彭章碩 陳 勇 趙文志 陳艾峰

(長沙市軌道交通集團(tuán)公司， 410133， 長沙∥第一作者， 高級(jí)工程師)

我國的城市軌道交通線路中，只有部分線路在車輛段內(nèi)設(shè)有應(yīng)急盤，在正線車站上均沒有設(shè)置應(yīng)急盤。應(yīng)急盤可用于CI(計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖)系統(tǒng)故障下實(shí)現(xiàn)快速轉(zhuǎn)換道岔位置，以盡快恢復(fù)正線的行車組織。城市軌道交通信號(hào)的CI系統(tǒng)一旦發(fā)生故障，將失去對(duì)轉(zhuǎn)轍機(jī)、信號(hào)機(jī)等關(guān)鍵行車設(shè)備的控制權(quán)和狀態(tài)監(jiān)視能力。在未配置應(yīng)急盤的城市軌道交通線路中，CI系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)大多采用電話閉塞法組織行車，行車效率低，且易造成大范圍的列車延誤，進(jìn)而影響線路的運(yùn)營服務(wù)質(zhì)量。本文對(duì)城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)應(yīng)急盤設(shè)計(jì)及其配套的行車組織方法進(jìn)行研究。

1 CI系統(tǒng)癱瘓后的行車應(yīng)急處置問題

1.1 行車組織用時(shí)長

CI系統(tǒng)一旦發(fā)生癱瘓，將不能繼續(xù)實(shí)時(shí)監(jiān)視在線列車的位置信息，此時(shí)需采用人工方式來確認(rèn)列車的位置及辦理道岔進(jìn)路轉(zhuǎn)換，以維持行車秩序，確保行車安全。人工準(zhǔn)備進(jìn)路時(shí)間較長，手搖并鉤鎖1組雙機(jī)牽引道岔的時(shí)間約為6 min，辦理1條折返進(jìn)路一般需手搖3～4組道岔，因此組織1趟列車進(jìn)行折返作業(yè)約需25 min，對(duì)線路的運(yùn)營服務(wù)影響很大。

1.2 列車位置追蹤困難

單個(gè)聯(lián)鎖站癱瘓后，電話閉塞法規(guī)定由司機(jī)逐一報(bào)告列車的確切位置。對(duì)單個(gè)聯(lián)鎖區(qū)內(nèi)所有的列車進(jìn)行位置確認(rèn)，一般需要3 min。從目前的行車組織現(xiàn)狀看，有必要通過改變道岔轉(zhuǎn)換方式來壓縮人工準(zhǔn)備進(jìn)路時(shí)間。經(jīng)研究分析，本文提出在設(shè)備集中站車站控制室內(nèi)增設(shè)1套信號(hào)應(yīng)急盤及1套監(jiān)測(cè)設(shè)備，以達(dá)到快速轉(zhuǎn)換道岔、精確定位列車的目的。

2 信號(hào)應(yīng)急盤的設(shè)備結(jié)構(gòu)

城市軌道交通信號(hào)應(yīng)急盤設(shè)備主要采用“應(yīng)急盤監(jiān)控道岔+微機(jī)監(jiān)視列車位置”的方式。如圖1所示，在設(shè)備集中站的車站控制室內(nèi)配置1套應(yīng)急盤和1套MSS(維護(hù)支持系統(tǒng))監(jiān)視工作站；在每個(gè)非集中站車站控制室配置1套MSS監(jiān)視工作站。MSS監(jiān)視工作站通過維護(hù)網(wǎng)交換機(jī)接入既有DCS(數(shù)據(jù)通信子系統(tǒng))網(wǎng)絡(luò)中，通過維護(hù)網(wǎng)獲取各聯(lián)鎖區(qū)監(jiān)測(cè)主機(jī)中的計(jì)軸系統(tǒng)信息，并將接收到本聯(lián)鎖區(qū)及相鄰聯(lián)鎖區(qū)的軌道狀態(tài)以車站站場(chǎng)平面圖的方式呈現(xiàn)。

注：ATS——列車自動(dòng)監(jiān)控；UTP5e——超五類非屏蔽雙絞線；實(shí)線表示工作站供電電源電纜；圓點(diǎn)線表示道岔控制電纜；點(diǎn)劃線表示既有DCS網(wǎng)；虛線表示超五類非屏蔽網(wǎng)線。

