吳安偉 李峰
摘 要:結(jié)合鄭州地鐵列車緊急制動不緩解的案例,通過對各線路緊急制動環(huán)路進(jìn)行研究,并分析其設(shè)計(jì)缺陷,從而優(yōu)化緊急制動接觸器選型及環(huán)路設(shè)計(jì)方案,最終形成鄭州地鐵列車通用的緊急制動環(huán)路方案,也可為其他地鐵公司設(shè)計(jì)緊急制動環(huán)路提供參考。
關(guān)鍵詞:地鐵;緊急制動環(huán)路;接觸器選型;設(shè)計(jì)優(yōu)化
中圖分類號:U279.3
緊急制動環(huán)路的設(shè)置旨在列車發(fā)生緊急情況時(shí)可以在最短時(shí)間內(nèi)停車,最大限度地保障乘客人身及財(cái)產(chǎn)安全;但該環(huán)路若因故障斷開,列車無法緩解緊急制動則會造成列車清客、救援事件,對正線運(yùn)營產(chǎn)生重大影響。因此,緊急制動環(huán)路不僅是應(yīng)對外界不安全因素的重要保障,還是因內(nèi)在故障嚴(yán)重影響正線運(yùn)營的重大隱患,具有兩面性。本文通過梳理鄭州地鐵各條線路中緊急制動環(huán)路的安全性問題,并針對相應(yīng)的問題提出優(yōu)化意見,設(shè)計(jì)出適合鄭州地鐵列車通用的緊急制動環(huán)路方案。
1 列車緊急制動不緩解案例
2019年7月1日,鄭州地鐵1號線0111車發(fā)生緊急制動無法緩解故障,司機(jī)轉(zhuǎn)換至緊急牽引位仍無法動車,當(dāng)換端后故障消失。2018年11月16日,2號線0229車發(fā)生緊急制動無法緩解故障,司機(jī)依次降級至非限制人工駕駛模式(NRM)、緊急牽引位仍無法動車,最終列車清客后進(jìn)行救援,造成正線晚點(diǎn)、抽線、下線、加開等重大影響。經(jīng)分析,這2起故障原因均為緊急制動接觸器觸點(diǎn)卡滯造成緩解指令無法傳輸至制動閥體。同類案例在上海地鐵7號線、寧波地鐵1號線、杭州地鐵2號線等多家地鐵公司均有發(fā)生,對正線運(yùn)營產(chǎn)生嚴(yán)重影響。
2 緊急制動環(huán)路控制原理
列車緊急制動環(huán)路包含控制回路和指令回路,控制回路通過串聯(lián)車輛和信號系統(tǒng)中影響行車安全的設(shè)備反饋點(diǎn)(如車輛超速保護(hù)、總風(fēng)壓力監(jiān)控、司控器等)控制緊急制動接觸器;指令回路串聯(lián)緊急制動接觸器觸點(diǎn)和制動閥,將控制回路的指令通過接觸器觸點(diǎn)最終傳輸至制動閥體,實(shí)現(xiàn)列車緊急制動。通常,緊急制動環(huán)路的設(shè)計(jì)理念分為2種:①保制動緩解,即通過接觸器觸點(diǎn)并聯(lián)方式增加緊急制動緩解的概率,以列車運(yùn)營為導(dǎo)向;② 保制動施加,即通過接觸器多對觸點(diǎn)串聯(lián)方式增加緊急制動施加的概率,以列車安全為導(dǎo)向。接觸器觸點(diǎn)并聯(lián)方式可降低其工作電流,串聯(lián)方式可降低制動閥體的工作電壓,實(shí)際應(yīng)用中各有利弊。通過調(diào)研,一些項(xiàng)目/線路的緊急制動環(huán)路接觸器連接方式如表1所示。
鄭州地鐵1號(0101~0125車)、2號及5號線列車緊急制動環(huán)路設(shè)計(jì)理念為保制動施加,而1號線(0126~0155車)和城郊線列車為保制動緩解,環(huán)路中部件及接線順序大同小異。
2.1 1 號線(0101~0125車)列車環(huán)路控制
