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        地鐵非授權(quán)列車從段/場(chǎng)進(jìn)入正線的故障樹風(fēng)險(xiǎn)分析

        2020-07-04 02:47:46李龍興余峰
        現(xiàn)代城市軌道交通 2020年6期
        關(guān)鍵詞:設(shè)置故障功能

        李龍興 余峰

        摘 要:分別在道岔未設(shè)置自動(dòng)回轉(zhuǎn)功能和設(shè)置自動(dòng)回轉(zhuǎn)功能的場(chǎng)景下,對(duì)非授權(quán)列車從段/場(chǎng)進(jìn)入正線概率和脫軌概率進(jìn)行故障樹建模,根據(jù)對(duì)比分析得出:從段/場(chǎng)進(jìn)入正線的道岔在不設(shè)置自動(dòng)回轉(zhuǎn)功能而采用反位報(bào)警功能時(shí),不僅可以避免頻繁操作道岔,而且在安全性和可用性方面優(yōu)于采用道岔自動(dòng)回轉(zhuǎn)功能。因此,建議從段/場(chǎng)進(jìn)入正線的道岔設(shè)置反位報(bào)警功能。目前該功能在杭州地鐵 5 號(hào)線段/場(chǎng)工程中應(yīng)用效果良好。

        關(guān)鍵詞:地鐵;非授權(quán)列車;道岔;自動(dòng)回轉(zhuǎn);反位報(bào)警;故障樹;風(fēng)險(xiǎn)矩陣

        中圖分類號(hào):U284.8

        在地鐵線路中,列車從車輛段/停車場(chǎng)(簡(jiǎn)稱“段 / 場(chǎng)”)進(jìn)入正線會(huì)經(jīng)過(guò)1組道岔。道岔設(shè)計(jì)除了滿足段/場(chǎng)正常出入功能外,還需考慮非授權(quán)列車從段/場(chǎng)進(jìn)入正線的可能性。因此,需要對(duì)從段/場(chǎng)進(jìn)入正線的列車進(jìn)行安全風(fēng)險(xiǎn)分析和安全評(píng)估,并采取相應(yīng)的安全保護(hù)措施,避免風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生。

        1 風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)

        風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)分為R1、R2、R3、R4級(jí)。R1級(jí)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)最高,必須采取措施降低風(fēng)險(xiǎn);R2級(jí)在合理可行的情況下必須降低風(fēng)險(xiǎn);R3級(jí)是可以忍受的風(fēng)險(xiǎn),但是在成本可以接受的情況下需進(jìn)一步降低風(fēng)險(xiǎn)等級(jí);R4級(jí)是可以接受的風(fēng)險(xiǎn),一般不需要降低風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。

        風(fēng)險(xiǎn)矩陣表主要由風(fēng)險(xiǎn)后果和風(fēng)險(xiǎn)概率組成,如表1所示。風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的確定根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)矩陣表中事件發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)概率和事件發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)后果對(duì)應(yīng)坐標(biāo)垂直交叉確定。風(fēng)險(xiǎn)后果從人員傷亡數(shù)量及系統(tǒng)服務(wù)中斷時(shí)間進(jìn)行了定義。風(fēng)險(xiǎn)后果從事件發(fā)生的嚴(yán)重程度上分為7個(gè)等級(jí),風(fēng)險(xiǎn)概率根據(jù)事件發(fā)生的次數(shù)分為10個(gè)等級(jí)。

        非授權(quán)列車從段/場(chǎng)進(jìn)入正線,可能與運(yùn)營(yíng)列車相撞或者脫軌,導(dǎo)致列車車體受損,造成數(shù)十名人員傷亡,構(gòu)成重大事故,故將其風(fēng)險(xiǎn)后果等級(jí)定義為2級(jí)。

        2 故障樹分析

        故障樹分析(FTA)是系統(tǒng)安全性和可靠性分析工具之一。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段,故障樹分析可以幫助查找潛在的系統(tǒng)故障模式,以便進(jìn)一步改進(jìn)設(shè)計(jì),提高系統(tǒng)的安全性和可靠性;在系統(tǒng)維修階段,可以幫助故障診斷,改進(jìn)維修方案。

