　
　　（2）可靠性計算
　　
　　為了簡化計算設各發送器為同型部件，且每個部件的壽命分布和故障后的修復時間均為指數分布，假定切換開關安全可靠，“＋1”備用設備的切換可靠度為1。所有這些隨機變量相互獨立，故障部件修復后壽命分布和新部件一致。
　　
　　且“N+1”熱備冗余結構的工作原理：
　　
　　Ø設備都正常工作時，系統正常工作；
　　
　　Ø主用設備之一發生故障時，備用“+1”設備立即自動投入，且更換故障設備時其它設備不出故障；
　　
　　Ø當N臺設備同時有兩臺或兩臺以上設備發生故障時，系統不能正常工作。
　　
　　
　　根據以上設定繪出“N+1”熱備冗余結構狀態轉移圖，如圖3所示。
　　
　　圖3“N+1”熱備冗余結構狀態轉移圖
　　
　　其中，λ為失效率，μ為維修。S0部件都正常工作；S1有一個部件故障，備用“+1”設備立即自動投入，且更換故障設備時其它設備不出故障；S2當N臺設備中有二個以上同時發生故障時,系統不能正常工作。
　　
　　由圖3得出系統狀態轉移矩陣T為
　　
　　(1)
　　
　　根據馬爾柯夫隨機過程理論，系統處于各個狀態概率的拉氏變換如下式成立：
　　
　　(2)
　　
　　其中為系統在t時刻處于i狀態的概率的拉氏變換，根據可靠性定義可知系統可靠是處于S2狀態的對立事件，則有：
　　
　　
　　（3）
　　
　　
　　
　　根據平均無故障工作時間MBTF的定義：
　　
　　
　　2．“1＋1”雙機并聯冗余結構
　　
　　A主機輸入
　　
　　A并機輸入
　　
　　B并機輸入
　　
　　B主機輸入
　　
　　A主機輸出
　　
　　A并機輸出
　　
　　B并機輸出
　　
　　B主機輸出
　　
　　B
　　
　　A
　　
　　
　　ZPW—2000A接收器采用“1＋1”雙機并聯冗余結構。即每臺接收器均由功能完全相同的兩部分組成，即主機部分和并機部分，接收器的雙機并聯冗余結構，就是利用兩臺接收器主機部分和并機部分相互構成熱機并聯系統，以保證系統的不間斷工作。
　　
　　圖4“1＋1”雙機并聯冗余結構邏輯框圖
　　
　　（1）“1＋1”雙機并聯冗余結構的構成原則
　　
　　如圖4所示，在ZPW—2000A系統中，A、B兩臺接收器構成了成對雙機并聯運用系統，即：
　　
　　A主機輸入接至A主機，且并聯接至B并機；
　　
　　B主機輸入接至A主機，且并聯接至A并機。
　　
　　A主機輸出與B并機輸出并聯，動作A主機相應執行對象；
　　
　　B主機輸出與A并機輸出并聯，動作B主機相應執行對象。
　　
　　（2）可靠性計算
　　
　　由上可以看出當切換開關可靠性為“1”，且N=1時N+1熱備冗余結構就近似為“1＋1”雙機并聯冗余結構。因此其可靠性指標R(t)和MTBF分別為：

　　
　　三、結論
　　
　　（1）單機結構的可靠性小于“N+1”熱備冗余結構，而N+1熱備冗余結構的可靠性又小于“1＋1”雙機并聯結構，在考慮設備投資和故障安全的情況下，發送器選用“N+1”熱備冗余結構，接收器選用“1＋1”雙機并聯結構；
　　
　　（2）采用“N+1”熱備冗余結構時，N與λ和μ有關，當N太大時提高系統的可靠性不明顯；
　　
　　（3）設備故障時立即修復，可延長系統的平均無故障時間。
　　
　　
　　
　　參考文獻：
　　
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