GB10495-1989铁路信号技术中采用电子元器件时应遵循的主要安全条件.pdf

S S 6 6 1 1 GGB B 中华人民共和国国家标准 GB 1049589 铁路信号技术中采用电子元器件时 应遵循的主要安全条件 The more important safety conditions to be observed in the use of electronic components in railway signalling techniques 1 9 8 9 0 3 2 2 发布 1 9 8 9 1 0 0 1 实施 国 家 技 术 监 督 局 发布 中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准 铁路信号技术中采用电子元器件时 应遵循的主要安全条件 The more important safety conditions to be observed in the use of electronic components in railway signalling techniques 本标准等效采用国际铁路联盟 UIC73811980铁路信号技术中采用电子元器件时应遵循的主要安全条件 。 1 主题内容与适用范围 本标准规定了铁路信号技术中采用电子元器件时应遵循的主要安全条件的名词术语、铁路信号设备安全性的评定及采用电子元器件的主要原则。 本标准适用于所有采用电子元器件的铁路信号设备(以下简称信号设备)。 2 引用标准 GB 3187 可靠性基本名词术语及定义 GB 9080 铁路信号直流无极继电器 通用技术条件 3 术语 3 . 1 安全性 a. 信号设备的安全性是指某设备（或该设备的某些部件）发生工作故障时，应停止使用（或部分停止使用） ，并具有以较大的概率防止发生危及行车安全的能力。 b. 安全性是指在规定的时间内、规定的条件下，有关设备不发生危险状态的概率。 3 . 2 可靠性 a. 可靠性是指信号设备在规定的时间内、规定的条件下，完成规定功能的能力。 b. 可靠性是幸存概率，即设备使用年限为 X，在时间 t 内不会失效，或不在时间t 前失效的概率。换言之，在规定的时间内、规定的条件下，设备完成规定功能而不发生故障的概率。 可靠性是设备与时间相关的稳定指标。 c. 信号设备的工作能力是指在规定的时间内、规定的条件下，该设备发生未考虑到的故障状态（限制状态）的概率。 3 . 3 有效性 可以维修的信号设备在某时刻具有或维持规定功能的能力。有效性是故障率与修复时间的函数。 3 . 4 应力 对元器件功能有影响的各种外界因素。 3 . 5 故障 a. 信号设备丧失规定的功能。 在施加应力开始时，原合格的元器件至少有一个特性发生了不允许的偏差；在持续施加应力后的 国家技术监督局 1 9 8 9 0 3 2 2 批准 1 9 8 9 1 0 0 1 实施 1GB 1 0 4 9 5 8 9 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载w w w . b z f x w . c o mGB 1 0 4 9 5 8 9 偏差又有了变化，导致信号设备丧失规定的功能，相应的限值即为故障判断标准。 b. 原则上，对信号设备的功能产生限制性的影响。 3 . 6 一次故障 信号设备的原发性故障，它不是直接或间接由另一种信号设备所诱发的故障。 3 . 7 二次故障 信号设备的继发性故障，它是直接或间接由另一种信号设备所诱发的故障。 3 . 8 故障率 幸存概率的分布为自然对数函数的负指数值，此函数为给定时刻的微分函数。 工作到某时刻尚未失效的信号设备，在该时刻后单位时间内发生失效的概率。 3 . 9 故障安全 故障以后导向安全。 3 . 1 0 冗余 对某一规定的功能由多于一种的方法完成。 3 . 1 1 设备冗余 对某一相同的规定功能由多于一套的设备来完成。 