地鐵列車制動(dòng)緩解旁路電路的改進(jìn)

郭紫林，周述良

(1.西南交通大學(xué) 電氣工程學(xué)院，成都 610031;2.成都電子機(jī)械高等專科學(xué)校 通信工程系，成都 610071)

地鐵列車牽引控制電路故障，特別是與列車牽引信號(hào)有關(guān)的關(guān)鍵繼電器和線路的故障，引發(fā)了30分鐘以上行車大間隔事故和列車救援事故的發(fā)生，嚴(yán)重影響了正線運(yùn)營(yíng)。分析其故障原因，有繼電器觸頭阻值不穩(wěn)定、繼電器卡滯、模塊電源供電不穩(wěn)定、連接器故障和軟件設(shè)計(jì)缺陷等等，但繼電器故障居多。現(xiàn)有的地鐵列車上大都設(shè)有相應(yīng)功能的旁路開關(guān)，可以通過旁路開關(guān)解決一部分繼電器故障問題，在旁路開關(guān)失效情況下，列車無(wú)法動(dòng)車，一般都會(huì)發(fā)生救援事故。

1 問題的提出

制動(dòng)緩解包括空氣制動(dòng)緩解和停放制動(dòng)緩解，作為列車運(yùn)行的基礎(chǔ)條件，當(dāng)制動(dòng)緩解控制電路故障時(shí)，可以通過既有的制動(dòng)緩解旁路開關(guān)旁路各類制動(dòng)，使得列車收到制動(dòng)已緩解的信號(hào)。但制動(dòng)緩解旁路開關(guān)功能失效時(shí)，地鐵列車無(wú)法收到制動(dòng)已緩解信號(hào)，列車無(wú)法正常運(yùn)行，必然導(dǎo)致救援事故發(fā)生。以深圳地鐵1號(hào)線為例，深圳地鐵1號(hào)線自開通以來(lái)多次發(fā)生因?yàn)槔^電器故障，導(dǎo)致無(wú)法動(dòng)車甚至救援事件發(fā)生的情況。

2008年8月，101車司機(jī)在竹子林-車公廟上行區(qū)間報(bào)，列車動(dòng)車后啟動(dòng)聯(lián)鎖屏紅色，列車自動(dòng)運(yùn)行(ATO)推薦速度70 km/h，但ATO/SM(列車自動(dòng)運(yùn)行/監(jiān)控人工運(yùn)行)模式只能運(yùn)行到10 km/h，空氣制動(dòng)閃紅。決定實(shí)施救援，但在救援隊(duì)未到達(dá)前列車自行運(yùn)行到竹子林備用線。最后查明為5號(hào)車1位轉(zhuǎn)向架制動(dòng)壓力開關(guān)故障導(dǎo)致02K52吸合故障，引起列車制動(dòng)緩解監(jiān)控環(huán)線無(wú)法得電以及制動(dòng)緩解燈不亮，封鎖牽引。

2009年3月，117車因?yàn)榭臻_斷開引起02K51失電，此時(shí)停放制動(dòng)緩解繼電器02K51和停放制動(dòng)施加繼電器02K50同時(shí)失電，同時(shí)停放制動(dòng)緩解和空氣制動(dòng)緩解都不能正常反饋，列車無(wú)法動(dòng)車。

廣州地鐵1號(hào)線和其他地鐵公司也多次發(fā)生類似情況，因此研究在制動(dòng)緩解旁路開關(guān)失效情況下，通過改進(jìn)后的旁路電路達(dá)到動(dòng)車目的，最大可能地避免救援事故發(fā)生就顯得很有必要了。

2 基本原理

所有制動(dòng)已緩解指示燈只有在停放制動(dòng)緩解環(huán)路已經(jīng)建立、空氣制動(dòng)也已緩解、所有制動(dòng)緩解繼電器線圈得電使得相應(yīng)觸點(diǎn)閉合后，才能點(diǎn)亮?？諝庵苿?dòng)緩解環(huán)路貫穿整列車，其未緩解而啟動(dòng)列車會(huì)引起空氣制動(dòng)啟動(dòng)聯(lián)鎖導(dǎo)致無(wú)法動(dòng)車?？諝庵苿?dòng)緩解環(huán)路建立時(shí)，非操作端司機(jī)室繼電器觸點(diǎn)閉合接入110 V電壓，經(jīng)過已經(jīng)形成的空氣制動(dòng)緩解環(huán)路到達(dá)操作端司機(jī)室，通過繼電器閉合的觸點(diǎn)，使得所有制動(dòng)緩解指示燈點(diǎn)亮。以深圳地鐵一號(hào)線為例，其空氣制動(dòng)緩解電路邏輯梯形圖如圖1所示。

圖1 空氣制動(dòng)緩解邏輯梯形圖

圖1中，只有在1、2位轉(zhuǎn)向架壓力均小于0.8 Bar情況下，繼電器02K52、02K58線圈才會(huì)得電;通過司機(jī)室的軟鍵也可以使得所有制動(dòng)緩解旁路繼電器02K54得電，空氣制動(dòng)緩解環(huán)路形成;在閉合旁路開關(guān)02S14時(shí)，列車線21149得電(此時(shí)所有制動(dòng)緩解指示燈02H02無(wú)法閃亮)，列車空氣制動(dòng)緩解，均可繼續(xù)動(dòng)車。

