列车滑行紧制故障分析及应对

广州地铁集团有限公司 潘青青

2020年初，广州地铁21号线列车在正线运行过程中多次出现ATC紧急制动故障，严重影响列车运营安全质量，检查发现为列车滑行引起信号系统报故障，触发紧急制动，经过整治成功降低列车滑行紧制故障率。本文主要从信号系统角度分析列车滑行紧制原因，并阐述在应对列车滑行问题中的相关措施及信号系统湿轨模式的应用。

广州地铁21号线在2019年12月20日全线开通，作为连通增城与广州中心城区线路，具有站间距离长、运行速度高、高架线路多等特点。高架露天线路易受气候等不可抗力的外部环境影响，2020年上半年广州雨水天气多发，在下雨天气，21号线列车在正线运行过程中频繁发生列车ATC紧急制动故障，查看报警信息故障主要有2类：超速紧制、高速度差异紧制。

1 列车紧制机制

广州地铁21号线信号系统采用的是Seltrac®无线CBTC系统，在信号系统防护模式下，信号系统为列车提供速度监督功能，根据列车当前位置土建限速、临时限速、目标距离、速度曲线等实时计算列车允许速度，并通过信号屏显示，若列车速度接近允许速度，信号屏将会发出声音报警，若列车速度超过允许速度，信号系统将命令列车紧急制动。

广州地铁21号线信号系统每列车有两套VOBC（车载控制器）设备，每套VOBC包含两个速度传感器，分别安装于不同的制动非牵引轴上，信号系统通过2个速度传感器同时辅以加速度计的方式进行测速，最终测速值取两个速度传感器测速平均值，若两个速度传感器测量值存在偏差，偏差超过4KM/H时，信号系统将判断列车速度误差较大，超过系统容限，从而命令列车紧急制动，报高速度差异报警。

2 故障原因分析

2.1 列车紧制原因分析

图1 列车超速紧制运行曲线图

对列车数据进行分析，列车超速紧制时运行曲线如图1所示，ATO模式下，信号系统VOBC输出牵引/制动指令、牵引/制动模拟量给到车辆牵引及制动系统，控制车辆牵引及制动系统输出牵引/制动力的大小，从而控制列车运行速度。故障时VOBC输出制动指令，持续增大制动模拟量，期望车辆响应较大制动力控制列车减速，但VOBC输出制动模拟量持续增大过程中，列车减速度减小，未跟随VOBC制动模拟量变化，列车整体制动性能下降，速度下降较慢，导致列车实际运行速度超过允许速度而超速紧制。

列车高速度差异紧制时运行曲线如图2所示，故障时检测到两个轮轴均处于不同程度的打滑状态，两个速度传感器测速差异较大，VOBC检测到两个速度传感器测速差异大于4km/h，列车报高速度差异紧制。

图2 列车超速紧制运行曲线图

查看故障时列车空转/滑行状态，均检测处于滑行状态，且列车缓解紧制后可恢复正常运行，同时检查列车设备均正常，可排除设备硬件故障，而列车运行过程中若轮轨之间的粘着力小于列车制动力，车轮将发生滑行，甚至抱死，车轮滑行时的有效制动力大大小于车轮与钢轨处于正常粘着状态时的制动力，同时由于广州地铁21号线信号2个速度传感器安装在不同的轮轴上，通过车轮转动进行测速，当两个车轮处于不同程度的滑行状态，2个速度传感器测速值将不一致，因此判断为列车滑行导致信号系统触发紧制。

2.2 列车滑行原因分析

列车空转/滑行发生的根本原因是轮轨之间的粘着力小于列车牵引/制动时所需的摩擦力，车辆、信号及轨道等各方面因素都与空转/滑行的发生有关。而通过对广州地铁21号线滑行紧制故障情况进行统计分析，故障有以下特点：1）故障均发生在列车制动减速阶段；2）故障时列车制动力需求较高；3）故障发生在下雨天气，轨道无明显油污但表面湿滑；4）故障发生地点较为集中，在高架露天段或高架与地下交界段，其中朱村站-凤岗站下行区段最多；5）故障列车不固定，存在普遍性，检查故障列车各项设备无异常，非下雨天气滑行区段列车运行正常。根据故障发生特性，分析目前广州地铁21号线滑行故障主要受以下因素影响。

2.2.1 下雨天气导致轨道湿滑

根据对故障情况统计，广州地铁21号线列车滑行紧制故障均发生在下雨天气，且故障发生地点较为集中，均在高架露天段或高架与地下交界段，受天气影响，轨道均处于湿滑状态，粘着力变小，难以满足列车制动减速过程中的制动力需求。