1號線緊急制動控制環(huán)路中依次串聯(lián)司機(jī)室占有、司控器方向、信號緊急制動(EBR)、網(wǎng)絡(luò)(VCU)緊急制動、緊急牽引超速、緊急停車、總風(fēng)壓力低、零速、緊急制動等設(shè)備及接線;其中自動折返(ATB)與司控器方向并聯(lián)、列車自動防護(hù)(ATP)與信號EBR并聯(lián)、緊急牽引與VCU緊急制動和緊急牽引超速并聯(lián),總風(fēng)壓力低有旁路開關(guān),警惕按鈕和緊急制動接觸器與零速繼電器并聯(lián)。指令回路中將緊急制動接觸器的3對觸點(diǎn)串聯(lián)于緊急制動列車線,最后連接至制動閥,如圖1所示。
2.2 2 號、5 號線列車環(huán)路控制
2號、5號線列車緊急制動環(huán)路中所包含的設(shè)備及接線與1號線相同,僅繼電器位置和觸點(diǎn)個(gè)數(shù)稍有差別,結(jié)構(gòu)的主要區(qū)別在于:①控制回路中信號EBR后置,增設(shè)在指令回路中;②緊急停車?yán)^電器提前,設(shè)在司控器方向之后;③指令回路中制動閥后增設(shè)信號和ATP切除并聯(lián)觸點(diǎn)、3對緊急制動接觸器觸點(diǎn)。
2.3 城郊線和1號線(0126~0155 車)列車環(huán)路控制
城郊線緊急制動環(huán)路中同樣包含司機(jī)室占有、司控器方向、信號EBR、VCU緊急制動、緊急牽引超速、緊急停車、總風(fēng)壓力低、零速、緊急制動等設(shè)備及接線,但設(shè)備的供電方式、表述方式、設(shè)置順序和數(shù)量與1號、2號、5 號線均有所不同,主要體現(xiàn)在:①城郊線緊急制動控制回路及指令回路由2路空氣開關(guān)(也稱空氣斷路器)單獨(dú)供電,1 號、2號和5號線則由1路空氣開關(guān)供電;②1號線(0126~0155車)由2個(gè)緊急制動接觸器分別提供1對觸點(diǎn)并聯(lián)接入緊急制動指令回路中;③城郊線列車由2個(gè)緊急制動接觸器分別提供1對觸點(diǎn)串聯(lián)接入緊急制動指令回路中。
3 緊急制動環(huán)路存在的問題
通過分析,鄭州地鐵列車緊急制動環(huán)路設(shè)計(jì)中存在以下問題:
(1)西門子3RT1017-2KF42
型接觸器出現(xiàn)觸點(diǎn)燒熔現(xiàn)象,使用壽命無法滿足緊急制動環(huán)路的實(shí)際需求;
(2)1號線(0101~0125車)列車的信號EBR設(shè)置在緊急制動控制回路中,信號系統(tǒng)產(chǎn)生緊急制動時(shí)會使緊急制動接觸器動作,增加其動作頻次,從而提升了卡滯的概率;
(3)2號、5號線列車的指令回路中,在制動閥體前后分別設(shè)置3對接觸器觸點(diǎn)串聯(lián),增加了接觸器卡滯導(dǎo)致無法緩解緊急制動的概率;
(4)1號線(0126~0155車)列車的緊急制動環(huán)路采用2對觸點(diǎn)并聯(lián)方式,與多對觸點(diǎn)串聯(lián)方式相比,增加了緊急制動無法施加的概率,運(yùn)營安全性降低;
(5)設(shè)計(jì)中均未對緊急制動接觸器卡滯設(shè)置旁路功能,一旦出現(xiàn)接觸器卡滯緊急制動無法緩解只能等待救援,嚴(yán)重影響正線運(yùn)營。
4 地鐵列車緊急制動環(huán)路優(yōu)化
4.1 接觸器選型優(yōu)化
緊急制動接觸器是列車緊急制動施加和緩解的關(guān)鍵部件,其選型是首先需要考慮的問題。緊急制動接觸器負(fù)載為制動閥體,施加和緩解時(shí)沖擊電流集中在70~90 A之間,持續(xù)時(shí)間約為100 μs ,每次緊急制動施加時(shí)接觸器會動作1次。如果接觸器容量不足,反復(fù)大電流沖擊將造成接觸器觸點(diǎn)燒熔。例如,寧波地鐵1號線、杭州地鐵2號線、成都地鐵1號線曾出現(xiàn)緊急制動接觸器燒熔故障;寧波地鐵2號線、鄭州地鐵1號線出現(xiàn)過接觸器觸點(diǎn)卡滯的故障。當(dāng)發(fā)生緊急制動接觸器觸點(diǎn)燒熔現(xiàn)象后,將原西門子3RT1017-2KF42型接觸器統(tǒng)一更換為施耐德LC1D326FLS207型接觸器。該接觸器3對觸點(diǎn)串聯(lián)的額定工作電流為50 A,分?jǐn)嘟油芰Υ笥?00 A,其容量滿足實(shí)際需求。