圖2 停放制動(dòng)緩解邏輯梯形圖

停放制動(dòng)施加時(shí)制動(dòng)力由彈簧提供，停放制動(dòng)緩解時(shí)由壓縮空氣緩解，施加和緩解也可通過停放制動(dòng)壓力實(shí)施，當(dāng)停放制動(dòng)缸壓力小于3.5 Bar時(shí)停放制動(dòng)自動(dòng)施加，當(dāng)停放制動(dòng)壓力大于4.5 Bar時(shí)停放制動(dòng)才能被緩解，停放制動(dòng)施加和緩解還可通過操作人員人工操作相關(guān)按鈕實(shí)現(xiàn)。以深圳地鐵1號(hào)線為例，其停放制動(dòng)緩解邏輯梯形圖如圖2所示。

圖2中，只有停放制動(dòng)缸壓力正常時(shí)，繼電器02K51線圈才會(huì)得電;通過司機(jī)室軟鍵可以直接使繼電器02K55線圈得電，建立停放制動(dòng)緩解環(huán)路;也可以通過閉合旁路開關(guān)02S10，使得列車牽引線20417得電，均可繼續(xù)動(dòng)車。

3 存在的問題

列車只有在所有制動(dòng)已經(jīng)緩解的情況下，才能動(dòng)車運(yùn)行，空氣制動(dòng)緩解環(huán)路未建立而動(dòng)車就會(huì)有空氣制動(dòng)緩解聯(lián)鎖。以深圳地鐵1號(hào)線為例，空氣制動(dòng)緩解環(huán)路中主要元件故障存在的風(fēng)險(xiǎn)如表1所示。

表1 空氣制動(dòng)緩解環(huán)路主要元件故障存在的風(fēng)險(xiǎn)

表2 停放制動(dòng)緩解環(huán)路主要元件故障存在的風(fēng)險(xiǎn)

列車只有在停放制動(dòng)已經(jīng)緩解的情況下，才能動(dòng)車運(yùn)行，停放制動(dòng)緩解環(huán)路未建立而動(dòng)車就會(huì)有停放制動(dòng)緩解聯(lián)鎖。以深圳地鐵1號(hào)線為例，停放制動(dòng)緩解環(huán)路中主要元件故障存在的風(fēng)險(xiǎn)如表2所示。

4 解決方案

在列車司機(jī)室設(shè)備柜前面板增設(shè)一個(gè)開關(guān)02S88。列車由于空氣制動(dòng)和停放制動(dòng)旁路開關(guān)故障造成制動(dòng)無(wú)法緩解時(shí)，扳動(dòng)增設(shè)的開關(guān)02S88，使得所有制動(dòng)緩解環(huán)路和緊急制動(dòng)緩解環(huán)路得電，繼續(xù)動(dòng)車。因?yàn)榫o急制動(dòng)也是行車的一個(gè)必要條件，所以緊急制動(dòng)經(jīng)常跟空氣制動(dòng)和停放制動(dòng)一同考慮，在此次改進(jìn)中就充分考慮了這個(gè)因素。改進(jìn)后的線路如圖3、圖4所示。

圖3 空氣制動(dòng)、停放制動(dòng)緩解改進(jìn)線路圖

圖3中，新增線路采用與原有線路并聯(lián)的方式，02S88觸點(diǎn)1/2、3/4兩組觸電同時(shí)閉合方可使得所有制動(dòng)緩解列車線21149得電，實(shí)現(xiàn)緩解所有制動(dòng)的目的，但此時(shí)所有制動(dòng)緩解列車燈02H02不亮。此處新增線路未引入高壓危險(xiǎn)，風(fēng)險(xiǎn)安全可靠。

圖4中，新增線路采用與原有線路并聯(lián)的方式，02S88觸點(diǎn)5/6、7/8兩組觸電同時(shí)閉合，在有選定的方向信號(hào)和列車自動(dòng)控制(ATC)系統(tǒng)正常/APT被切除時(shí)，實(shí)現(xiàn)緩解緊急制動(dòng)目的，二極管02V74阻止了20312線的反向電流。此處新增線路未引入高壓危險(xiǎn)，風(fēng)險(xiǎn)安全可靠。

圖4 緊急制動(dòng)緩解改進(jìn)線路圖

5 結(jié)語(yǔ)

靜態(tài)調(diào)試、試車線跑車和正線運(yùn)營(yíng)中，此次改進(jìn)均未對(duì)現(xiàn)有線路造成影響，能達(dá)到緩解制動(dòng)目的。但執(zhí)行此操作必須在按照地鐵列車故障處理指南要求處理無(wú)效，列車到站清客完畢后，力求最大可能避免30分鐘以上行車大間隔事件和救援事故發(fā)生的情況下。此操作執(zhí)行后司機(jī)需加強(qiáng)警惕，注意觀察，與行車調(diào)度中心時(shí)刻保持聯(lián)系。

地鐵列車自動(dòng)化程度高，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的RAMS(安全性、可靠性、可用性和可維護(hù)性)要求高，不可能完全消除由于繼電器故障帶來(lái)的事故，只能盡最大可能地降低。在滿足RAMS規(guī)范前提下，充分考慮司機(jī)既有操作習(xí)慣，對(duì)關(guān)鍵繼電器和既有旁路開關(guān)以及對(duì)相關(guān)器件進(jìn)行旁路操作，依靠列車自身動(dòng)力以最快速度駛離正線，確保正線運(yùn)營(yíng)的通暢。

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