軌道交通工程防淹門系統(tǒng)與信號系統(tǒng)的接口設(shè)計(jì)

盧昌儀

廣州地鐵設(shè)計(jì)研究院股份有限公司，中國·廣東 廣州 510010

1 引言

地鐵防淹門系統(tǒng)屬于地鐵工程的防災(zāi)設(shè)施，主要設(shè)置在區(qū)間以地下線路穿越水域的兩側(cè)適當(dāng)位置，以防止穿越水域的區(qū)間隧道因意外事故而引起的洪水災(zāi)害事故擴(kuò)大化。在水系發(fā)達(dá)的地區(qū)均考慮設(shè)置防淹門系統(tǒng)，如中國廣州、上海、武漢、南京等地。若防淹門系統(tǒng)設(shè)置不當(dāng)，將對地鐵安全運(yùn)營造成一定的影響。事故發(fā)生后，應(yīng)盡快關(guān)閉防淹門，而關(guān)閉防淹門之前應(yīng)得到信號系統(tǒng)的允許，確保防淹門防護(hù)的隧道區(qū)間內(nèi)沒有列車在運(yùn)行?，F(xiàn)從列車安全運(yùn)行角度出發(fā)，淺析防淹門系統(tǒng)與信號系統(tǒng)的接口功能設(shè)計(jì)方案。

2 接口的必要性

防淹門一般設(shè)置于過江隧道水域的兩端，通常位于車站的端部。若地下隧道因意外事故發(fā)生滲水并達(dá)到危險(xiǎn)水位時(shí)，將操作防淹門系統(tǒng)關(guān)閉閘門，切斷車站與區(qū)間的空間聯(lián)系，有效把區(qū)間滲水擋在車站之外。隧道水域兩端之間的區(qū)間稱為防淹門防護(hù)區(qū)。

在防淹門關(guān)閉之前必須確定防淹門防護(hù)區(qū)內(nèi)沒有列車正在運(yùn)行，并且能有效地阻止即將進(jìn)入防淹門防護(hù)區(qū)的列車停止在車站內(nèi)。信號系統(tǒng)是列車安全運(yùn)行的“指揮者”，在防淹門關(guān)閉之前，信號系統(tǒng)應(yīng)能確保列車的安全運(yùn)行。因此，信號系統(tǒng)必須與防淹門系統(tǒng)進(jìn)行功能接口，建議兩系統(tǒng)之間的有效通信及呼應(yīng)，信號系統(tǒng)應(yīng)能實(shí)時(shí)監(jiān)視防淹門系統(tǒng)的狀態(tài)；防淹門系統(tǒng)在關(guān)閉閘門時(shí)應(yīng)能得到信號系統(tǒng)的響應(yīng)及允許關(guān)門的回復(fù)。

為滿足防淹門系統(tǒng)與信號系統(tǒng)的接口功能需求，信號專業(yè)須在防淹門位置的軌道邊設(shè)置軌旁信號防護(hù)機(jī)。

3 防淹門系統(tǒng)操作的基本流程

3.1 報(bào)警信息收集

防淹門系統(tǒng)在防護(hù)區(qū)間范圍中的廢水泵房集水井（一般設(shè)置在區(qū)間最低里程處）內(nèi)設(shè)置了一套水位探測裝置，為防淹門系統(tǒng)提供區(qū)間水情信息，用于收集防淹門防護(hù)區(qū)內(nèi)的水情報(bào)警信息。一般來說，水位探測裝置設(shè)置4 級水位，每級水位之間的高度差為100mm，分別為1 級、2 級、3 級、4級，最高水位為4 級水位，即危險(xiǎn)水位（以威脅到列車安全運(yùn)行的水位）。同時(shí)，水位達(dá)到1 級水位時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算水位上漲速度。當(dāng)水位達(dá)到4 級水位或水位上漲速度達(dá)到或超過設(shè)定值之后，防淹門系統(tǒng)將自動(dòng)發(fā)出關(guān)閉防淹門的報(bào)警信號[1]。

3.2 防淹門系統(tǒng)的關(guān)門操作

防淹門系統(tǒng)的關(guān)門操作程序如圖1所示。防淹門系統(tǒng)在平時(shí)是處于閘門全開狀態(tài)的。當(dāng)收到水位報(bào)警信號（4 級水位或水位上漲超速）時(shí)，應(yīng)人工確認(rèn)區(qū)間水位的水情情況，之后再向信號系統(tǒng)發(fā)出“請求關(guān)門”信號。信號系統(tǒng)發(fā)出“允許關(guān)門”命令之前，自動(dòng)檢測保護(hù)區(qū)間是否有列車在運(yùn)行。同時(shí)，應(yīng)自動(dòng)阻止駛向保護(hù)區(qū)間的列車停車，保證列車在保護(hù)區(qū)間之外停止運(yùn)行[2]。

