地铁列车紧急制动回路中旁路设置的研究

张谦虓, 陈 嘉

上海申通地铁集团有限公司 技术中心 上海 201103

1 研究背景

对于地铁线路而言,提高地铁列车运营准点率意味着尽量减少运营故障,并尽量降低各类运营故障的风险及危害。地铁列车的指令繁多,关键指令主要依靠110 V硬线控制电路传输。控制电路不仅复杂,而且多节点,某一个节点出现故障,如接触不良、断开等,指令将无法传输。地铁列车的指令分为关键指令和非关键指令,如果节点故障发生在关键指令线上,那么会造成列车救援。地铁列车的救援事件有一部分是由电路节点故障引起的,主要表现为接触不良导致信号无法传输。库内日常检查虽然可以发现部分接触不良的节点,但是仍然很难防止在正线运行过程中发生故障,而设置旁路开关是处理正线故障的最佳方式。

2016年6月7日11:55,上海地铁7号线727次0707号地铁列车由花木路站下行出站,列车自动驾驶模式施加紧急制动,列车在所有模式[1]下均无法缓解紧急制动。列车司机进入第一个3 min应急处置流程,在切除列车自动保护后列车紧急制动缓解,能够动车。列车行驶1 min后,再次紧急制动并且无法缓解,列车司机再次进入应急处置流程。6 min后,列车司机应急处置无效,申请救援[2]。最终此次故障造成龙阳路站下行最长晚点28 min,属于一起运营质量事件。

通过上述案例可以发现,若紧急制动无法缓解,直接就会导致列车救援。而在紧急制动无法缓解的情况下,最有效避免救援的应急处置措施就是使用与紧急制动缓解相关的旁路开关。笔者对紧急制动回路[3-4]进行分析,梳理紧急制动关键回路中可能导致列车紧急制动无法缓解的关键故障点,针对故障点提出紧急制动旁路[5-7]设置方案,并对设置旁路后旁路开关的功能范围进行研究。

2 地铁列车紧急制动电路分析

2.1 紧急制动指令电路

地铁列车紧急制动指令电路的作用是向列车发出紧急制动缓解或施加指令,即当联通紧急制动指令列车线时,列车紧急制动缓解,当紧急制动指令列车线断开时,列车施加紧急制动[8]。在紧急制动指令电路中,通常设置警惕按钮、列车自动保护、总风压力、车间电源、障碍物探测等条件监控触点,当其中任意一个条件触点断开后,列车立即施加紧急制动。

2.2 紧急制动控制电路

地铁列车紧急制动控制电路的作用是控制列车紧急制动缓解或施加,即通过紧急制动激活列车线,进而控制紧急制动电磁阀工作。在紧急制动指令电路中,通常设置紧急制动继电器[9]触点。当该紧急制动继电器得电后,紧急制动控制电路中的紧急制动继电器触点动作,联通紧急制动激活列车线,从而控制紧急制动电磁阀。

2.3 牵引授权电路

地铁列车牵引授权电路的作用是向列车发送牵引授权指令,允许列车牵引,即当牵引授权列车线上所设置的监控条件全部满足时,列车允许牵引。在牵引授权电路中,通常设置司机室激活、门锁闭、空气制动缓解、停放制动缓解、紧急制动缓解等条件监控触点,当其中任意一个条件监控触点断开后,列车禁止牵引。

3 地铁列车紧急制动回路故障分类

地铁列车紧急制动回路故障可以分为两类,一类为紧急制动施加条件故障,另一类为紧急制动执行故障。紧急制动施加条件故障指因紧急制动指令电路中的某一项条件没有满足时,该条件的监控触点断开,导致列车施加紧急制动。触发紧急制动的监控条件有警惕按钮、总风压力、车间电源、障碍物探测等。紧急制动执行故障指因紧急制动关键电路中紧急制动继电器故障或紧急制动继电器的某一个触点故障,导致列车紧急制动。

4 地铁列车紧急制动回路旁路设置

4.1 紧急制动施加条件旁路设置

紧急制动施加条件故障导致地铁列车紧急制动无法缓解,可能由单个条件故障造成,也可能由多个条件故障造成。为了避免因故障导致列车中断运行,对紧急制动施加条件故障提出两个旁路设置方案。

方案(1)是对紧急制动施加条件单独设立旁路开关,如图1所示。旁路具体包括警惕按钮旁路、总风低压旁路、车间电源旁路、障碍物探测旁路。列车因紧急制动施加条件故障而使紧急制动无法缓解时,列车司机通过判断确认具体单个或多个紧急制动施加条件,使用相对应的旁路开关进行应急处置。目前,整车供应商在列车上大多采用这种旁路设计。

图1 方案(1)示意图

方案(2)是设置一个旁路所有紧急制动施加条件的开关,如图2所示,称为紧急制动施加条件旁路。列车司机通过判断确认因紧急制动施加条件造成紧急制动无法缓解时,可使用紧急制动施加条件旁路进行处置,而且不需要进一步分析具体是哪个或哪几个紧急制动施加条件故障。

