地铁的各系统简介.doc

备忘录 电话传真网络 错误 未知的用户属性名 称 错误 未知的用户属性名称 地铁的系统功能 一 概述 地铁是地下铁道的简称 它是一种独立的有轨交通系统 不受地面道路情况的影响 能够按照设计的能力正常运 行 从而快速 安全 舒适地运送乘客 地铁效率高 无污染 能够实现大运量的要求 具有良好的社会效益 地铁是有轨交通 其运输组织 功能实现 安全保证均应遵循有轨交通的客观规律 在运输组织上要实行集中调 度 统一指挥 按运行图组织行车 在功能实现方面 各有关专业如隧道 线路 供电 车辆 通信 信号 车站 机电设备及消防系统均应保证状态良好 运行正常 在安全保证方面 主要依靠行车组织和设备正常运行来保证必 要的行车间隔和正确的行车经路 为了保证地铁列车运行安全 正点 在集中调度 统一指挥的原则下 行车组织 设备 车辆检修 设备运行管 理 安全保证等均由一系列规章制度来规范 地铁是一个多专业多工种配合工作 围绕安全行车这一中心而组成的 有序联动 时效性极强的系统 地铁中采用了以电子计算机处理技术为核心的各种自动化设备 从而代替人工的 机械的 电气的行车组织 设 备运行和安全保证系统 如 ATC 列车自动控制 系统可以实现列车自动驾驶 自动跟踪 自动调度 SCADA 供电系统管理自动化 系统可以实现主变电所 牵引变电所 降压变电所设备系统的遥控 遥信 遥测 BAS 环境监控系统 和 FAS 火灾报警系统 可以实现车站环境控制的自动化和消防 报警系统的自动化 AFC 自动售检票系统 可以实现自动售票 检票 分类等功能 这些系统全线各自形成网络 均在 OCC 控制中 心 设中心计算机 实行统一指挥 分级控制 地铁路网的基本型式有 单线式 单环线式 多线式 蛛网式 每一条地铁线路都是由区间隧道 地面上为地 面线路或高架线路 车站及附属建筑物组成 车站按其功能分为四种 1 中间站 只供乘客乘降用 此类车站数量最多 2 折返站 在中间站设有折返线路设备即称为折返站 一般在市区客流量大的区段设立 可以满足乘客需要 同时节省运营开支 3 换乘站 既用于乘客乘降又为乘客提供换乘的车站 4 终点站 地铁线路两端的车站 除了供乘客上下或换乘外 通常还供列车停留 折返 临修及检修使用 二 地铁车辆 地铁车辆是城市轨道交通系统的重要组成部分 也是技术含量较高的机电设备 地铁车辆应具有先进性 可靠性 和实用性 应满足容量大 安全 快速 美观和节能的要求 地铁车辆有动车 M Motor 和拖车 T Trailer 带司机室车和不带司机室车等多种形式 动车本身带有动力牵引装置 拖车本身无动力牵引装置 动车又分为带有受电弓的动车和不带受电弓的动车 地铁车辆在运营时一般采用动拖结合 固定编组 形成电动列车组 由于它本身带有动力牵引装置 兼有牵引和 载客两大功能 因此和铁路列车不同 不需要再连挂单独的机车 一般地铁车辆由以下七部分组成 1 车体 车体是容纳乘客和司机驾驶 对于有司机室的车辆 的地方 又是安装与连接其他设备和部件的基础 一般有底 架 端墙 侧墙及车顶等 2 动力转向架和非动力转向架 动力转向架和非动力转向架装置位于车体和轨道之间 用来牵引和引导车辆沿着轨道行驶 承受与传递来自车体 及线路的各种载荷并缓冲其动力作用 是保证车辆运行品质的关键部位 一般由构架 弹簧悬挂装置 轮对轴箱装 置和制动装置等组成 3 牵引缓冲连接装置 车辆编组成列安全运行必须借助于连接装置 为了改善列车纵向平稳性 一般在车钩的后部装设缓冲装置 以缓 和列车的冲动 4 制动装置 制动装置是保证列车安全运行所不可少的装置 城市轨道车辆制动装置除常规的空气制动装置外 还有再生制动 电阻制动和磁轨制动等 5 受流装置 从接触导线 接触网 或导电轨 第三轨 将电流引入动车的装置称为受流装置或受流器 受流装置按其受流方 式可分为以下几种形式 a 杆形受流器 b 弓形受流器 c 侧面受流器 d 轨道式受流器 e 受电弓受流器 6 车辆内部设备 车辆内部设备包括服务于乘客的车体内的固定附属装置和服务于车辆运行的设备装置 属于前者的有车电 通风 取暖 空调 座椅 拉手等 服务于车辆运行的设备装置大多吊挂于车底架 如蓄电池箱 继电器箱 主控制箱 电动空气压缩机组 总风缸 电源变压器 各种电气开关和接触器箱等 7 车辆电气系统 车辆电气包括车辆上的各种电气设备及其控制电路 按其作用和功能可分为主电路系统 辅助电路系统和控制电 路系统三个部分 三 地铁信号 信号设备的主要作用是保证行车的安全和提高线路的通过能力 包括信号装置 联锁装置 闭塞装置等 信号装 置是指示列车运行条件的信号及附属设备 联锁装置是保证在车站范围内 行车和调车安全及提高通过能力的设备 闭塞装置是保证在区间内行车安全及提高通过能力的设备 在车站上 铺设有许多条线路 线路之间用道岔联结 列车在车站内运行的路径 叫做进路 进路由道岔位置决 定 进路要有信号机防护 道岔位置不对 或者进路上有车 防护此条进路的信号机就不能开放 从而保证列车的 运行安全 道岔 进路和信号三者之间相互制约 相互依存的关系称为联锁 实现联锁的设备叫做联锁设备 把许 多道岔 