        故障樹分析一般包括定量分析和定性分析。定量分析的主要目的是當(dāng)確定底事件發(fā)生概率后,求出頂事件發(fā)生概率和其他定量指標(biāo),為風(fēng)險(xiǎn)矩陣等級(jí)確定提供依據(jù)。定性分析的主要目的是尋找導(dǎo)致與系統(tǒng)有關(guān)、不希望事件發(fā)生的原因及原因組合,即尋找頂事件發(fā)生的所有故障模式。故障樹分析的具體步驟如下。

        (1)確定頂事件。頂事件一般選擇某一影響最大的系統(tǒng)故障作為頂事件,通常這個(gè)事件明顯影響系統(tǒng)的技術(shù)性能、經(jīng)濟(jì)性、可靠性、安全性或其他所要求的特征,頂事件必須有明確的定義,它是故障樹分析的核心。

        (2)建立故障樹。建立故障樹是一個(gè)反復(fù)深入、不斷完善的過(guò)程。通常在系統(tǒng)設(shè)計(jì)早期階段進(jìn)行,隨著系統(tǒng)設(shè)計(jì)的進(jìn)展,對(duì)系統(tǒng)故障模式的認(rèn)識(shí)不斷深入,故障樹不斷增大,故障樹分析可信度就越來(lái)越高。

        (3)故障樹規(guī)范化。為了對(duì)故障樹做統(tǒng)一的描述和分析,必須將建造出來(lái)的故障樹進(jìn)行規(guī)范,成為僅含底事件、頂事件以及與或非3種邏輯的故障樹。

        3 非授權(quán)列車進(jìn)入正線和脫軌故障樹分析

        本文故障樹建模使用可靠性分析軟件Isograph,聯(lián)鎖系統(tǒng)進(jìn)路防護(hù)功能失效的底事件故障率(FR)選用BiTRACON系統(tǒng)FTA計(jì)算結(jié)果,該結(jié)果已通過(guò)獨(dú)立第三方安全認(rèn)證。其他底事件率FR值來(lái)源于國(guó)內(nèi)外鐵路行業(yè)故障概率統(tǒng)計(jì)。

        在道岔未設(shè)置自動(dòng)回轉(zhuǎn)功能和設(shè)置自動(dòng)回轉(zhuǎn)功能的場(chǎng)景下,對(duì)非授權(quán)列車從段/場(chǎng)進(jìn)入正線概率和脫軌概率分別進(jìn)行故障樹建模,由底事件發(fā)生概率計(jì)算出頂事件發(fā)生概率,同時(shí)根據(jù)定義事件發(fā)生的后果確定事件發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。

        3.1 進(jìn)入正線故障樹分析

        3.1.1 道岔未設(shè)置自動(dòng)回轉(zhuǎn)功能

        道岔未設(shè)置自動(dòng)回轉(zhuǎn)功能,非授權(quán)列車從段/場(chǎng)進(jìn)入正線主要有2種可能。

        (1)聯(lián)鎖系統(tǒng)進(jìn)路防護(hù)功能失效,該失效可能由聯(lián)鎖通信失效或聯(lián)鎖輸入輸出(IO)失效引起。

        (2)闖紅燈進(jìn)入,可能是由于錯(cuò)誤的授權(quán)且道岔在通往正線的位置引起。錯(cuò)誤的授權(quán)包括行調(diào)錯(cuò)誤指令和司機(jī)連續(xù)闖紅燈;道岔在通往正線位置包括道岔設(shè)置在通往正線位置或道岔正好在通往正線位置。

        道岔未設(shè)置自動(dòng)回轉(zhuǎn)功能,非授權(quán)列車從段/場(chǎng)進(jìn)入正線的故障樹分析如圖1所示。

        通過(guò)建模計(jì)算,在道岔未設(shè)置自動(dòng)回轉(zhuǎn)功能時(shí),非授權(quán)列車從段/場(chǎng)進(jìn)入正線的概率為3.442×10-11次/h(3.015×10-7次/年),參照風(fēng)險(xiǎn)矩陣表,風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生概率為J,風(fēng)險(xiǎn)后果為2級(jí),則風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為R4級(jí),屬于可接受風(fēng)險(xiǎn)。