图2 方案(2)示意图

方案(1)的优点是旁路功能针对单个故障条件,旁路风险小。缺点是列车司机需要准确判断故障,并需要具备较高的业务能力。如紧急制动无法缓解故障是由多个条件故障引起的,则需使用多个旁路开关进行应急处置,应急处置用时较长。

方案(2)的优点是可优化旁路开关设置数量,设置单个旁路开关同时旁路所有紧急制动施加条件,可缩短列车司机判断故障的时间,降低司机故障判断难度,司机只需要确认故障由紧急制动施加条件引起。缺点是旁路范围广,风险高,司机需要关注多项列车状态。

4.2 紧急制动不缓解旁路设置

为避免因紧急制动执行故障,导致地铁列车紧急制动无法缓解,中断运行,需要设置紧急制动不缓解旁路作为应急处置措施。紧急制动不缓解旁路开关含有三个触点,分别设置在紧急制动指令电路、紧急制动控制电路、牵引授权电路中。使用紧急制动不缓解旁路开关后,上述电路中的紧急制动不缓解旁路触点会同时动作。紧急制动不缓解旁路设置方案如图3所示。

图3(a)中,紧急制动不缓解旁路触点断开,断开紧急制动指令电路中紧急制动缓解自保回路、列车自动保护紧急制动继电器触点,达成紧急制动施加条件输入,使紧急制动指令电路失效。

图3(b)中,为了旁路紧急制动继电器1触点和紧急制动继电器2触点,增加的旁路电路中包含紧急制动不缓解旁路触点、列车自动保护紧急制动继电器触点、本端司机室激活继电器触点,通过旁路电路使紧急制动电磁阀得电,列车紧急制动缓解。由于在紧急制动指令电路中断开了列车自动保护紧急制动防护功能,正线运营时,如紧急制动不缓解旁路误使用或误触发,会给正线运营带来风险。因此,在紧急制动控制电路中增设了列车自动保护紧急制动继电器触点,使列车在紧急制动不缓解旁路使用时,仍然具备列车自动保护的紧急制动防护功能。此列车自动保护紧急制动继电器触点属于列车自动保护范畴,同时添加了列车自动保护切除的旁路触点,在列车自动保护发生故障时也能通过列车自动保护切除触点来进行有效旁路。

图3(c)中,在紧急制动缓解后,列车需要牵引授权,因此旁路牵引授权电路中的紧急制动继电器1触点和紧急制动继电器2触点。增设的旁路电路包含列车自动保护紧急制动继电器触点、列车自动保护切除触点和紧急制动不缓解旁路触点。列车在紧急制动不缓解旁路运行时,仍具备列车自动保护紧急制动防护功能。

图3 紧急制动不缓解旁路

4.3 紧急制动旁路设置建议

根据上述分析,设置紧急制动施加条件旁路和紧急制动不缓解旁路很有必要,这两种旁路可以有效应对列车紧急制动无法缓解故障,避免列车因故障导致救援。其中,设置紧急制动施加条件旁路,就电路而言较为简单。从使用风险角度出发,方案(1)的安全性更高,建议参照方案(1)进行设置。针对不同的紧急制动施加条件旁路,需指定相对应的控制措施。如总风低压旁路使用前,列车司机需确认总风压力值,判断故障为总风压力监控故障,才能使用该旁路进行处置。旁路启用后,列车运行中司机需关注总风压力值,当总风压力值低于限制值时,需尽快清客退出运行。

设置紧急制动不缓解旁路,就电路而言较为复杂,如发生误触发或误使用的情况,则会对运营造成影响。建议紧急制动不缓解旁路功能中不包含列车自动保护紧急制动防护功能,以避免当紧急制动不缓解旁路触点自身发生故障时,列车自动保护紧急制动防护功能失效的情况。在使用紧急制动不缓解旁路时,必须增加控制措施来降低旁路风险,如旁路使用后,列车需要清客,然后由人工限速退出运营。

5 结束语

为避免地铁列车紧急制动无法缓解故障导致列车救援,在地铁列车紧急制动回路中设置旁路是很有必要的。笔者对地铁列车紧急制动关键电路进行了分析,梳理电路中会导致紧急制动施加无法缓解的故障点。根据不同的故障点,对故障进行分类。针对不同类型的故障,设置紧急制动施加条件旁路和紧急制动不缓解旁路,并对设置方案进行研究。为了降低紧急制动施加条件旁路在应急处置时的使用风险,紧急制动施加条件旁路建议分开设置。紧急制动不缓解旁路不能将列车自动保护紧急制动防护功能旁路,以避免因紧急制动不缓解旁路触点自身发生故障时,列车自动保护紧急制动防护功能失效的情况。在目前地铁列车全自动无人驾驶[10]已成为发展主流趋势的情况下,设置列车紧急制动不缓解旁路需要对设置风险进行完整评估,在旁路使用时需要采取适合无人驾驶系统的控制措施来降低风险。