在CI系統(tǒng)故障的情況下，行車人員可以利用信號(hào)系統(tǒng)既有的微機(jī)監(jiān)視系統(tǒng)及計(jì)軸系統(tǒng)，通過應(yīng)急盤來控制道岔的轉(zhuǎn)換并監(jiān)視道岔的位置狀態(tài)，通過增設(shè)監(jiān)視工作站來顯示軌道區(qū)段的空閑/占用狀態(tài)?！皯?yīng)急盤監(jiān)控+微機(jī)監(jiān)視”功能可輔助在線列車進(jìn)行快速定位，有效縮短人工準(zhǔn)備進(jìn)路時(shí)間，以達(dá)到快速恢復(fù)線路正常運(yùn)行的目的。圖1中:道岔的控制轉(zhuǎn)換及位置表示功能通過應(yīng)急盤實(shí)現(xiàn)，采用電纜連接方式；列車位置監(jiān)視、軌道區(qū)段狀態(tài)監(jiān)視功能通過既有維護(hù)網(wǎng)絡(luò)獲取各設(shè)備集中站監(jiān)測(cè)主機(jī)中的計(jì)軸系統(tǒng)信息來實(shí)現(xiàn)，采用網(wǎng)線/光纖進(jìn)行通信，經(jīng)光電轉(zhuǎn)換器隔離后接入至監(jiān)視工作站；監(jiān)視工作站供電電源可從電源屏后備電源接入，也可從ATS現(xiàn)地工作站電源處接入。

3 應(yīng)急盤電路的構(gòu)成及設(shè)計(jì)思路

3.1 應(yīng)急盤防護(hù)電路

如圖2所示，為避免人為錯(cuò)誤操作應(yīng)急盤的安全風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)急盤采取相應(yīng)的防護(hù)電路設(shè)計(jì)，具體為：① 在應(yīng)急盤上設(shè)計(jì)鎖體防護(hù)，在電路上設(shè)計(jì)輸出信號(hào)總開關(guān);② 硬件防護(hù)方面設(shè)置了專門的箱體并安裝雙鎖，操作人員需同時(shí)啟用A、B兩把鑰匙方能開啟應(yīng)急盤箱體;③ 電路防護(hù)方面設(shè)計(jì)了啟用/停用應(yīng)急總開關(guān)及狀態(tài)指示燈，總開關(guān)采用非自復(fù)位式旋鈕設(shè)計(jì)方案。

當(dāng)總開關(guān)旋鈕接觸不良或處于故障狀態(tài)時(shí)，整套應(yīng)急盤失效，此時(shí)可通過應(yīng)急指示燈的點(diǎn)亮或熄滅狀態(tài)來判斷應(yīng)急盤總開關(guān)是否接通。當(dāng)CI系統(tǒng)正常工作時(shí)，該總開關(guān)保持在停用狀態(tài)，應(yīng)急盤無法接通道岔控制電路，也不能輸出任何控制命令，僅采集道岔開通位置表示數(shù)據(jù)。當(dāng)CI系統(tǒng)故障時(shí)，經(jīng)相關(guān)專業(yè)人員確認(rèn)后可采用人工方式，將該總開關(guān)切換至啟用位置，此后方可通過應(yīng)急盤操控相應(yīng)道岔；當(dāng)CI系統(tǒng)恢復(fù)至正常運(yùn)行后，需人工切換應(yīng)急盤總開關(guān)至停用位置，以切斷應(yīng)急盤的控制電路。

圖2 信號(hào)應(yīng)急盤防護(hù)電路配線截圖

3.2 道岔控制電路

CI系統(tǒng)故障時(shí)，道岔控制電路仍在正常工作。通過定位操作繼電器(DCJ)、反位操作繼電器(FCJ)、鎖閉防護(hù)繼電器(SJ)的空接點(diǎn)，模擬聯(lián)鎖機(jī)向道岔控制電路給出SJ及DCJ/FCJ命令啟動(dòng)道岔控制電路。經(jīng)道岔控制電路的邏輯檢查及動(dòng)作，將380 V交流電源送至軌旁轉(zhuǎn)轍機(jī)，進(jìn)而帶動(dòng)道岔轉(zhuǎn)換。道岔控制電路的動(dòng)作過程與CI控制時(shí)一致。應(yīng)急盤道岔控制電路采用平時(shí)斷開、雙按鈕按下接通的方式，需同時(shí)按下總定位按鈕/總反位按鈕和道岔單操按鈕，方能接通道岔控制電路。