        3.1.2 道岔設(shè)置自動(dòng)回轉(zhuǎn)功能

        為進(jìn)一步減小非授權(quán)列車從段/場(chǎng)闖紅燈進(jìn)入正線的概率,可使用自動(dòng)回轉(zhuǎn)道岔。增加道岔自動(dòng)回轉(zhuǎn)功能后,非授權(quán)列車進(jìn)入正線也有2種可能:①聯(lián)鎖系統(tǒng)進(jìn)路防護(hù)功能失效;②闖紅燈進(jìn)入。聯(lián)鎖系統(tǒng)進(jìn)路防護(hù)失效同上所述,闖紅燈進(jìn)入可能是由于錯(cuò)誤的授權(quán)且道岔鎖在通往正線的位置引起。道岔鎖在通往正線位置包括道岔非預(yù)期鎖在通往正線位置或調(diào)度錯(cuò)誤設(shè)置在通往正線位置。增加道岔自動(dòng)回轉(zhuǎn)功能后,非授權(quán)列車從段/場(chǎng)進(jìn)入正線的故障樹分析如圖2所示。

        通過(guò)建模計(jì)算,在道岔設(shè)置自動(dòng)回轉(zhuǎn)功能后,非授權(quán)列車闖紅燈進(jìn)入正線的概率降低,但從段/場(chǎng)進(jìn)入正線的概率仍為3.442×10-11次/h(3.015×10-7次/年),參照風(fēng)險(xiǎn)矩陣表,風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生概率為J,風(fēng)險(xiǎn)后果為2級(jí),則風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為R4級(jí),屬于可接受風(fēng)險(xiǎn)。

        通過(guò)以上建模分析,無(wú)論段/場(chǎng)道岔是否設(shè)置自動(dòng)回轉(zhuǎn)功能,非授權(quán)列車從段/場(chǎng)進(jìn)入正線的風(fēng)險(xiǎn)都屬于可接受的風(fēng)險(xiǎn),一般不需要降低風(fēng)險(xiǎn)等級(jí),因此,還需從列車脫軌風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)一步建模分析。

        3.2 脫軌故障樹分析

        3.2.1 道岔未設(shè)置自動(dòng)回轉(zhuǎn)功能

        道岔未設(shè)置自動(dòng)回轉(zhuǎn)功能,非授權(quán)列車脫軌主要由于聯(lián)鎖系統(tǒng)道岔防護(hù)失效且列車闖紅燈進(jìn)入。聯(lián)鎖系統(tǒng)進(jìn)路防護(hù)功能失效原因同上所述;列車闖紅燈進(jìn)入可能是由于行調(diào)和司機(jī)誤操作引起。道岔未設(shè)置自動(dòng)回轉(zhuǎn)功能,非授權(quán)列車從段/場(chǎng)進(jìn)入正線導(dǎo)致列車脫軌的故障樹分析如圖3所示。

        通過(guò)建模計(jì)算,在道岔未設(shè)置自動(dòng)回轉(zhuǎn)功能時(shí),非授權(quán)列車從段/場(chǎng)進(jìn)入正線導(dǎo)致脫軌的概率為1.514×10-19次/h(1.326×10-15次/年),參照風(fēng)險(xiǎn)矩陣表,風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生概率為J,風(fēng)險(xiǎn)后果為2級(jí),則風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為R4 級(jí),屬于可接受風(fēng)險(xiǎn)。