3 . 1 2 数据冗余 用多于一种的处理方法和数据来完成某一相同的规定功能。 3 . 1 3 单通道 采用直接输出控制信息进行处理的方法，在元器件或模块级的处理功能和安全功能是相互联结，不可分的。 由内部的故障检测环节来保证安全，需要时，采用高可靠性的特殊的元器件。 3 . 1 4 多通道 采用多通道处理及以并联或串联方式相继输出相同或相似的控制信息，以提高可靠性，特别是提高安全性。 处理功能和安全功能是彼此分开的。安全性是由外部的故障检测环节的处理水平来保证的。 4 铁路信号设备安全性的评定 4 . 1 由于铁路上的车列平交道口公路上的车辆以及错误地排列进路，往往会危及列车运行的安全。因此，利用铁路信号设备以防止铁路事故的发生。根据可靠性理论，信号设备本身也会发生故障。因此，必须从技术上采取措施，以便当设备发生故障或出现人为错误时，立即以特殊方式作出反应并导向安全。 铁路信号保证行车安全的方法的特殊性质称为“铁路信号设备的安全性” 。 这个特性是：一个产品在规定的时间内和规定的使用条件下，不出现任何危险情况的概率。当故障影响到信号设备使用时，有可能丧失信号设备的全部功能或部分功能。 这种方法也称为“故障安全原则” （以下简称“故障安全” ） 。即，考虑了规定的基本条件（故障假设） ，检测出系统故障，并以较高的概率防止该系统的错误输出。在铁路上，这种检测导致发出限制性信息或导致铁路信号设备的限制性状态（ “故障安全”原则） 。 4 . 2 如第 4.1 条所述，安全性是一种概率参数，因此，信号设备不可能具有百分之百的，排除任何危险的绝对安全。 4.3 铁路信号设备故障安全的实现与故障检测环节有关。在一定条件下（如元器件故障、电源中断等。即，假定故障的出现具有较高的概率） ，该检测环节使信号设备立即或在下一次操作时处于限制状态，并显示无危险的状态。 4.4 必须明确指出，故障检测环节对某些意外出现的故障状态有可能检查不出来。当出现这类故障 时，便不能排除危险状态。就此而言，安全性的概率参数就自然地包含了“非安全”状态。 2 w w w . b z f x w . c o mGB 1 0 4 9 5 8 9 4 . 5 当追求过高的安全度时，还会受经济方面的制约。 4 . 6 当故障检测环节与复杂电路相结合时，其元器件均具有一定的故障率，在使用上导致不合理的限制性影响。这时，由操作人员介入，部分或全部停止使用信号设备，亦即信号显示限制状态，使列车仍继续运行。 实际经验表明，操作人员的错误率比信号设备的错误率高出几个数量级。操作人员的介入构成了一种新的危险源，从而进一步降低了整个人- 机系统的安全性。 4 . 7 根据第 4.6 条可以推断，信号设备的功能应具有较高的有效性。换言之，在规定的工作周期内和规定的使用条件下，信号设备发生故障（限制状态）的概率应该是很小的。 4 . 8 因为信号设备一般为可修复系统，故有必要引入有效性这个概念。 要求设备具有较高的有效性，例如使设备的某些部件冗余和使设计程序冗余，以便在发生故障的情况下，尽可能减少修复时间。 4 . 9 保证铁路信号设备安全的先决条件， 是掌握元器件发生故障时的性能以及电路应保证技术安全要求等。 现将某些典型的要求列举如下： a. 故障应导向安全的反应。例如锁闭道岔和进路；隔离发生故障的部件；限制控制和表示的允许程度。 b. 一次故障与二次故障叠加在一起（连续故障） ，应视为一个单独的故障。 c. 尽可能由独立的信息传输来实现故障检测功能。 d. 一个或数个可能发生的故障，会以某种概率在某一时间间隔中发生。这种概率是时间间隔的大小和故障率的函数。如果故障检测时间与故障率的倒数相比足够小时，就可以不考虑同时出现一个以上的独立故障。 e . 当故障检测功能不是由独立的信息传输实现时，故障发生后，就应在下一个转换过程中或下一次操作限制使用。如果不能满足这项要求，该故障（一次故障）就可能诱发二次故障，此时，仍应防止出现任何危险的后果。 