3.3 道岔表示電路

CI系統(tǒng)故障時(shí)，道岔原表示電路仍正常工作。通過各道岔定位表示繼電器、反位表示繼電器的空接點(diǎn)采集信息，接通控制盤上相應(yīng)的道岔表示指示燈，最終給出相應(yīng)道岔的定、反位表示。道岔表示燈位的點(diǎn)亮或熄滅僅受供電電源質(zhì)量及道岔表示繼電器的接點(diǎn)狀態(tài)的影響。即使發(fā)生按鈕失效或線路開路故障，表示電路也不會(huì)錯(cuò)誤接通。

3.4 應(yīng)急盤工作指示燈電路

指示燈電路采集應(yīng)急盤總開關(guān)的狀態(tài)信息，總開關(guān)處于停用位時(shí)指示燈滅，總開關(guān)處于啟用位時(shí)指示燈亮。若發(fā)生按鈕失效或線路開路故障，指示燈電路不會(huì)錯(cuò)誤接通。

應(yīng)急盤道岔開通位置表示燈與道岔表示繼電器的狀態(tài)一一對(duì)應(yīng)。當(dāng)?shù)啦黹_通位置表示燈(定位/反位)全部熄滅時(shí)，則表示道岔表示燈電路故障，此情況下不得使用應(yīng)急盤設(shè)備。

3.5 MSS監(jiān)視工作站工作原理

對(duì)軌道區(qū)段占用/空閑狀態(tài)的監(jiān)視建立在既有MSS、計(jì)軸系統(tǒng)及相關(guān)繼電器電路正常工作的基礎(chǔ)上，采用網(wǎng)線/光纖將監(jiān)視工作站接入MSS，使其與計(jì)軸主機(jī)通信。MSS監(jiān)視工作站可實(shí)時(shí)監(jiān)視所轄聯(lián)鎖區(qū)內(nèi)各軌道區(qū)段的狀態(tài)，并在監(jiān)視工作站的工作界面上實(shí)時(shí)顯示。界面上可設(shè)置不同顏色顯示，用以代表軌道區(qū)段的不同狀態(tài)，如紅色表示軌道占用、藍(lán)色表示軌道出清、灰色表示軌道狀態(tài)未知等。

4 應(yīng)用應(yīng)急盤的風(fēng)險(xiǎn)與對(duì)策

4.1 應(yīng)急盤與CI同時(shí)驅(qū)動(dòng)道岔的風(fēng)險(xiǎn)

4.1.1 風(fēng)險(xiǎn)描述

現(xiàn)有的信號(hào)系統(tǒng)中，CI與應(yīng)急盤間無接口，無法實(shí)現(xiàn)應(yīng)急盤與CI的互鎖。啟用應(yīng)急盤后，可能會(huì)出現(xiàn)CI正常工作時(shí)人員誤操作應(yīng)急盤、CI和應(yīng)急盤同時(shí)給道岔發(fā)出驅(qū)動(dòng)指令的風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)而導(dǎo)致道岔錯(cuò)誤轉(zhuǎn)換。

4.1.2 應(yīng)對(duì)措施

本方案中已設(shè)置硬件及電路防護(hù)，還需制定相應(yīng)的管理制度：對(duì)應(yīng)急盤啟用、停用條件，以及具體操作流程進(jìn)行規(guī)定；CI癱瘓后，操作人員應(yīng)按規(guī)定流程確認(rèn)CI已癱瘓，方能解除應(yīng)急盤箱體外鎖，并接通應(yīng)急盤總開關(guān)，再通過應(yīng)急盤操動(dòng)道岔；在CI恢復(fù)正常運(yùn)行后、操作上電解鎖前，操作人員應(yīng)按規(guī)定流程關(guān)閉應(yīng)急盤總開關(guān)，斷開應(yīng)急盤對(duì)道岔的控制；聯(lián)鎖上電解鎖后，操作人員應(yīng)確認(rèn)只有聯(lián)鎖機(jī)能對(duì)道岔進(jìn)行控制。

4.2 紅光帶允許轉(zhuǎn)換道岔的風(fēng)險(xiǎn)