        3.2.2 道岔設(shè)置自動(dòng)回轉(zhuǎn)功能

        道岔增加自動(dòng)回轉(zhuǎn)功能后,道岔回轉(zhuǎn)過(guò)程中非授權(quán)列車脫軌的故障樹分析如圖4所示。

        通過(guò)建模計(jì)算,道岔增加自動(dòng)回轉(zhuǎn)功能后,在道岔回轉(zhuǎn)過(guò)程中列車脫軌的概率為2.719×10-10次/h(2.382×10-6次/年),參照風(fēng)險(xiǎn)矩陣表,風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生概率為I,風(fēng)險(xiǎn)后果為2級(jí),則風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為R3級(jí),屬于可以忍受的風(fēng)險(xiǎn),但在成本可行的情況下需進(jìn)一步降低風(fēng)險(xiǎn)。

        3.3 小結(jié)

        在道岔未設(shè)置自動(dòng)回轉(zhuǎn)功能時(shí),非授權(quán)列車進(jìn)入正線和脫軌的風(fēng)險(xiǎn)均為R4級(jí);道岔設(shè)置自動(dòng)回轉(zhuǎn)功能后,非授權(quán)列車進(jìn)入正線的風(fēng)險(xiǎn)為R4級(jí),但道岔回轉(zhuǎn)過(guò)程中列車脫軌的風(fēng)險(xiǎn)為R3級(jí),可見(jiàn),道岔設(shè)置自動(dòng)回轉(zhuǎn)功能后增加了列車脫軌的風(fēng)險(xiǎn)。

        4 工程應(yīng)用

        根據(jù)TB 10007-2017《鐵路信號(hào)設(shè)計(jì)規(guī)范》第6.2.8條規(guī)定,引向安全線的道岔納入集中聯(lián)鎖時(shí)道岔的定位必須為安全線開(kāi)通的位置,在未處于定位位置且未處于進(jìn)路鎖閉狀態(tài)時(shí)應(yīng)給出報(bào)警信息。

        杭州地鐵5號(hào)線段/場(chǎng)出入線共涉及3處,分別位于常二路站、蔣村站及姑娘橋站,具體如圖 5~圖 7所示。五常車輛段西出入線(常二路站方向)段 / 場(chǎng)銜接處通過(guò)道岔位置隔開(kāi),五常車輛段東出入線(蔣村站方向)和姑娘橋停車場(chǎng)出入線由于地鐵線路環(huán)境限制,未設(shè)置道岔隔開(kāi)。根據(jù)上述建模分析,段/場(chǎng)與正線連接的道岔不適合設(shè)置自動(dòng)回轉(zhuǎn)功能,為了進(jìn)一步降低道岔長(zhǎng)期處在開(kāi)通正線方向的概率,杭州地鐵5號(hào)線段/場(chǎng)出入線在與正線連接的道岔處分別設(shè)置了道岔反位報(bào)警功能(道岔處于開(kāi)通正線方向時(shí)設(shè)置報(bào)警),提醒信號(hào)人員及時(shí)把道岔操作到非正線方向。杭州地鐵5號(hào)線自開(kāi)通以來(lái),道岔從未發(fā)生過(guò)長(zhǎng)期處于開(kāi)通正線方向的情況,且道岔操作的頻次也大大減少。

        5 結(jié)語(yǔ)及建議

        鑒于道岔不設(shè)置自動(dòng)回轉(zhuǎn)功能,非授權(quán)列車誤操作進(jìn)入正線導(dǎo)致列車脫軌的風(fēng)險(xiǎn)已經(jīng)達(dá)到風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)可接受標(biāo)準(zhǔn),因此,建議不通過(guò)道岔設(shè)置自動(dòng)回轉(zhuǎn)功能防護(hù)非授權(quán)列車進(jìn)入正線的可能,可采用道岔反位報(bào)警功能,通過(guò)道岔在開(kāi)通正線方向且未處于進(jìn)路鎖閉狀態(tài)時(shí)及時(shí)給出報(bào)警提示,提醒值班人員把道岔操作到非開(kāi)通正線方向。一方面可以防護(hù)因人為故意破壞導(dǎo)致列車進(jìn)入正線與正在運(yùn)營(yíng)列車碰撞的可能,另一方面可以避免頻繁操作道岔,從而延長(zhǎng)道岔使用壽命。

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        收稿日期 2020-01-02

        責(zé)任編輯 宗仁莉

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