城市轨道交通信号系统的安全性

1 城市轨道交通信号系统的安全性 摘摘 要要 1 简要介绍城市轨道交通信号系统 2 简要分析影响信号系统安全性的因素 RAMS 3 简要阐述解决安全问题采取的措施 与第二点穿插阐述 4 简要分析信号系统与其他系统的相互影响 5 总结 与第四点融合阐述 引引 言言 城市轨道交通系统作为大容量公共交通工具 其安全性直接关 系到广大乘客的生命安全 信号系统作为保证列车安全 正点 快捷 舒适 高密度不间断运行的重要技术装备 在城市轨道交通系统中有 着举足轻重的地位 因此 信号系统的安全性就显得尤其关键和重要 正正 文文 1 简简要介要介绍绍城市城市轨轨道交通信号系道交通信号系统统 信号系统包括信号设备 联锁设备 闭塞设备三部分 如图 1 1 所 设备 系统 失事档案 时间 1988 年 12 月 12 日 地点 伦敦以南的克拉普汉姆中转站 事件 载有 500 多名乘客的普勒列车撞上了载有 900 名乘客的 星巴斯托克列车的尾部 并转而撞向了第三辆刚到的 空车 调查机构 英国安全运输局 事故原因 信号箱出现了一根松散的电线 那是因为信 号部门技师疏忽 这根电线未被束起 它带着电 碰到 那个本应该远离的接头时就把电直接传给了信号灯 所以信号灯变绿 这个失灵的信号灯你 引导者普勒列 车奔向悲剧的终点 注 图只是效果 图并非此事件图 片 2 示 轨道交通信号设备指挥列车运行 连锁设备保证轨道交通车站 包括车辆基地 列车运行的安全 闭塞设备则是保证区间列车运行安 全的专门装置 设备部分 其中信号基础设备包括 其中联锁设备组成如图2 2所示 联锁设备 信 号 控 制 信 号 表 示 道 岔 控 制 道 岔 表 示 进 路 控 制 进 路 表 示 图 2 2 图 1 1 信号机 继电器 转辙机 轨道电路 联锁设备 信号机 转辙机 轨道电路是 的检测设备 其他设备控制台及表示盘 3 系统部分 列车自动控制系统 包括列车自动防护系统ATP 列 车自动监控系统ATS 列车自动运行系统ATO 2 简简要分析影响信号系要分析影响信号系统统安全性的因素及解决安全安全性的因素及解决安全问题问题采取的措施采取的措施 总体来说 影响信号系统安全性的因素如图3 3所示 详细及重点分析如下 设备部分 信号机 如图3 1 3 目前城市轨道交通采用的 信号机主要采用发光二极管半导体发光器件作为 光源 因此在选择发光二极管半导体发光器件时 应该考虑安全问题 除材料外还有窜光 灯丝断 裂 点灯冲击电流等安全隐患 解决办法 选择材料器件时应该满足轨道交通RAMS标准 而选 信号系统 RAMS 图 3 3 图 3 1 3 4 择组合式色灯信号机或者透镜式色灯信号机能够有效避免窜光问题 LED色灯信号机可以消除灯丝突然断丝和点灯冲击电流等问题 信号 机电灯电路是安全电路 设计电路时既要考虑断线保护 又要考虑混 线防护 信号机电灯电路断线即要灭灯 信号机电灯电路要具有灯丝 报警电路 继电器 如图3 2 3 它在电路中起着自动调节 安 全保护 转换电路等作用 信号继电器室组成信号系 统的基本器材 必须符合 故障故障 安全安全 准则 即当设备 器材 元件发生故障时 其后果必须是导向安全侧 除此之外还有在继电器所处的环境温度下 对于所承 受的电流来说如散热不良 会损坏输出半导体器件 由于交变的dv dt 问题 会有半周波动等 解决方法 当控制信号机开关的灯丝继电器故障时 一定只能导 致信号机点红灯 强制停车 散热不良时应使用较大的或更有效的散 热片 有半周波动时采用缓冲器是有帮助的 转辙机 如图3 3 3 它的基本任务是转换道 岔 锁闭道岔和反映道岔的位置和状态 它存在 的安全隐患有由设置整流子而引起的故障 由挤 切销劳损造成的惯性故障等故障 解决方法 采用交流三相电动机可从根本上 解决整流子而引起的故障 还可以提高寿命 采 用直径32mm的滚动珠丝杠作为驱动装置可以延长转辙机寿命 采用 图 3 2 3 图 3 3 3 5 具有簧式挤脱装置的保持联结器 并选用不可挤型零件 从根本上解 决了由挤切销劳损造成的惯性故障 采用多片干式可调摩擦联结器 经工厂调整加封 使用中无需调整 多选用S00K型电动转辙机 轨道电路 如图3 4 3它是以列车运行线路的两根铁轨作为导体 两端加以电气绝缘或电气分割 并接上送电和 受电设备构成的电路 既然是电路必定会有电 源 负荷 因此存在负荷过大的安全隐患 某些 交流电路还会存在相位偏差 