2.2.2 线路特性

对广州地铁21号线列车滑行紧制故障高发区域朱村站-凤岗站下行区段线路排查分析，发现该区段为高架与地下交界段，线路处于一个持续下坡过程，最大坡度达到28‰，受重力加速度作用，列车在进站减速时需要更大的制动力维持制动，同时下雨天气时，高架段轨道湿滑，而隧道段也会有雨水顺着下坡从隧道口进入，同样造成轨道湿滑，导致列车在该区段极易发生滑行。

3 应对措施

3.1 信号系统设置湿轨模式，降低制动力需求

广州地铁21号线信号系统设置有湿轨模式，通过湿轨模式命令，可使ATO模式列车降低加速度/制动率，降低列车加减速过程中的牵引/制动力需求，列车性能更容易满足，减少列车由于在加减速过程中车轮滑行和抱死造成故障，从而引起紧急制动的可能，有助于阻止由于雨天或轨道湿滑引起的列车紧急制动的施加。

信号系统中有3种不同的加速度/制动率类型，正常运行模式下加速度/制动率类型为正常，湿轨模式下加速度/制动率类型有：类型I、类型II，类型I能将列车的加速度/制动率减少25%，类型II能将列车的加速度/制动率减少50%。

湿轨命令允许中央调度员通过以下两种操作方式实施：

（1）对车站间区域设置较低的加速度/制动率类型。一旦车站间区域被设置降低加速度/制动率，当列车停靠该区域的前方站台，ATS将在列车进路触发时向VOBC发送命令降低加速度/制动率，列车进入设置区域后按照相应设置的类型运行，停靠下一站台后系统重置为正常加速/制动率类型。

（2）对列车设置较低的加速度和制动率类型。对列车设置较低的加速度和制动率类型，ATS会立刻向VOBC发送命令降低加速度/制动率，但运行中的列车不会立即执行，当列车到达停靠站台后应用新的加速度/制动率，停靠下一站台后系统重置为正常加速/制动率类型。

同时信号系统湿轨模式命令允许中央操作员随时设置或取消，可选择只在下雨时间、易打滑区段设置，可操作性强。

现场选取广州地铁21号线滑行故障率较高的朱村-凤岗下行区间，列车ATO模式在不同加速度/制动率类型下的加速度/制动率及速度曲线如图3、图4、图5所示。

图3 正常加速度/制动率列车运行曲线图

图4 类型1加速度/制动率列车运行曲线图

图5 类型2加速度/制动率列车运行曲线图

从列车运行曲线图可看出，列车采用不同的加速度/制动率类型表现出来的加速度/制动率不同，湿轨模式下的加速度/制动率类型I、类型II，在列车加减速时加速度/制动率可分别降低25%、50%，即对列车运行时的牵引/制动输出要求下降，列车性能更容易满足，可有效减少滑行的发生，同时对于区间最大速度保持不变，也可降低对区间运行时间的影响。

广州地铁21号线于2020年4月22日开始在下雨天气对正线高架段轨道湿滑区域实行设置湿轨模式，使用加速度/制动率类型I。

图6 广州地铁21号线2020年滑行故障统计图

3.2 增大车辆撒砂装置撒砂量

广州地铁21号线列车在设计之初考虑到有高架线路，车辆已配置了撒砂装置作为轮轨增粘设备，由于考虑到隧道内的轨面不会受到雨水的影响，而撒砂到道岔范围内会影响道岔的功能正常运转，所以在道岔区域、折返线及隧道内禁止撒砂。但在现场列车实际运行中发现，在高架转隧道过渡段，线路往往处于下坡状态，受列车运行及线路坡度影响，雨水易顺着下坡从隧道口进入，该区段轨道同样处于湿滑状态。坡道加上轨道湿滑导致该区段极易发生列车滑行，因此计划增加车辆撒砂装置撒砂区域，将高架转隧道过渡段也纳入撒砂区域范围，使列车在该区段发生滑行时能得到改善，该措施计划在2020年第四季度完成软件修改。

4 实施效果

广州地铁21号线2020年滑行故障情况如图6所示，2020年2、3、4月份广州地铁21号线列车滑行导致信号系统触发紧制故障较多，4月底通过在下雨天气对正线高架段轨道湿滑区域实行设置湿轨模式，正线区域未再次出现列车滑行导致信号系统触发紧制故障，仅6月份在象岭出厂线未设置湿轨模式区域发生2次故障，故障得到了有效控制，效果显著。

结语：列车滑行是轨道交通行业列车运行中常见的现象，特别是对于广州雨水、潮湿天气较多，同时广州地铁21号线有高架线路，受环境影响较大，更易出现列车滑行故障，影响列车安全运营。但通过信号系统设置湿轨模式等措施有效降低了故障率，同时广州地铁21号线也是广州首条信号系统设置湿轨模式的线路，具有设置简单，效果显著的特点，对于后续信号系统设计中优化列车打滑问题具有很好的参考价值。