3.3 防淹門系統(tǒng)的開門操作

防淹門保護(hù)區(qū)段解除險(xiǎn)情之后，開啟防淹門，恢復(fù)地鐵運(yùn)營。防淹門系統(tǒng)的開門操作如圖2所示。

圖2 防淹門系統(tǒng)開門流程圖

防淹門系統(tǒng)開門操作完成之后，恢復(fù)了正常狀態(tài)，即信號系統(tǒng)與防淹門系統(tǒng)之間通過“閘門全開”信號進(jìn)行聯(lián)鎖。

3.4 非正常操作

當(dāng)防護(hù)區(qū)間險(xiǎn)情發(fā)生時(shí)，必須關(guān)閉防淹門系統(tǒng)。由于防淹門系統(tǒng)與信號系統(tǒng)之間的聯(lián)鎖關(guān)系，在實(shí)際操作工程中，如果防淹門系統(tǒng)無法收到信號系統(tǒng)的“允許關(guān)門”信號時(shí)，操作人員將繞過信號系統(tǒng)強(qiáng)制性關(guān)閉防淹門。為了保證乘客的安全，在關(guān)閉防淹門之前，應(yīng)通過線路控制中心對列車進(jìn)行控制，或者人工制停列車。此時(shí)，現(xiàn)場人員操作防淹門啟閉設(shè)備的抱閘裝置關(guān)閉防淹門[3]。

4 接口設(shè)計(jì)

4.1 接口電氣回路的基本要求

防淹門系統(tǒng)與信號系統(tǒng)之間的信號屬于安全至關(guān)的重要信號，接口電氣回路采用安全型繼電器硬線干接點(diǎn)連接，如圖3所示。

圖3 接口電氣回路圖

接口電氣回路應(yīng)滿足以下要求：

①回路必須為雙切雙斷，系統(tǒng)之間通過各自的繼電器狀態(tài)進(jìn)行狀態(tài)信息判斷。

②狀態(tài)采集端所選用的繼電器必須是安全型繼電器，正常情況下，繼電器應(yīng)為勵(lì)磁狀態(tài)；當(dāng)狀態(tài)改變時(shí)，繼電器應(yīng)可靠失磁，滿足“故障—安全”的功能要求。

4.2 接口功能

防淹門系統(tǒng)與信號系統(tǒng)的接口是以保證列車安全運(yùn)行及乘客人身安全為前提的，防淹門系統(tǒng)需要在關(guān)閉閘門之前，由信號系統(tǒng)確認(rèn)防淹門防護(hù)區(qū)內(nèi)沒有列車正在運(yùn)行。防淹門系統(tǒng)與信號系統(tǒng)的接口信息主要有“閘門全開”“請求關(guān)門”及“允許關(guān)門”三種[4]。接口功能如圖4所示。

圖4 接口功能示意圖

4.2.1 聯(lián)鎖防護(hù)功能

在正常情況下，防淹門系統(tǒng)與信號系統(tǒng)是聯(lián)鎖關(guān)系的，處于“閘門全開”狀態(tài)，信號系統(tǒng)必須實(shí)時(shí)對防淹門系統(tǒng)的“閘門全開”狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視。當(dāng)“閘門全開”狀態(tài)改變時(shí)，如防淹門系統(tǒng)故障，或者閘門非正常下落而切斷區(qū)間，防淹門系統(tǒng)與信號系統(tǒng)的聯(lián)鎖馬上失效。此時(shí)，信號系統(tǒng)ATP 應(yīng)確保在防淹門防護(hù)區(qū)兩端車站以外的列車駛?cè)敕雷o(hù)區(qū)，必須在防淹門防護(hù)機(jī)之前停車。對于已經(jīng)駛?cè)敕姥烷T防護(hù)區(qū)的列車，根據(jù)列車調(diào)度的指令進(jìn)入人工駕駛模式，人工駕駛列車駛離防護(hù)區(qū)。

4.2.2 關(guān)門請求功能

防淹門防護(hù)區(qū)積水并達(dá)到危險(xiǎn)水位（4 級水位或水位上漲超速）時(shí)，防淹門系統(tǒng)應(yīng)向信號系統(tǒng)發(fā)出“請求關(guān)門”命令，收到信號系統(tǒng)的回復(fù)后才能操作關(guān)閉防淹門。

信號系統(tǒng)對防淹門系統(tǒng)的“請求關(guān)門”進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)視，一旦防淹門系統(tǒng)發(fā)出“請求關(guān)門”命令時(shí)，信號系統(tǒng)對“請求關(guān)門”進(jìn)行響應(yīng)之前必須完成以下工作：