进路和信号机用电气方法集中控制和监督 并实现它们联锁的设备 叫做电气集中设备 由车站向区间发 车时必须确定区间内无车 还要防止两个车站在同一线路上向同区间发车 这种按照一定的方法组织列车在区间内 的运行 一般称为行车闭塞 用来联络的设备称为闭塞设备 常用的闭塞设备有自动闭塞 半自动闭塞及电气路签 闭塞等 地铁采用自动闭塞设备 四 地铁通信 地铁通信是构成地铁各部门之间有机联系 实现运输集中统一指挥 行车调度自动化 列车运行自动化 提高运 输效率的必备工具与手段 地铁通信按其用途来分 可分为地区自动通信 地铁专用通信 有限广播 闭路电视 无线通信以及子母钟报时 系统 会议系统 传真及计算机通信系统 按信息传输的媒介可分为有线通信和无线通信 有线通信又可分为光缆 和电缆通信 地铁通信是既能传输语言 又能传输文字 数据 图像等各种信息的综合数字通信网 五 地铁供电 地铁的供电系统是为地铁运营提供电能的 地铁列车是电力牵引的电动列车 其动力是电能 此外 地铁中的辅 助设施包括照明 通风 空调 排水 通信 信号 防灾报警 自动扶梯等 也都依赖电能 地铁供电电源一般取自城市电网 通过城市电网一次电力系统和地铁供电系统实现输送或变换 然后以适当的电 压等级供给地铁各类设备 根据用电性质的不同 地铁供电系统可分为两部分 由牵引变电所为主组成的牵引供电系统和以降压变电所为主 组成的动力照明供电系统 六 地铁环境控制与车站设备 为了保证地铁安全正常运行 应在地铁内设置环境控制设备和各类必需的车站辅助设备 包括 通风 空调 给 排水 消防 自动扶梯 直升电梯 动力 照明 旅客引导等系统设备 现代化程度较高的地铁还配置了自动售检 票系统 车站设备自控系统 屏蔽门等 给排水系统用来提供地铁运营中生产 生活和消防用水 收集并排除地下渗透水和生产 生活产生的废水 污水 地铁给水系统的水源一般取自城市自来水 地铁消防系统分中央和车站两级 中央级的主要功能是 监视全线消防设备状态 火灾时 指挥全线消防抢险活 动 控制全线有关消防设备的运行 车站级的主要功能是 监视车站消防设备运行情况 接受各类报警信息 控制 车站及相邻区间内消防设备的动作 实施灭火活动 与中央级间进行必要的信息传输 地铁车站里的辅助设备包括 自动扶梯 直升电梯 卷帘门 防洪门 旅客引导 照明 售检系统 车站设备自 控系统等 根据需要还可设置屏蔽门和防核辐射门等 七 地铁运输组织 地铁运输组织主要是列车运行组织和接发列车组织 在列车运行组织工作中 根据地铁吸引的城市人员上下班 学 等客运流量 流向的实际情况 在基本列车运行图中编划出早 晚客流高峰时段密集开行列车的阶段运行计 划 同时 还编制出各种节假日 春运等形式列车运行图 以便最大限度地满足城市人民对地铁运输的各种需要 FAS 系统 FAS FireAlarmSystem 是火灾报警系统 火灾报警系统 FAS 在组网上具有自己的网络结构和布线系统 以实现 在任何情况下 该系统都可以独立的操作 运行和管理 随着计算机技术和网络技术的发展 火灾报警系统已具有同 楼宇管理系统 BMS 联网的能力 并提供楼宇自控系统 综合保安管理系统 广播系统以及有线 无线通讯系统等在 发生火灾时提供相应的联动功能 地铁 FAS 系统由主控 控制中心 和分控 车站 车场 车辆段 两级管理 控制中 心设防灾监控中心 负责监视全线防灾设备运行状态 接收报警信号 发布救灾指令等 车站防灾监控负责接收车 站灾害报警 及时与指挥中心联络 并接收中心防灾指令 控制设备 地铁 FAS 系统功能介绍 1 FAS 中央功能 1 FAS 中央级监控功能主监视铁全线各车站 区间隧道 控制中心 大楼 车辆段 停车场 主变电站等下属所有区域火灾报警 消防联动和故障情况 火灾发生时承担全线防灾指挥 中心功能 2 自动采集 显示 记录 存储车站内火灾信息 存储操作人员各项记录 并能进行历史档案管理 3 火灾发生实际情况 可自动或手动选择预定方案 向车站级控制是发出消防救灾指令和安全疏散命令 指挥 救灾工作开展 4 设置火灾报警外线电话 并与 119 报警台通报有关车站火灾灾情 5 接受主时钟信息 使 FAS 时钟与主时钟同步 6 火灾报警时 中央级图形计算机自动弹出相应报警区域平 面图 并发出声光报警 火灾报警具有高优先级 当同时存火灾及其他报警时 会优先报火警 2 FAS 车站级功能 FAS 车站级功能主要有监视 报警 控制以及他系统联动等 1 监视模式 2 报警模式 3 消防联动模式 4 防灾通信模式 5 防灾报警分机集成化功能 6 防灾报警分机之间 网络通信功能 PIS 系统 乘客资讯系统 是依托多媒体网络技术 以计算机系统为核心 以车站和车载显示终端为媒介向乘客提供信息服务的系统 使乘 客通过正确的服务信息引导 安全 便捷地乘坐轨道交通 PIS 在正常情况下 提供乘车须知 列车到发时间 列 车时刻表 管理者公告 政府公告 出行参考等实时动态的多媒体信息 在火灾 阻塞及恐怖袭击等非正常情况下 提供动态紧急疏散提示 作为地铁公司与乘客之间最直观的信息交互平台 PIS 系统所有实时播放的媒体流不能出 现图像马赛克 