摘要随着列车货、客流的增加，列车的高速运行对区间信号设备的可靠性和安全性提出了更高的要求。针对于这种情况本文就ZPW—2000A型无绝缘移频自动闭塞系统的可靠性作简单分析。
关键词ZPW—2000A；无绝缘轨道电路；可靠性
铁路信号设备的主要功能是保障行车安全和提高运输效率。信号设备可以分为车站信号设备和区间信号设备两大类，闭塞设备就是用来保障列车在区间内运行安全，并提高区间通过能力的区间信号设备。随着列车货、客流的增加，列车的高速运行对区间信号设备的可靠性和安全性提出了更高的要求。针对于这种情况本文就ZPW—2000A型无绝缘移频自动闭塞系统设备的可靠性作简单分析。
一、ZPW—2000A型无绝缘移频自动闭塞系统的构成
ZPW—2000A型无绝缘移频自动闭塞系统是在继承法国UM71系统和WG－21A型无绝缘自动闭塞系统优点的基础上，结合我国国情在提高系统安全性、可靠性和系统传输性等方面进行技术再开发，并实现了设备国产化。
ZPW—2000A型无绝缘轨道电路系统由室外设备和室内设备两大部分组成，其中室外设备有调谐区、机械绝缘节或电气绝缘节、匹配变压器、补偿电容、传输电缆、调谐区设备引接线等组成，室内设备有电缆模拟网络、发送器、接收器、衰耗器等组成。如下图1所示。
图1ZPW-2000A型无绝缘轨道电路系统构成
二、ZPW—2000A型无绝缘移频自动闭塞系统设备可靠性分析
提高可靠性可以通过避错技术和容错技术来实现。ZPW—2000A型无绝缘移频自动闭塞系统一方面通过完善系统设计、高可靠性标准元器件、先进的施工安装工艺和良好的工作环境等措施提高可靠性，另一方面又通过冗余技术在系统发生故障时仍能保证系统的可靠性，其中发送器采用“N+1”热备冗余结构，接收器采用”1+1”双机并联冗余结构。
ZPW—2000A型无绝缘移频自动闭塞系统是一个串联结构的系统，系统的可靠性就是各部分设备可靠性的乘积，而除发送器和接收器外其它设备的可靠性都不受结构变化的影响，因此下面就这两种冗余结构的可靠性作一简单分析。
1．“N+1”热备冗余结构
传统自动闭塞设备一般采用单套电子设备，难以保证系统的高可靠性，ZPW—2000A发送器采用“N+1”热备冗余结构。即系统按N台主用工作设备备用一台热机设备。当设备故障检测装置检测到主用设备之一发生故障时，“+1”备用设备自动投入使用。逻辑框图如图2所示。
图2N＋1热备冗余结构逻辑框图
（1）“N+1”热备冗余结构的构成原则
Ø系统工作按N台主用设备，热机备用一台“+1”设备的原则。
Ø主用设备及“+1”备用设备均设有故障检测报警。
Ø主用设备之一发生故障时，备用“+1”设备立即自动投入。
Ø主用设备从故障状态恢复正常时，立即与“+1”设备自动脱离，恢复其原有热机备用状态。
Ø发送器故障转换及故障恢复时，均应保证地面信号机和机车信号机的不灭灯。故障转换时间应不大于1.1S。
Ø应考虑紧急处理故障过程中对设备的带电拔插，误拔单台设备时，亦不应影响系统的正常工作。
Ø更换故障设备时，应不影响系统的正常工作。
Ø当同时发生两台及其以上同类设备故障时，仅能保证一台正常工作，故障转换投入应考虑优先顺序，优先级由工程设计人员确定，一般将一离去区段设置为最高优先级。
（2）可靠性计算
为了简化计算设各发送器为同型部件，且每个部件的寿命分布和故障后的修复时间均为指数分布，假定切换开关安全可靠，“＋1”备用设备的切换可靠度为1。所有这些随机变量相互独立，故障部件修复后寿命分布和新部件一致。
且“N+1”热备冗余结构的工作原理：
Ø设备都正常工作时，系统正常工作；
Ø主用设备之一发生故障时，备用“+1”设备立即自动投入，且更换故障设备时其它设备不出故障；
Ø当N台设备同时有两台或两台以上设备发生故障时，系统不能正常工作。
根据以上设定绘出“N+1”热备冗余结构状态转移图，如图3所示。
图3“N+1”热备冗余结构状态转移图
其中，λ为失效率，μ为维修。S0部件都正常工作；S1有一个部件故障，备用“+1”设备立即自动投入，且更换故障设备时其它设备不出故障；S2当N台设备中有二个以上同时发生故障时,系统不能正常工作。
由图3得出系统状态转移矩阵T为
(1)
根据马尔柯夫随机过程理论，系统处于各个状态概率的拉氏变换如下式成立：
(2)
其中为系统在t时刻处于i状态的概率的拉氏变换，根据可靠性定义可知系统可靠是处于S2状态的对立事件，则有：
（3）
根据平均无故障工作时间MBTF的定义：
2．“1＋1”双机并联冗余结构
A主机输入
A并机输入
B并机输入
B主机输入
A主机输出
A并机输出
B并机输出
B主机输出
B
A
ZPW—2000A接收器采用“1＋1”双机并联冗余结构。即每台接收器均由功能完全相同的两部分组成，即主机部分和并机部分，接收器的双机并联冗余结构，就是利用两台接收器主机部分和并机部分相互构成热机并联系统，以保证系统的不间断工作。
图4“1＋1”双机并联冗余结构逻辑框图
（1）“1＋1”双机并联冗余结构的构成原则
如图4所示，在ZPW—2000A系统中，A、B两台接收器构成了成对双机并联运用系统，即：
A主机输入接至A主机，且并联接至B并机；
B主机输入接至A主机，且并联接至A并机。
A主机输出与B并机输出并联，动作A主机相应执行对象；
B主机输出与A并机输出并联，动作B主机相应执行对象。
（2）可靠性计算
由上可以看出当切换开关可靠性为“1”，且N=1时N+1热备冗余结构就近似为“1＋1”双机并联冗余结构。因此其可靠性指标R(t)和MTBF分别为：
三、结论
（1）单机结构的可靠性小于“N+1”热备冗余结构，而N+1热备冗余结构的可靠性又小于“1＋1”双机并联结构，在考虑设备投资和故障安全的情况下，发送器选用“N+1”热备冗余结构，接收器选用“1＋1”双机并联结构；
（2）采用“N+1”热备冗余结构时，N与λ和μ有关，当N太大时提高系统的可靠性不明显；
（3）设备故障时立即修复，可延长系统的平均无故障时间。
参考文献：
【1】郭进王晓明交互式热备冗余微机联锁系统的可靠性研究兰州铁道学院学报，17（4）：1998，62～67
【2】林瑜筠区间信号自动控制中国铁道出版社，2007，120～173
【3】林瑜筠张铁增区间信号自动控制中国铁道出版社，1996，132～147