4 . 1 0 当信号设备启用前，应按第 4.9 条所述要求，通过安全检查来验证。这种安全检查采用理论方法或实际试验，或二者同时采用。通过这种验证应证实：在可能发生故障或故障组合时，设备没有错误输出。 4 . 1 1 在铁路信号设备中，可以利用各种冗余方法来满足安全条件和构成故障检测环节。例如，利用独立的电路来检查 C 类继电器的工作（需监督检查的信号继电器） ；使用高可靠性的 N 类继电器（对这类继电器注意选择接点材料，并依靠继电器衔铁的重量来确保动合接点断开） ； 使有用信号与噪声间有足够大的能级差值的方法，以防止对安全信息的危险干扰；采用空间或时间冗余方法来处理和传输技术安全信息。 4 . 1 2 根据“故障检测环节的配置” ，铁路信号设备可分为两类： 4 . 1 2 . 1 单通道系统 在这类系统中，处理功能和安全功能是不可分割的。例如，连接同一等级的模块。这类系统属自校验（例如：采用 C 类信号继电器） ，或由高可靠性的器件构成（例如：采用 N 类信号继电器） 。 4 . 1 2 . 2 多通道系统 在这类系统中，处理功能和安全功能是分开的。安全信息通常是通过硬件进行处理，而该硬件并不遵循故障安全。因此，故障检测环节及整个系统的故障安全是通过并联或串联的多通道传输相同或相似的信息而得到的。这种信息依次结合，输出到故障安全的比较器和输出设备。 4 . 1 3 为了便于发展和经济合理的评价铁路信号设备安全技术，必须对设备满足安全要求的程度进行定量分析。 非安全和安全的概念密切相关，要明确这些要求，就涉及大量的法律、心理学、社会学问题，从而使 3 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载w w w . b z f x w . c o mGB 1 0 4 9 5 8 9 这些问题的处理更加困难。困此，只能逐步引导到满足安全要求的一定的数值标准。 对现有的铁路信号设备用合理的方法以数值表达安全程度，同样也是困难的。 4 . 1 4 总之，铁路采用“设备停止运用提供最大安全度”原则，由具有特殊的故障安全性能的技术系统构成典型的铁路安全性能。这种目标从原理上与航空、航天或原子反应堆技术方面所追求的目标有所不同。在那些领域内，由于系统的内在原因，其发展目标是系统的最高可靠性和最大有效性。 5 信号设备中采用电子元器件的主要原则 5 . 1 铁路信号设备中采用电子元器件时，第 4 章中所有论述，原则上都是适用的。 5 . 2 目前的基本情况是： 由工业部门生产的普通的分立元件或集成电路， 已经应用在铁路信号设备中。 从经济上考虑，一般应避免为铁路信号设备生产专用的元器件（如电阻器、电容器、晶体管等） 。 通常也不要为铁路信号设备中采用的电子产品制定特殊的生产和测试标准。 5 . 3 应根据制造厂提出的元器件容许极限和特性曲线，进行电子电路的计算。 5 . 4 可以使用与连接特殊的故障安全模块组成一个按单通道原理工作的电子功能单元。 准确了解元器件的故障特性是发展这种特殊的故障安全模块的基础。 故障安全的电路，其安全概念是基于以下两个必要的、但不是充分的条件： a. 采用特殊的电路配置； b. 采用动态工作原理（安全周期） ，周期地检查所用元器件的工作性能。 两者都用于故障检测，一旦检出故障，便中断进一步处理过程。 应该验证根据上述原则构成的电子功能单元的安全性。考虑故障情况，在工艺和结构上采用特殊措施（例如，降低负荷） ，以简化电路设计。 5 . 5 由于电子工业发展迅速，生产了比较复杂的电子设备，这些设备采用了模块和集成电路。 对模块和集成电路，不能建立一种合理的故障分类，也不能按传统的观念来验证安全性能，只能以多通道处理方式（空间冗余或时间冗余）来保证故障安全。在多通道信息处理之后，按照所选的冗余原理比较信息，并输送到“技术安全比较器” 。 这种比较器必须是故障安全的。例如，必须采用符合 4.3 条要求的电子设备或