声音停顿的情况 这需要有线网络 车地无线通信网均有足够的带宽和良好的 QoS 保障机制 同 时网络的可靠性要求也非常高 不能因为网络的中断导致 PIS 系统故障 PSCADA系统 SCADA Supervisory Control And Data Acquisition 系统 即数据采集与监视控制系统 SCADA系统是以计算 机为基础的DCS与电力自动化监控系统 它应用领域很广 可以应用于电力 冶金 石油 化工等领域的数据采集 与监视控制以及过程控制等诸多领域 地铁行业电力监控子系统与地铁行业的综合监控系统 ISCS 紧密集成 实现PSCADA子系统功能 共同完成变电 所主要供电设备及接触网 轨 等电力设备运行情况的分层分布远程实时监视和控制 处理供电系统的各种异常事 故及报警事件 保障系统的正常运行 同时大大提升供电系统调度 管理及维修的自动化程度 提高供电质量 保 证系统安全 可靠地运行 地铁变电所综合自动化系统与供电系统的12kV开关柜 750V开关柜 0 4kV开关柜 牵引变压器 硅整流器 配 电变压器 排流柜 杂散电流监测装置 牵引网电动隔离开关 再生能量利用装置 钢轨电位限制装置等配置的综 合测控保护装置 智能采集装置通过通信接口连接实现集中监控 PSCADA系统包括全线由若干个变电所综合自动化系统 该系统可分为两类 牵引降压混合变电所 以下简称混合所 降压变电所 以下简称降压所 车站 车辆段牵引降压混合变电所综合自动化系统通过与本车站 车辆段的综合监控系统接口 实现电力调度中心 与变电所综合自动化系统的数据交换 变电所自动化系统采用分层 分布式系统结构 系统由变电所站级管理层 网络通信层 间隔设备层组成 系统以 供电设备为监控对象 通过所内网络将10kV 0 4kV交流保护测控单元 DC750V直流保护测控单元 交直流系统 监控单元 变压器与整流器监控单元 排流柜与杂散电流监控单元 轨电位限位装置 电动隔离开关等分散布置的 间隔层设备连接起来 通过监控计算机进行集中管理 1 站级管理层 包括安装在控制信号盘内的通信处理器 交换机 智能测控单元 监控计算机 等设备组成 该层主要完成全站的 数据通讯及处理 人机界面 数据库等功能 是系统与运行和维护人员的接口 2 数据通信层 分为站控级网络和间隔级网络 站控级网络 间隔级网络 3 间隔设备层 间隔层智能设备主要包括 10kV 综合保护测控单元 750V 直流开关柜保护测控单元 0 4kV 低压开关柜监控单 元 制动能量消耗装置监控单元 杂散电流监控单元 整流器监控单元 交直流电源系统监控单元 整流变压器温 控器 动力变压器温控器 所有智能设备由通信方式接入综合自动化系统 地铁CBTC信号系统 地铁信号系统是地铁运输系统中 保证行车安全 提高区间和车站通过能力的手动控制 自动控制及远程控制技 术的总称 是地铁行车调度依据行车计划或运力需求组织行车 并按一定的闭塞方式指挥列车安全 正点运行的重 要设备系统 具有下达行车指令 办理列车进路 开放信号并指挥行车的基本功能 北京地铁信号系统随着核心技 术的不断进步 其设备构成 主要功能均不断得到了完善和提高 尤其是列车运行控制方式和信号系统闭塞方式发 生了根本性的变革 简介 CBTC 信号系统构成及原理 目前面临的问题及对策 CBTC 信号系统的优点 北京地铁 2009 年运营线路图 地铁 CBTC 信号系统列车自动控制系统 城市轨道交通信号系统通常由列车自动控制系统 Automatic Train Control 简称 ATC 组成 ATC 系统包括 三个子系统 列车自动监控系统 Automatic Train Supervision 简称 ATS 列车自动防护子系统 Automatic Train Protection 简称 ATP 列车自动运行系统 Automatic Train Operation 简称 ATO 三个子系统通过信息交换网络构成闭环系统 实现地面控制与车上控制结合 现地控制与中央控制结合 构成一 个以安全设备为基础 集行车指挥 运行调整以及列车驾驶自动化等功能为一体的列车自动控制系统 列车自动控制 ATC 系统是城市轨道交通信号系统最重要的组成部分 它实现行车指挥和列车运行自动化 能 最大程度地保证列车运行安全 提高运输效率 减轻运营人员的劳动强度 一 ATC 系统的组成和功能 列车自动控制 ATC Automatic Train Control 系统包括三个子系统 列车自动防护 ATP Automatic Train Protection 列车自动运行 ATO Automatic Train Operation 列车自动监控 ATS Automatic Train Supervision ATC 系统包括五个功能 ATS 功能 联锁功能 列车检测功能 ATC 功能和 PTI 列车识别 功能 1 ATS 功能 可自动或人工控制进路 进行行车调度指挥 并向行车调度员和外部系统提供信息 2 联锁功能 响应来自 ATS 功能的命令 在随时满足安全准则的前提下 管理进路 道岔和信号的控制 将 进路 轨道电路 或计轴 道岔和信号的状态信息提供给 