4.2.1 風(fēng)險(xiǎn)描述

CI在啟動(dòng)道岔控制電路前會(huì)先檢查道岔所在區(qū)段的狀態(tài)。若道岔區(qū)段狀態(tài)為占用(有車或故障)，則不會(huì)轉(zhuǎn)換道岔。但是，在應(yīng)急盤設(shè)計(jì)時(shí)未將道岔區(qū)段狀態(tài)作為道岔動(dòng)作的前置條件，在道岔區(qū)段出現(xiàn)紅光帶時(shí)也可以轉(zhuǎn)換道岔，這將可能誤導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)人員，使其判斷失誤，在有車占用道岔區(qū)段時(shí)仍通過應(yīng)急盤錯(cuò)誤地轉(zhuǎn)換道岔，進(jìn)而造成列車擠岔或列車掉道。

4.2.2 應(yīng)對(duì)措施

需制定嚴(yán)格的管理措施，規(guī)定在使用應(yīng)急盤轉(zhuǎn)換道岔之前，現(xiàn)場(chǎng)人員必須抵達(dá)該道岔所在區(qū)段并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)，在確認(rèn)道岔區(qū)段無車占用后，方可使用應(yīng)急盤對(duì)該道岔進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

5 應(yīng)急盤的配套行車組織方法

鑒于實(shí)際運(yùn)用應(yīng)急盤存在的風(fēng)險(xiǎn)，本文設(shè)計(jì)了配套的行車組織方法——后備站控行車法。該方法是指當(dāng)發(fā)生CI故障時(shí)，在設(shè)置有應(yīng)急盤、MSS監(jiān)視工作站的車站之間通過站間電話辦理閉塞，通過MSS監(jiān)視工作站判斷站線、區(qū)間的空閑狀態(tài)，通過應(yīng)急盤操縱道岔準(zhǔn)備進(jìn)路，以車站人員的發(fā)車信號(hào)作為列車占用區(qū)間憑證的一種行車方法。

5.1 后備站控行車法的基本操作規(guī)則

當(dāng)全線發(fā)生CI故障時(shí)，該線所有車站均為閉塞車站；當(dāng)線路上某個(gè)車站或部分聯(lián)鎖區(qū)段發(fā)生CI故障時(shí)，故障聯(lián)鎖區(qū)所轄車站及相鄰站為閉塞車站。列車在正線運(yùn)行及進(jìn)出車輛段運(yùn)行時(shí)的閉塞區(qū)間與駕駛操作要求如表1所示。

表1 后備站控模式下的閉塞區(qū)間及列車運(yùn)行要求

車站通過應(yīng)急盤準(zhǔn)備進(jìn)路，如遇道岔位置不正確須轉(zhuǎn)換道岔時(shí)，車站值班員須先確認(rèn)該道岔狀態(tài)并通知道岔前方接近列車停車，再單操道岔至正確位置，最后通知司機(jī)動(dòng)車(若此時(shí)道岔區(qū)段還疊加顯示紅光帶，車站還須現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)道岔區(qū)域無列車占用及未接報(bào)列車接近)。

原則上在采用后備站控行車法時(shí)，列車應(yīng)經(jīng)出段/場(chǎng)線駛出段/場(chǎng)，經(jīng)入段/場(chǎng)線駛?cè)攵?場(chǎng)。

5.2 后備站控行車法的風(fēng)險(xiǎn)控制

5.2.1 對(duì)區(qū)間列車的控制

司機(jī)接到行車調(diào)度指令啟用后備站控行車法后，自行以RM模式限速25 km/h運(yùn)行至前方站(若此時(shí)列車壓在道岔上，則以RM模式限速5 km/h出清道岔區(qū)域)。如前方區(qū)間內(nèi)有道岔，列車運(yùn)行至道岔前一度停車，司機(jī)與相關(guān)聯(lián)鎖站工作人員確認(rèn)道岔位置正確后，方可繼續(xù)運(yùn)行；如司機(jī)發(fā)現(xiàn)前方區(qū)間有列車占用，須與前方列車保持安全距離并停車等待，待前方列車動(dòng)車后方可自行進(jìn)站。

