張謙虓, 陳 嘉

上海申通地鐵集團有限公司 技術中心 上海 201103

1 研究背景

對于地鐵線路而言,提高地鐵列車運營準點率意味著盡量減少運營故障,并盡量降低各類運營故障的風險及危害。地鐵列車的指令繁多,關鍵指令主要依靠110 V硬線控制電路傳輸?？刂齐娐凡粌H復雜,而且多節(jié)點,某一個節(jié)點出現(xiàn)故障,如接觸不良、斷開等,指令將無法傳輸。地鐵列車的指令分為關鍵指令和非關鍵指令,如果節(jié)點故障發(fā)生在關鍵指令線上,那么會造成列車救援。地鐵列車的救援事件有一部分是由電路節(jié)點故障引起的,主要表現(xiàn)為接觸不良導致信號無法傳輸。庫內(nèi)日常檢查雖然可以發(fā)現(xiàn)部分接觸不良的節(jié)點,但是仍然很難防止在正線運行過程中發(fā)生故障,而設置旁路開關是處理正線故障的最佳方式。

2016年6月7日11:55,上海地鐵7號線727次0707號地鐵列車由花木路站下行出站,列車自動駕駛模式施加緊急制動,列車在所有模式[1]下均無法緩解緊急制動。列車司機進入第一個3 min應急處置流程,在切除列車自動保護后列車緊急制動緩解,能夠動車。列車行駛1 min后,再次緊急制動并且無法緩解,列車司機再次進入應急處置流程。6 min后,列車司機應急處置無效,申請救援[2]。最終此次故障造成龍陽路站下行最長晚點28 min,屬于一起運營質(zhì)量事件。

通過上述案例可以發(fā)現(xiàn),若緊急制動無法緩解,直接就會導致列車救援。而在緊急制動無法緩解的情況下,最有效避免救援的應急處置措施就是使用與緊急制動緩解相關的旁路開關。筆者對緊急制動回路[3-4]進行分析,梳理緊急制動關鍵回路中可能導致列車緊急制動無法緩解的關鍵故障點,針對故障點提出緊急制動旁路[5-7]設置方案,并對設置旁路后旁路開關的功能范圍進行研究。

2 地鐵列車緊急制動電路分析

2.1 緊急制動指令電路

地鐵列車緊急制動指令電路的作用是向列車發(fā)出緊急制動緩解或施加指令,即當聯(lián)通緊急制動指令列車線時,列車緊急制動緩解,當緊急制動指令列車線斷開時,列車施加緊急制動[8]。在緊急制動指令電路中,通常設置警惕按鈕、列車自動保護、總風壓力、車間電源、障礙物探測等條件監(jiān)控觸點,當其中任意一個條件觸點斷開后,列車立即施加緊急制動。

2.2 緊急制動控制電路

地鐵列車緊急制動控制電路的作用是控制列車緊急制動緩解或施加,即通過緊急制動激活列車線,進而控制緊急制動電磁閥工作。在緊急制動指令電路中,通常設置緊急制動繼電器[9]觸點。當該緊急制動繼電器得電后,緊急制動控制電路中的緊急制動繼電器觸點動作,聯(lián)通緊急制動激活列車線,從而控制緊急制動電磁閥。

2.3 牽引授權電路

地鐵列車牽引授權電路的作用是向列車發(fā)送牽引授權指令,允許列車牽引,即當牽引授權列車線上所設置的監(jiān)控條件全部滿足時,列車允許牽引。在牽引授權電路中,通常設置司機室激活、門鎖閉、空氣制動緩解、停放制動緩解、緊急制動緩解等條件監(jiān)控觸點,當其中任意一個條件監(jiān)控觸點斷開后,列車禁止牽引。

3 地鐵列車緊急制動回路故障分類

地鐵列車緊急制動回路故障可以分為兩類,一類為緊急制動施加條件故障,另一類為緊急制動執(zhí)行故障。緊急制動施加條件故障指因緊急制動指令電路中的某一項條件沒有滿足時,該條件的監(jiān)控觸點斷開,導致列車施加緊急制動。觸發(fā)緊急制動的監(jiān)控條件有警惕按鈕、總風壓力、車間電源、障礙物探測等。緊急制動執(zhí)行故障指因緊急制動關鍵電路中緊急制動繼電器故障或緊急制動繼電器的某一個觸點故障,導致列車緊急制動。

4 地鐵列車緊急制動回路旁路設置

4.1 緊急制動施加條件旁路設置

緊急制動施加條件故障導致地鐵列車緊急制動無法緩解,可能由單個條件故障造成,也可能由多個條件故障造成。為了避免因故障導致列車中斷運行,對緊急制動施加條件故障提出兩個旁路設置方案。

方案(1)是對緊急制動施加條件單獨設立旁路開關,如圖1所示。旁路具體包括警惕按鈕旁路、總風低壓旁路、車間電源旁路、障礙物探測旁路。列車因緊急制動施加條件故障而使緊急制動無法緩解時,列車司機通過判斷確認具體單個或多個緊急制動施加條件,使用相對應的旁路開關進行應急處置。目前,整車供應商在列車上大多采用這種旁路設計。

圖1 方案(1)示意圖

方案(2)是設置一個旁路所有緊急制動施加條件的開關,如圖2所示,稱為緊急制動施加條件旁路。列車司機通過判斷確認因緊急制動施加條件造成緊急制動無法緩解時,可使用緊急制動施加條件旁路進行處置,而且不需要進一步分析具體是哪個或哪幾個緊急制動施加條件故障。