ATS 和 ATC 功能 3 列车检测功能 一般由轨道电路或计轴设备来完成 4 ATC 功能 在联锁功能的约束下 根据 ATS 的要求实现列车运行的控制 ATC 功能有三个子功能 ATP ATO 轨旁功能 ATP ATO 传输功能和 ATP ATO 车载功能 5 PTI 功能 通过多种渠道传输和接收各种数据 在特定的位置传给 ATS 向 ATS 报告列车的识别信息 目的 号码和乘务组号和列车位置数据 以优化列车运行 1 列车自动监控系统 ATS 2 列车自动防护子系统 ATP 3 列车自动运行系统 ATO 列车自动控制系统构成图 地铁 CBTC 信号系统介绍 移动闭塞是基于通信技术的列车控制 简称 CBTC Communication Based Train Control ATC 系统 该 系统不依靠轨道电路向列控车载设备传递信息 而是利用通信技术实现 车地通信 并实时地传递 列车定位 信息 通过车载设备 轨旁通信设备实现列车与车站或控制中心之间的信息交换 完成速度控制 系统通过建立车地之间 连续 双向 高速的通信 使列车命令和状态可以在车辆和地面之间进行实时可靠的交换 并确定列车的准确位置 及列车间的相对距离 保证列车的安全间隔 地铁 CBTC 信 号系统速度距离曲线 地铁 CBTC 信号系统系统原理 移动闭塞技术是通过车载设备和轨旁设备不间断的双向通信来实现 列车不间断向控制中心传输其标识 位 置 方向和速度等信息 控制中心可以根据列车实时的速度和位置动态计算列车的最大制动距离 列车的长度加上 这一最大制动距离并在列车后方加上一定的防护距离 便组成了一个与列车同步移动的虚拟分区 由于保证了列车 前后的安全距离 两个相邻的移动闭塞分区就能以很小的间隔同时前进 这使列车能以较高的速度和较小的间隔运行 从而提高运营效率 CBTC 级移动授权下的移动闭塞列车分离 地铁 CBTC 信号系统原理及分类 移动闭塞技术是通过车载设备和轨旁设备不间断的双向通信来实现 列车不间断向控制中心传输其标识 位置 方向和速度等信息 控制中心可以根据列车实时的速度和位置动态计算列车的最大制动距离 列车的长度加上这一 最大制动距离并在列车后方加上一定的防护距离 便组成了一个与列车同步移动的虚拟分区 由于保证了列车前后 的安全距离 两个相邻的移动闭塞分区就能以很小的间隔同时前进 这使列车能以较高的速度和较小的间隔运行 从 而提高运营效率 1 基于基于交叉感应环线技术 2 基于无线电台通信技术 3 基于漏泄电缆无线传输技术 4 基于裂缝波导管无线传输技术 CBTC 信号系统分类图 1 基于基于交叉感应环线技术 以敷设在钢轨间的交叉感应环线作为传输媒介的 CBTC 系统 在城市轨道交通中已经应用了较长时间 交叉感 应环线的缺点在于 安装在钢轨中间 安装困难且不方便工务部门对钢轨的日常维修 车 地通信的速率低 但由 于环线具有成熟的使用经验 使用寿命长以及投资少等优点 目前仍继续得到应用 CBTC 信号系统分类图 2 基于无线电台通信技术 随着无线通信技术的发展 基于自由空间传输的无线传输技术的在 CBTC 系统中得到了应用 无线的频点一 般采用共用的 2 4GHz 或 5 8GHz 频段 采用接入点 AP 天线作为和列车进行通信的手段 AP 的设置保证区间 的无线重叠覆盖 自由空间传输的无线具有自由空间转播 对于车载通信设备的安装位置限制少 传输速率高 实 现空间的重叠覆盖 单个接入设备故障不影响系统的正常工作 轨旁设备少 安装与钢轨无关 方便安装及维护的 特点 基于无线电台通信传输方式 CBTC 系统 已经在北京地铁 10 号线成功应用 CBTC 信号系统分类图 3 基于漏泄电缆无线传输技术 Alstom 的 CBTC 系统在需要的时候也可采用漏泄电缆传输方式 而新研发的系统采用的不多 漏泄电缆方式 特点是场强覆盖较好 可控 抗干扰能力强 单点 AP 的控制距离通常达 800m 每侧漏泄电缆长度 400m 缺 点是漏泄同轴电缆价格较高 CBTC 信号系统分类图 4 基于裂缝波导管无线传输技术 采用波导系统作为车地双向传输地媒介 即采用沿线铺设的裂缝波导及与波导连接的无线接入点作为轨旁与列 车的双向传输通道 该系统的波导系统具有通信容量大 可在隧道及弯曲通道中传输 干扰及衰耗小 无其他车辆 引起的传输反射 可在密集城区传输等特点 波导的另一个优点是传输速率大 可以满足列车控制系统的需要 波 导的缺点在于安装困难 需全线沿线路安装波导管 安装维护复杂 并且造价高 北京地铁 2 号线 机场线均采用裂缝波导管传输技术 CBTC 系统在实际应用中存在的问题及对策 1 设备匹配问题 国外精密设备与国产设备间存在不能完全协调运行的情况 如 XX 公司转辙机控制板卡与室外 转辙机存在不协调情况 在正常运行情况下突然显示为转辙机表示信息丢失 造成转辙机不能动作 但是转辙机室 外设备无硬件故障 经分析发现为 转辙机控制板卡内预制软件对表示电路信号瞬间丢失容错率较低 而国产转辙 机表示电路有瞬间丢失的问题存在 此类问题需要设备提供商修改软件方可解决 2 无线系统室外设备的运行稳定问题 室外设备经常损坏 