鄭州地鐵列車施加緊急制動時(shí)的負(fù)載沖擊電流約為160 A,分?jǐn)喙β始s為44 kW,緊急制動接觸器3對串聯(lián)觸點(diǎn)的每對分?jǐn)喙β始s為14.67 kW。通過分析施耐德LC1D326FLS207型接觸器壽命曲線可知,該接觸器每對主觸頭可承受的最大分?jǐn)喙β蕿?6 kW時(shí),電氣壽命的動作次數(shù)大于3×105次。根據(jù)鄭州地鐵實(shí)際運(yùn)行情況,在5年架修時(shí)更換緊急制動接觸器,其動作次數(shù)約為9.1萬次,小于其使用壽命30萬次的1/3,則設(shè)計(jì)壽命滿足實(shí)際需求。但在實(shí)際生產(chǎn)中,無法保障該接觸器在全壽命周期內(nèi)100%可靠,因此如何減少接觸器動作頻次,降低其故障率是緊急制動環(huán)路設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。
4.2 環(huán)路設(shè)計(jì)方案優(yōu)化
環(huán)路設(shè)計(jì)方案優(yōu)化的原則是:在確保安全的前提下,最大限度地提升運(yùn)營效率。具體內(nèi)容如下:
(1)緊急制動環(huán)路設(shè)計(jì)應(yīng)堅(jiān)持安全導(dǎo)向的原則,采用保制動施加方案,即多對觸點(diǎn)在指令回路中串聯(lián);
(2)將信號EBR設(shè)置在指令回路中,確保信號系統(tǒng)在施加緊急制動時(shí)接觸器不動作;
(3)在指令回路中制動閥體前設(shè)置接觸器串聯(lián)觸點(diǎn),取消制動閥后的觸點(diǎn);
(4)增設(shè)緊急制動接觸器旁路,在出現(xiàn)接觸器卡滯、緊急制動無法緩解的情況下仍具備動車條件,無須啟用救援方案。
具體優(yōu)化方法為:將信號EBR從控制回路移至指令回路,控制回路中其他設(shè)計(jì)不做變更;指令回路中依次包含緊急制動接觸器多對串聯(lián)觸點(diǎn)、信號EBR、制動閥。增設(shè)的緊急制動接觸器旁路連接在接觸器串聯(lián)觸點(diǎn)兩端,旁路包含接觸器串聯(lián)觸點(diǎn)、總風(fēng)壓繼電器觸點(diǎn)、蘑菇按鈕接線,如圖2所示。旁路中串聯(lián)總風(fēng)壓繼電器觸點(diǎn)、蘑菇按鈕接線,確保旁路啟用后列車仍具有總風(fēng)壓力低和蘑菇按鈕防護(hù)功能;同時(shí),在列車控制系統(tǒng)中增設(shè)旁路監(jiān)控并建立聯(lián)鎖關(guān)系,當(dāng)該旁路被觸發(fā)時(shí),列車限速30 km/h運(yùn)行,增加安全保障。
5 結(jié)語
本文通過深度分析鄭州地鐵各線路緊急制動環(huán)路控制原理,調(diào)研同行業(yè)接觸器設(shè)置方式,以及分析接觸器選型情況,根據(jù)存在的問題提出相應(yīng)的優(yōu)化方案。該方案將正常運(yùn)營時(shí)列車的緊急制動環(huán)路導(dǎo)向安全;減少接觸器動作頻次,降低接觸器卡滯導(dǎo)致緊急制動不緩解的概率;在故障發(fā)生時(shí)能確保列車具備動車條件。目前該方案已被確定為鄭州地鐵新線列車通用的緊急制動環(huán)路設(shè)計(jì)方案,且在2號線完成部分項(xiàng)目的優(yōu)化工作,已通過現(xiàn)場測試并投入運(yùn)營,目前運(yùn)營效果良好。
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收稿日期 2020-05-09
責(zé)任編輯 黨選麗