①信號系統(tǒng)收到“請求關(guān)門”命令后，立刻封鎖防淹門防護(hù)區(qū)兩端的軌旁信號防護(hù)機(jī)，同時(shí)取消該區(qū)域的列車進(jìn)路信號，阻止即將進(jìn)入該區(qū)域的列車停在信號防護(hù)機(jī)以外。

②信號系統(tǒng)收到“請求關(guān)門”信號后，同時(shí)對防淹門防護(hù)區(qū)內(nèi)檢測是否有列車。若有，將延時(shí)（延時(shí)時(shí)間根據(jù)區(qū)間的長度定）取消該列車的進(jìn)路。確保列車安全駛離防淹門防護(hù)區(qū)，或者防淹門防護(hù)區(qū)內(nèi)沒有列車之后，信號系統(tǒng)將向防淹門系統(tǒng)反饋“允許關(guān)門”命令。

③防淹門系統(tǒng)發(fā)出的“請求關(guān)門”信號應(yīng)是持續(xù)不斷的信號，信號系統(tǒng)連續(xù)不斷地監(jiān)視，直到信號系統(tǒng)發(fā)出“允許關(guān)門”信號。在此期間，如果“請求關(guān)門”信號中斷，信號系統(tǒng)將認(rèn)為是防淹門系統(tǒng)的誤動(dòng)作，或者防淹門系統(tǒng)已解除關(guān)門報(bào)警，同時(shí)信號系統(tǒng)將終止對“請求關(guān)門”狀態(tài)的監(jiān)視。

5 存在的問題

由于防淹門系統(tǒng)與信號系統(tǒng)之間存在“聯(lián)鎖”的關(guān)系，一旦防淹門系統(tǒng)的故障（如電源故障而引起接口回路的繼電器失電）而引起防淹門系統(tǒng)“全開”狀態(tài)的消失，信號系統(tǒng)必將制停列車，造成列車運(yùn)行時(shí)刻的延誤，影響運(yùn)營服務(wù)水平，此類問題時(shí)有發(fā)生。為此，專門為防淹門系統(tǒng)的控制電源提供了不間斷后備電源（UPS）設(shè)備。

另外，由于潮濕、絕緣損壞、雷電沖擊等因素可能造成無車路段的路軌被短接，顯示出異常紅光帶或“閃紅”，影響信號系統(tǒng)向防淹門發(fā)送“允許關(guān)門”的指令。此時(shí)，信號系統(tǒng)需要人工介入干預(yù)，人工發(fā)出“允許關(guān)門”命令。

6 總結(jié)及建議

根據(jù)地鐵工程的功能需求，防淹門系統(tǒng)與信號系統(tǒng)的接口是有必要的，同時(shí)防淹門系統(tǒng)的故障將影響列車的正常運(yùn)營，信號系統(tǒng)的故障影響防淹門系統(tǒng)的關(guān)閉。因此，在工程設(shè)計(jì)中，防淹門系統(tǒng)與信號系統(tǒng)接口的可靠性、穩(wěn)定性固然重要，也應(yīng)提高系統(tǒng)的可靠性，降低故障率。

另外，在接口設(shè)計(jì)中僅考慮了防淹門系統(tǒng)與信號系統(tǒng)的聯(lián)鎖功能，并沒有考慮人工解鎖的功能，主要有以下兩點(diǎn)原因：

①關(guān)閉閘門之前必須得到信號系統(tǒng)的許可，如人工干預(yù)解除防淹門系統(tǒng)與信號系統(tǒng)的聯(lián)鎖，將勢必增加列車的安全隱患。

②防淹門系統(tǒng)的所有操作均由人工完成，若接口出現(xiàn)故障，信號系統(tǒng)無法反饋“允許關(guān)門”信號，根據(jù)列車調(diào)度的指令，由人工手動(dòng)強(qiáng)行關(guān)門防淹門。

7 結(jié)語

鑒于防淹門系統(tǒng)故障影響列車運(yùn)營的問題，建議防淹門系統(tǒng)與信號系統(tǒng)之間取消“聯(lián)鎖”的功能，僅保留“請求關(guān)門”和“允許關(guān)門”功能。但是，防淹門系統(tǒng)應(yīng)具備異常（如防淹門鎖緊裝置故障等）報(bào)警的功能，一旦發(fā)生異常時(shí)，應(yīng)向車站控制室、控制中心發(fā)出報(bào)警信號，站務(wù)員能第一時(shí)間介入，盡快消除故障，保證列車不間斷運(yùn)營。