在 X 号线的实际运营过程中发现 处于室外的无线网卡经常由于环境因素的影响出现问 题 不能正常发送无线信号 造成列车丢失无线信息影响运营 室外波导管同样因为环境影响的原因 进水 进尘而造成故障 此类问题的根本解决办法是 定期对无线网 卡 波导管接头部分进行检查 测试 并更换为性能优良 运行稳定的网卡设备 3 计轴系统容易被外界物体干扰 在 10 号线和 2 号线的实际运营过程中 经常出现夜间施工影响了计轴室外设 备 造成了轨道占用 影响正常运营 此类问题需要协调设备提供商更改计轴复位方式 由计轴预复位改为直接复 位 减少故障处理时间 减小对正常运营的影响 4 软件维护问题以及工程协调配合问题 软件维护制约着系统的可用性 有些公司在合同谈判或者投标的时候 隐含词语 回避软件维护工作 造成 后续设备维护单位工作被动 甚至需要大量投入 还要影响正常运营 随着用户对系统的不断了解 需求可能要发生变化 修改或者对系统进行调整 各公司态度不尽相同 需要我们的用户要从多方面进行权衡 CBTC 信号系统的优点 移动闭塞又称为基于通信技术基础的闭塞系统即 CBTC 系统 该系统代表着当前世界上轨道交通列车运行 控制系统的发展趋势 是近年来国际国内推荐使用的一种闭塞制式 在国内各大城市已经广泛采用 如北京 广州 上海 武汉 沈阳等 基于通信技术的列车控制 CBTC 移动闭塞系统采用了先进的通信和计算机技术 可以连 续控制 监测列车运行 它摆脱了使用轨道电路判别闭塞分区的占用 突破了固定 或准移动 闭塞需要固定的区 间分区的局限性 较以往系统具有更大的技术优越性 1 实现车载设备与轨旁设备间的实时双向通信 且信息量大 2 便于缩短列车编组 加大列车运行密度 提高服务质量 并可以缩短站台长度和终端站尾轨长度 降低土 建工程投资 3 实现线路列车双向运行而不增加地面设备 有利于线路故障或特殊需要时的反向运行控制 4 可减少轨旁设备 便于安装维修 有利于紧急状态下利用线路作为人员疏散的通道 有利于降低系统全生 命周期内的运营成本 5 可以适应各种类型 各种车速的列车 由于移动闭塞系统基本克服了准移动闭塞和固定闭塞系统地对车信 息跳变的缺点 提高了列车运行的平稳性 增加了乘客的舒适度 6 可以实现节能控制 优化列车运行统计处理 缩短运行时分等多目标控制 7 系统不依靠轨道电路检测列车位置 向车载设备传递信息 有利于旧线系统的升级改造的实施 即有利于 在不影响既有线正常运营的前提下 能够对系统进行升级改造 将对运营的影响降低最低 8 移动闭塞系统 尤其是采用高速数据传输方式的系统 将带来信息利用的增值和功能的扩展 有利于现代 化水平的提高 对 CBTC 系统应用的一些建议 目前 基于无线通信技术 CBTC 信号系统已经日趋完善 在世界各个城市的轨道交通项目中得到了实际应 用 但是 国产 CBTC 系统还不完善 国外 CBTC 系统与国产其他信号设备的协调工作还存在一些问题 全面引进 国外信号设备及后续日常维护人员培训 购进维护备件等需要大量资金 由此建议 1 根据运营需求确定是否要采用 CBTC 系统 对于客流量不大 不需要极高运营效率的城市轨道交通项目 可以不采用 CBTC 信号系统 而采用成熟稳定的国产信号系统 2 供货厂家的选择要慎重 考虑服务意识比较好的供货商有利于系统的调试开通和运营维护 3 根据工程建设周期确定采用的系统 有些项目建设周期长达数十年 定位的 CBTC 系统功能特点还没有发 挥的时候就要进行改造 牵引供电系统的受电方式 接触轨 通常城轨交通牵引供电系统有3种受电方式 一 架空线受电方式是电流通过架空线向列车供电 电流经过架空线 列车电动机 行车轨 回流线 变电站整流器负极 这样构成一个完整的回路 二 三轨受电方式是除两条是列车轮轨之外 还有一条是受电轨 电流经过第三轨 或称受电轨 列车 电动机 行走轨 回流线 变电站整流器负极 这样构成一个完整的回路 世界上许多城市轨道系统都采用 这种方式 例如纽约 伦敦 巴黎等 接触轨 又称第三轨 是沿线路敷设专为电动车辆授流的系统 接触轨系统 由两部分组成 正极供电网 负极供电网 供电网由接触轨 弯头 连接板 膨胀接头 绝缘支架或绝缘子 绝缘 防护罩 锚结 隔离开关 电缆等组成 回流网由回流轨 有关电气设备及电缆等组成 正线接触轨一般布置在行车方向左侧 在道岔等个别地段布置在行车方向的右侧 一 授流方式 接触轨系统根据授流方式不同分为上部授流 下部授流和侧部授流三种形式 1 上部授流 上部授流方式的优点 结构简单 设备费 维护和更新费用较低 上部授流方式的缺点 因结构的局限性 带电接触轨的安全防护性能较差 接触面上积累尘屑 加速接触轨 和授流器的磨耗 潮湿环境会增加短路故障发生概率 2 下部授流 下部授流方式的优点 接触轨的安装高度及水平方向均可作适当调整 不需要设计多种高度的零部件就可以 满足实际的需要 下部接触方式遮挡雨雪 避免尘屑的条件也优于上部接触方式 能较好确保牵引网系统的安全可 靠运行 3 侧部授流 侧部授流方式为接触轨侧放 授流器接触轨与道床垂直 第三轨绝缘支架及受流方式第三轨受流方式有三种 上接触式 