5.2.2 對(duì)停站列車的控制

1) 如MSS監(jiān)視工作站顯示區(qū)間無紅光帶占用時(shí)，發(fā)車站的行車值班員與接車站的行車值班員共同確認(rèn)接車站的站臺(tái)空閑。發(fā)車站行車值班員通知本站的站臺(tái)崗發(fā)出動(dòng)車指令，此時(shí)車站須加強(qiáng)對(duì)該列車的監(jiān)控，如發(fā)現(xiàn)異常，應(yīng)及時(shí)通知相關(guān)車站的行車值班員及行車調(diào)度。

2) 如MSS監(jiān)視工作站顯示區(qū)間有紅光帶占用時(shí)，發(fā)車站行車值班員須通知發(fā)車方向站臺(tái)的站臺(tái)崗，站臺(tái)崗須告知首列通過紅光帶區(qū)間的列車司機(jī)以RM模式、限速25 km/h運(yùn)行至前方站進(jìn)行軋道。待軋道車出清前方站站臺(tái)后，方可辦理后續(xù)列車發(fā)車(后續(xù)列車的運(yùn)行模式及限速按表1要求執(zhí)行)。司機(jī)須加強(qiáng)監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)異常情況應(yīng)及時(shí)報(bào)車站行車值班員和行車調(diào)度。

5.2.3 對(duì)折返列車的控制

車站行車值班員須在確認(rèn)折返列車到達(dá)站線或折返線停穩(wěn)后方可操作應(yīng)急盤，在排列好折返進(jìn)路后應(yīng)通知站臺(tái)崗或折返線的司機(jī)動(dòng)車。列車以NRM模式限速15 km/h進(jìn)行折返。正在進(jìn)/出折返線的列車若發(fā)生緊急制動(dòng)或自動(dòng)停車且未到達(dá)站臺(tái)或折返線時(shí)，司機(jī)應(yīng)自行以RM模式、限速5 km/h運(yùn)行至站臺(tái)或折返線停穩(wěn)后報(bào)告車站行車值班員。

5.2.4 對(duì)接發(fā)列車的控制

在確認(rèn)前方發(fā)車區(qū)間空閑后，聯(lián)鎖站行車值班員應(yīng)通過應(yīng)急盤辦理進(jìn)路，并確認(rèn)發(fā)車進(jìn)路上的各道岔位置正確。車站行車值班員應(yīng)使用直通電話通知司機(jī)“進(jìn)路已排列好，請(qǐng)以60 km/h限速運(yùn)行”，并通知站臺(tái)崗發(fā)車。

6 應(yīng)急盤的應(yīng)用效果及注意事項(xiàng)

6.1 應(yīng)用效果分析

長沙地鐵在4號(hào)線長沙火車南站信號(hào)設(shè)備集中區(qū)設(shè)置了應(yīng)急盤，經(jīng)檢驗(yàn)應(yīng)急盤的應(yīng)用效果顯著。采用應(yīng)急盤后，與傳統(tǒng)的電話閉塞法人工扳動(dòng)道岔耗時(shí)2 min相比，操作單組道岔僅需10 s，極大地縮短了辦理道岔進(jìn)路的時(shí)間。

6.2 注意事項(xiàng)

1) 現(xiàn)場(chǎng)工作人員在使用后備站控行車法時(shí)若出現(xiàn)錯(cuò)誤判斷或誤操作，將直接引發(fā)行車風(fēng)險(xiǎn)。因此，在實(shí)際應(yīng)用中必須嚴(yán)格執(zhí)行“雙人確認(rèn)”制度。

2) MSS監(jiān)視工作站顯示的列車位置信息以計(jì)軸系統(tǒng)正常運(yùn)行為前提。一旦發(fā)生計(jì)軸系統(tǒng)故障，相應(yīng)的計(jì)軸區(qū)段將顯示為紅光帶，此時(shí)不可通過計(jì)軸系統(tǒng)來確定列車位置信息。

7 結(jié)語

本文提出在車站設(shè)置應(yīng)急盤、采取“應(yīng)急盤監(jiān)控道岔+微機(jī)監(jiān)視列車位置”的方式，既可有效解決無法對(duì)道岔進(jìn)行監(jiān)控的問題，也可解決列車在正線運(yùn)行時(shí)的快速定位問題，對(duì)提升應(yīng)急處置效率、降低人員錯(cuò)誤操作道岔的風(fēng)險(xiǎn)有顯著作用。