圖2 方案(2)示意圖

方案(1)的優(yōu)點是旁路功能針對單個故障條件,旁路風險小。缺點是列車司機需要準確判斷故障,并需要具備較高的業(yè)務能力。如緊急制動無法緩解故障是由多個條件故障引起的,則需使用多個旁路開關進行應急處置,應急處置用時較長。

方案(2)的優(yōu)點是可優(yōu)化旁路開關設置數(shù)量,設置單個旁路開關同時旁路所有緊急制動施加條件,可縮短列車司機判斷故障的時間,降低司機故障判斷難度,司機只需要確認故障由緊急制動施加條件引起。缺點是旁路范圍廣,風險高,司機需要關注多項列車狀態(tài)。

4.2 緊急制動不緩解旁路設置

為避免因緊急制動執(zhí)行故障,導致地鐵列車緊急制動無法緩解,中斷運行,需要設置緊急制動不緩解旁路作為應急處置措施。緊急制動不緩解旁路開關含有三個觸點,分別設置在緊急制動指令電路、緊急制動控制電路、牽引授權電路中。使用緊急制動不緩解旁路開關后,上述電路中的緊急制動不緩解旁路觸點會同時動作。緊急制動不緩解旁路設置方案如圖3所示。

圖3(a)中,緊急制動不緩解旁路觸點斷開,斷開緊急制動指令電路中緊急制動緩解自?；芈贰⒘熊囎詣颖Ｗo緊急制動繼電器觸點,達成緊急制動施加條件輸入,使緊急制動指令電路失效。

圖3(b)中,為了旁路緊急制動繼電器1觸點和緊急制動繼電器2觸點,增加的旁路電路中包含緊急制動不緩解旁路觸點、列車自動保護緊急制動繼電器觸點、本端司機室激活繼電器觸點,通過旁路電路使緊急制動電磁閥得電,列車緊急制動緩解。由于在緊急制動指令電路中斷開了列車自動保護緊急制動防護功能,正線運營時,如緊急制動不緩解旁路誤使用或誤觸發(fā),會給正線運營帶來風險。因此,在緊急制動控制電路中增設了列車自動保護緊急制動繼電器觸點,使列車在緊急制動不緩解旁路使用時,仍然具備列車自動保護的緊急制動防護功能。此列車自動保護緊急制動繼電器觸點屬于列車自動保護范疇,同時添加了列車自動保護切除的旁路觸點,在列車自動保護發(fā)生故障時也能通過列車自動保護切除觸點來進行有效旁路。

圖3(c)中,在緊急制動緩解后,列車需要牽引授權,因此旁路牽引授權電路中的緊急制動繼電器1觸點和緊急制動繼電器2觸點。增設的旁路電路包含列車自動保護緊急制動繼電器觸點、列車自動保護切除觸點和緊急制動不緩解旁路觸點。列車在緊急制動不緩解旁路運行時,仍具備列車自動保護緊急制動防護功能。

圖3 緊急制動不緩解旁路

4.3 緊急制動旁路設置建議

根據(jù)上述分析,設置緊急制動施加條件旁路和緊急制動不緩解旁路很有必要,這兩種旁路可以有效應對列車緊急制動無法緩解故障,避免列車因故障導致救援。其中,設置緊急制動施加條件旁路,就電路而言較為簡單。從使用風險角度出發(fā),方案(1)的安全性更高,建議參照方案(1)進行設置。針對不同的緊急制動施加條件旁路,需指定相對應的控制措施。如總風低壓旁路使用前,列車司機需確認總風壓力值,判斷故障為總風壓力監(jiān)控故障,才能使用該旁路進行處置。旁路啟用后,列車運行中司機需關注總風壓力值,當總風壓力值低于限制值時,需盡快清客退出運行。

設置緊急制動不緩解旁路,就電路而言較為復雜,如發(fā)生誤觸發(fā)或誤使用的情況,則會對運營造成影響。建議緊急制動不緩解旁路功能中不包含列車自動保護緊急制動防護功能,以避免當緊急制動不緩解旁路觸點自身發(fā)生故障時,列車自動保護緊急制動防護功能失效的情況。在使用緊急制動不緩解旁路時,必須增加控制措施來降低旁路風險,如旁路使用后,列車需要清客,然后由人工限速退出運營。

5 結束語

為避免地鐵列車緊急制動無法緩解故障導致列車救援,在地鐵列車緊急制動回路中設置旁路是很有必要的。筆者對地鐵列車緊急制動關鍵電路進行了分析,梳理電路中會導致緊急制動施加無法緩解的故障點。根據(jù)不同的故障點,對故障進行分類。針對不同類型的故障,設置緊急制動施加條件旁路和緊急制動不緩解旁路,并對設置方案進行研究。為了降低緊急制動施加條件旁路在應急處置時的使用風險,緊急制動施加條件旁路建議分開設置。緊急制動不緩解旁路不能將列車自動保護緊急制動防護功能旁路,以避免因緊急制動不緩解旁路觸點自身發(fā)生故障時,列車自動保護緊急制動防護功能失效的情況。在目前地鐵列車全自動無人駕駛[10]已成為發(fā)展主流趨勢的情況下,設置列車緊急制動不緩解旁路需要對設置風險進行完整評估,在旁路使用時需要采取適合無人駕駛系統(tǒng)的控制措施來降低風險。