下接触式和侧接触式 美国地铁大都采用上接触式 取流靴从上压向第三轨轨头 第三轨顶面受流 取流靴的接触力是由下作 用的弹簧的压力进行调节的 受流平稳 施工作业简便 可以在轨头上部通过支架安装不同类型的防护板 国内北 京地铁也采用此受流方式 侧接触式就是第三轨轨头端面朝向走行轨 取流靴从侧面受流 跨座式独轨车辆就采用 侧面接触式取流 其取流靴装在转向架下部 国内的重庆轻轨采用此受流方式 下接触式的第三轨的轨头朝下 通 过绝缘肩架 橡胶垫 扣板收紧螺栓 支架等安装在底座上 欧洲国家比较青睐此受流方式 下接触式的优点是防 护罩从上部通过橡胶垫直接固定在第三轨周围 对人员安全性好 利于防止下雪和冰冻造成的取流困难 但这种方 式安装结构复杂 费用较高 广州地铁四号线亦采用此方式 二 接触轨材料 接触轨材料分为两种 一种为低碳钢材质 另一种为钢铝复合材质 低碳钢接触轨的历史悠久 北京地铁1 号 2号线都采用这种接触轨 低碳钢接触轨重量大 51 36kg m 电阻率高 钢铝复合轨 顾名思义就是钢材 和铝材通过某种机械或物理方式结合而成的接触轨 的主要材料为铝材 因此它与低碳钢接触轨相比 具有重量轻 电阻小的特点 同时为了增加接触轨的耐磨性能 将不锈钢带作为接触面 这使钢铝复合接触轨的寿命可以达到50 年以上 三 四轨受电方式是除两条是列车轮轨之外 还有一条是受电轨 另一条是回流轨 电流经过第三轨 或称 受电轨 列车电动机 回流轨 回流线 变电站整流器负极 这样构成一个完整的回路 如一些使用橡胶 车轮的列车 巴黎地铁的部分列车 因回流电流不能经行走轨流回变电站整流器负极 只能增加一条回流轨 这种 受电方式的优点是牵引供电的可靠性相对较高 并且避免了对基于轨道信号系统的干扰 当然一些使用普通金属轮 轨列车受电方式也使用四轨受电方式 使供电用和行走用的轨道完全分开 例如伦敦地铁就是最大的四轨受电系统 因为带电的架空线远离乘客和行人 以及检修人员 这种架空线受电方式的最大优点是安全 由于架空线结 构较复杂 易受环境影响 所以缺点是供电的可靠性相对较低 而三轨和四轨受电系统的优点是建造成本较低 环境对它影响小 带电轨比架空线更适合小半径轮轨弯道 不妨碍城市景观 缺点是对乘客 行人和检修人员有触电的危险 因为电压不能太高 只能适应短距离乘客运输 列车速度不高 我国城市公共交通系统中 直流 600V 仅用于无轨电车的供电 北京 武汉 天津等城市的地铁采用 750V 直流 供电 上海 广州 深圳等其他城市的城市轨道交通 都采用 1500V 直流供电 第三轨优势以及存在问题第三轨优势 第三轨安装在轨道梁上 电动车辆取流靴与第三轨接触面大且对其磨损极小 采用第三轨式接触网的优点是工程易 于安装 检修方便 维护简单 寿命长 由于其单位电阻值低 因此可减少牵引变电所的数量和投资 降低能耗 据粗略调查 北京地铁运营30年 第三轨端面磨耗仅4 5mm 基本上可以做到无维修或少维修 因而也就相应减 少了维修费用 对城市轨道交通而言 运输密度大 间隔小 在夜间停运很短的时间内进行定期检修比较困难 维 修工作不均衡会造成劳动力组织的困难与浪费 因此基础设施的少维修化具有非常重要的意义 显然第三轨受流在 这方面具有优势 另外对于运营维护来说 第三轨作业不需要专门的触网作业车 这项也能够节约很大的成本投入 第三轨存在问题 从技术角度来讲 由于集电靴在高速之下难以准确地抓紧带电轨 故采用第三轨供电的线路速度不能太高 理 论上来讲 采用轨道供电系统的列车的时速上限是 160 公里 广州地铁四号线采用直线电机车辆 最高运行速度 为90km h 旅行速度不小于53 km h 最高速度达128 km h的第三轨牵引供电系统为美国旧金山的BART 湾区 快轨 其供电电压为直流1000 V 此外还存在第三轨的电流流失情况 由于带电轨道接近地面 虽然安装了整体 绝缘支架 但是和架空接触网供电相比较仍会有较多的电流流失到地面 造成杂散电流的增多 还有第三轨的缝隙 问题 在道岔处 第三轨必须留下空隙以容许其他路轨穿越其间 一般来说 列车拥有多于一个取流靴 所以空隙 不会构成什么问题 但在某些情况下 列车仍有可能因为全部的取流靴都在空隙之中 无法取得电力而不能行动 当然这是在设计阶段各专业需要沟通解决的 从运营角度来看存在的安全隐患如下 在设备抢修时 因为第三轨靠近抢修现场 而停电进行作业不太现实 若在施工过程中 工具如果误碰第 三轨 就可能造成人员伤亡 财产损失的恶性事件 总之采用第三轨供电后 在线路上进行的设备维护 施工 保 养等作业 必须在第三轨停电的情况下方可进行 特别是运营时间内的设备抢修 对于行车组织非常麻烦 停电不 合实际 不停电又存在一定的安全隐患 对于运营其他部门来讲 备用车司机 车辆检修人员进出折返线 因接触轨就在旁边 存在触电的可能性 当远动遥控线岔无法实现 需要站务人员手摇道岔接发列车时 因不可能停电 所以也存在触电可能性 大风 雨雪天气 乘客的雨伞等金属物品吹落轨道 因为金属短路 造成跳闸 武汉发生过一次乘客雨伞触碰 第三轨 等事件 而且对于乘客跳轨 物品落入轨道等事件 处理起来也相对较麻烦 当然安装屏蔽门的线路就不 会不存在此现象 BAS 环境与设备监控系统 BAS Building Automation System 是环境与设备监控系统的英文缩写 是对轨道交通各车站暖通空调 系统设备 给排水系统设备 电梯系统设备 低压配电与动力照明系统设备等车站机电设备进行全面 有效地自动 化监控及管理 进行程序自动 实时 定时 现场就地监视设备运行状态 控制开启和关停 检测环境参数 调控 环境舒适度及节能管理 采集 处理有关信息 进行历史资料档案和设备维修管理 确保设备处于安全 可靠 高 效 节能的最佳运行状态 从而提供一个舒适的乘车环境 并能在列车阻塞事故状态下 更好地协调车站设备的运 行 充分发挥各种设备应有的作用 保证乘客的安全和设备的正常运行 BAS系统的构成主要包含以下方面 1 车站BAS构成 车站BAS在车站控制室A端冗余的主PLC与车站ISCS的三层交换机进行通信 A B端 IBP盘内的PLC通过光 纤双环以太网方式相连 构成车站BAS局域网络 车站BAS采用在A端或B端设置冗余PLC方案 2 现场级控制网络构成 BAS现场级主要由PLC RI O 电源模块 通信模块设备等设备组成 传感器等现场设备通过RI O或通信模 块设备接入BAS 现场级控制网络采用冗余现场总线或光纤单环以太网 地下车站区间水泵房电控室 区间风机电控室 车站控制室IBP盘处设置非冗余的PLC 车站的A B两端环 控电控室等处设置现场操作平台 触摸屏 BAS网络系统 工业以太网络作为 BAS 系统中不可或缺的重要部分 在整个 BAS 系统中起着重要的作用 BAS 系统在以太网设 备选择上 由于受到安装环境的限制 受到网络稳定性 快速切换的设备需求 在 BAS 系统网络设计和实施过程 中均采用工业以太网设备作为 BAS 系统的网络设备 乘客信息系统 PIS 乘客信息系统 PIS Passenger Information System 是依托多媒体网络技术 以计算机系统为核心 以车站 和车载显示终端为媒介向乘客提供信息服务的系统 乘客信息系统由中心子系统 车站子系统 车载子系统和网络 子系统组成 乘客信息系统在常态下为旅客提供乘车须知 服务时间 列车到发时间 列车时刻表 管理者公告 政府公告 出行参考 股票信息 媒体新闻 赛事直播 广告等实时动态多媒体信息 在火灾 阻塞及恐怖袭击等非常态下 为旅客提供动态紧急疏散服务信息 乘客信息系统根据不同时期的实践形成以下三种不同应用方案 低端方案 不实现车地之间的实时移动传输 车 载子系统自成体系 播出不受中心或车站控制 中端方案 实现车地之间的准实时移动传输 利用列车进站或回库 的时间将事先录制好的视频信息通过无线发送给列车 待列车行驶时向旅客播放 高端方案 实现车地之间的实时 移动传输 在网络子系统中搭设用以进行列车和车站信息传输的网络 可以实时地进行车地信息 包括视音频 文 字 图形 传输 合理地使用乘客信息系统会不同程度地提升地铁运营服务形象和服务品质 自动售检票系统 AFC 自动售检票系统是国际化大城市轨道交通运行中普遍应用的现代化联网收费系统 随着自动售检票系统的启用 乘客现在可以通过各入口处的自动售票机购买电子票 目前北京 上海 广州 天津 深圳 南京等大城市的轨道 交通地铁站都广泛使用了 AFC 系统作为重要客运管理应用 简称 AFC AFC 系统实现轨道交通售票 检票 计费 收费 统计 清分 管理等全过程的自动处理 自动售检票系统通常包括自动控制 计算机网络通信 现金自动识别 微电子计算 机电一体化 嵌入式系统和 大型数据库管理等高新技术运用 设备组成 动售检票系统主要有以下几个部分组成 CC Central Computer 中央计算机 SC Station Computer 车站计算机 E S Encoder Sorter 编码 分拣机 BOM Booking office machine 人工售票机 EFO Excess Fare office machine 人工补票机 TVM Ticket Vending machine 自动售票机 Gate 闸机 进 出口检票机 CVM card vending machine 自动加值机 AFC 系统开通后增加了自助服务功能 一是在原有人工售票基础上 增设了自动购票机实现了乘客自助购票 并可减少排队等候时间 二是增加了自动查询机的数量 方便乘客自助查询 三是增设了一卡通卡自动充值机 实 现自助充值 方便乘客 AFC 系统主要由线路中央 AFC 系统 车站 AFC 系统 终端设备和车票四部分组成 终端设备包括出 入站检票闸机 自动售票机 车站票务系统 自动充值机 自动验票机等现场设备 车票有单 程票 储值票 特殊票 AFC 系统是国际化大城市轨道交通运行中普遍应用的现代化联网收费系统 随着自动售检票系统的启用 乘客 现在可以通过各入口处的自动售票机购买电子票 目前北京 上海 广州 天津 深圳 南京等大城市的轨道交通地铁站都广泛使用了 AFC 系统作为重要客运管理应用 视频监控系统 CCTV 在监控领域是闭路电视监视系统的英文缩写 其能给人最直接的视听感受及对被监控对象实时及客观的记 录 因而被当前安防领域广泛推广应用 其全称是 closed circuit television 该系统主要由前端音视频数据采集设备 传送介质 终端监看监听设备和控制设备等四部分组成 视频监控运用 传感技术 监控摄像技术 通讯技术和计算机技术等组成一个多功能智能化处理系统 根据系统所用技术及其实现的总体功能 视频监控系统经过了模拟监控系统 硬盘录像机监控系统 网络监控系 统三代的发展历程 分别呈现如下特征 模拟监控系统 全系统采用模拟信号 各个系统之间独立 存储介质为录像磁带 使用和保存成本高 特别不适 宜全时段录像 从录像存储的磁带中检索历史图像资料难度大 成本高 图像清晰度受限制 功能单一 硬盘录像机监控系统 应用计算机技术 降低了存储和历史图像检索的成本 但仍未解决连点成片的网络问题 管理性和资源共享性差 网络监控系统 采用 IP 化全数字新技术构网 系统克服了前两代的缺点 显现出如下的优势 组网和应用不受 地域限制 管理性强 图像提高了清晰度 存储成本降低 可实现的功能强 平台开放 具有智能分析功能 检索 便利等 监控系统随着通信技术发展的潮流 朝着宽带化 IP 化 移动化和智能化方向发展 地铁综合监控系统 近年来 随着科学技术的进步和计算机集成技术的发展 通过统一平台将多个地铁机电系统进行集成的设想成为了 可能 通过该系统提供的统一软硬件平台 将中央调度人员和车站值班人员所关心的监控信息汇集在一起 在功能强 大的集成软件开发平台的支持下 最终用户可通过图形化人机界面 方便有效地监控管理整条线路相关机电系统的运 作情况 该系统实现了各底层系统之间信息共享和协调互动 从而推动地铁自动化整体水平迈上了一个新的台阶 地铁的基本运营状态包括正常运营状态 夜间停止运营状态和紧急运营状态 地铁运营服务就是在这三种状态下 保 证人员和设备的安全 提供人性化服务 从而提高地铁运营管理效率 现代化的地铁运营管理要求自动化系统能提供一个可实现信息互通和资源共享的平台 综合监控系统采用通用性 好 符合国际标准或行业标准的 高可靠性的网络交换机 服务器和工控机等网络和计算机产品来构建统一硬件集 成平台 采用模块式 类似积木结构的多层软件开发平台定制应用软件 采用通用开放的硬件接口及软件通信协议 以 集成和互联的方式与各接入系统实现信息交换 最终实现对各相关机电设备的集中监控功能和各系统之间的信息互通 信息共享和协调互动功能 综合监控系统的主要功能包括对机电设备的实时集中监控功能和各系统之间协调联动功能两大部分 一方面 通 过综合监控系统 可实现对电力设备 火灾报警信息及其设备 车站环控设备 区间环控设备 环境参数 屏蔽门 设备 防淹门设备 电扶梯设备 照明设备 门禁设备 自动售检票设备 广播和闭路电视设备 乘客信息显示系 统的播出信息和时钟信息等进行实时集中监视和控制的基本功能 另一方面 通过综合监控系统 还可实现晚间非运营 情况下 日间正常运营情况下 紧急突发情况下和重要设备故障情况下各相关系统设备之间协调互动等高级功能 综合监控系统的集成平台示意如图 1 所示 地铁车辆简介 地铁车辆是地铁运输的重要组成部分 是搭载乘客的载体 它的性能直接影响到地铁运输的安全和乘客的舒适程 度 为达到上述目的 现代地铁车辆采用了很多的新技术 新材料 新设备 如电子计算机网络控制 设备运行监 测 设备故障诊断 车体采用不锈钢或铝合金材料及轻量化的整体承载结构 车载 ATC 信号 采用大功率电力半 导体器件的 VVVF 逆变直 交电传动系统 可向接触网反馈电能的再生电制动 完善的乘客信息广播系统 包括移 动电视 通风空调系统等等 地铁车辆是成列运行的 一般情况下由 4 辆或 6 辆编成一列 少数情况下 也有 8 辆编成一列的 在一列中 根据车辆的性能和特性分成组 每组的车辆彼此相邻 可以单独运行 一般情况 每列车由 2 组组成 地铁列车由电力驱动 供电电压一般有 DC1500V 和 DC750V 两种 受电方式亦有两种 一种通过接触网 架 设在空中 经受电弓引入 由钢轨回流 主要用于 DC1500V 电源 一种是通过第三轨 设在线路钢轨旁边 经受流器引入 由钢轨回流 主要用于 DC750V 电源 地铁列车的动力是分散布置的 不象国铁列车那样由机车牵引列车运行 而是将动力控制装置 电气控制系统和 牵引电动机 分散布置在一列车中的某些车辆上 共同驱动 牵引 列车运行 虽然牵引电动机是分散布置的 但 对其控制还是集中统一的 装有驱动装置的车辆称为动车 没有驱动装置的车辆称为拖车 一列由 6 辆车编组的列 车 可以由 3 辆动车和 3 辆拖车组成 简称三动三拖 也可由 4 辆动车和 2 辆拖车组成 简称四动两拖 甚 至全部由动车组成 简称全动车 地铁列车的两端设有司机室 司机室内布置有操纵 车载 ATC 信号 通信和集中控制 设备监测 故障诊断装 置等 列车的运行有自动驾驶模式 ATO 模式 ATP 速度监控下的人工驾驶模式 ATP 模式 限速人工驾驶 模式 非限制人工驾驶模式 ATP 切除模式 地铁列车 车辆 运行的最高速度 一般设计为 80km h 也有设计成 100km h 和 12