相邻钢轨之间会有 联系导致 串音 现象 在道床条件恶劣时 会发 生 红光带 及 压不死 现象 钢轨损坏引起的短路问题等 解决方法 采用抗电器可以保护电源设备不因过负荷损坏 并保 证在列车占用轨道电路是 轨道继电器能可靠落下 还能调整相位 钢轨绝缘可以分隔相邻轨道电路 从电的方面加以绝缘 但它们仍可 通过地面联系 改善轨道条件 改进电路 提高检测信息的差别等可 以有效改善 红光带 及 压不死 现象 轨道电路设计原理 故障 安 全 能够有效防止由钢轨损坏引起的安全问题 采用数字无绝缘轨道 电路可提高轨道电路的可靠性 联锁设备 联锁设备经历了以下几个阶段 机械联锁 电机联锁 继电联锁和计算机联锁 但是前几项技术都不能满足地铁运营要求 存在很多安全隐患 因此国内地铁正线均采用计算机连锁 提高联锁设备安全性和可靠性的措施 利用冗余技术 使其自身 构成容错控制系统 采用有结果比较的计算机2次处理和采用带有结 图 3 4 3 6 果比较的多机并行处理 即 一硬二一硬二软结软结构和一构和一软软多硬多硬结结构构 案例 典型的计算机联锁如图4 4 其他设备 培训中心设备是使维修人员学会ATC系统运作原理 设备性能 故障识别及排除模拟设备 这是保证信号及整个城规系统 安全可靠运行的前提 维修中心设备 是检测监视各种设备是否正常 运行的设备 这是预防安全隐患发生的手段 系统部分 ATP子系统 ATP设备故障包括ATP地面设备故障及车载ATP设 备故障 常存在的安全隐患有 以北京5号线为例 ATP机柜内部有虚 1 国内计算机联锁系统 2 国外计算机联锁系统 双机热备型3 取 2 型2 取 2 型 TYJL II 型 DS6 11 型 JD IA 型 TYJL TR9 型 TYJL ECC 型 DS6 20 型 EI32 JD 型 DS6 K5B 型 iLOCK 型 德国 SIMIS 系统瑞典 EBILOCK850 型计算机联锁 系统 英国 SSI 固态联 锁系统 图 4 4 图 4 4 7 接 接触不良现象 造成多普勒无效 APR无效 不同步 89138914等 故障 BIDI无线控制器 液晶触摸屏 比较脆弱容易发生碎裂现象 PIC MIES IVL MRBP等模块 故障率较高多普勒雷达 设备本身故 障率较高 经常导致故障 解决办法 以上设备故障由于目前科技技术的限制还未能得到有 效地解决 因此利用好 故障 安全 原则是很有必要的 当故障发生时 就采用系统局部故障的降级使用 ATS子系统 ATS设备故障包括ATS工作 站故障 中心的ATS设备故障 车站ATS设备 故障以及ATS子系统的故障降级顺序 常存在 的具体故障有 以西安二号线为例具体说明 此故障表象为列车在正线运营时 部分轨道占 用信息不正常 列车占用轨道后ATS 工作站 仍显示绿色进路锁闭状态 大明宫西站 市 图书馆站正向进路和北苑 运动公园 大明宫西 龙首原反向进 路无法实现ATS 进路自动排列等问题 解决方法 通过故障现象和日志分析 此故障原因为ATS 系统中 负责中央服务器与站级工作站之间通信的进程故障造成 CTC 进程 异常影响中央和站级设备无法做到数据同步传输和效验 轨道锁闭信 息 列车占用信息 轨道解锁信息无法实时传递 彻底消除故障须将 原有ATS 软件配置包由原L2 CFG 3 2 0 b 升级至L2 2 3 3 c 版本 解 决CTC 进程故障和服务器故障进程无法自行进行切换问题 通过故 西安二号线运营路线 8 障现象和日志分析 ATS 系统存在服务器上进程通信模块在处理数 据时发生错误 造成了ATS 部分进路不能通过预检查 影响市图书 馆联锁区部分进路无法进行自排 进程错误可能存在原因为服务器通 信模块在进行处理运算处理时进入运算死循环 但服务器切换模块未 检测到模块故障 服务器未进行自动切换 总体来说 解决方法就是 要认真分析故障现象和日志 并上系统局部故障的降级的使用这样才 能保证安全和可靠 ATO子系统 ATO为非安全系统 它主要负责保证列车高质量运 行水平 当其发生故障时 列车会产生制动并报警 列车停车后人工 或自动转换成ATP监督下的人工驾驶模式运行 3 简简要分析信号系要分析信号系统统与其他系与其他系统统的相互影响的相互影响及及总结总结 保证信号系统的安全性可以从设备 设计 电路三方面着手 信号系统中的安全 关键设备 指那些一旦有故障可引起撞车 脱轨等危险情况发生的设备 应采用严格隐患分析或其它分析方法 来进行鉴定 信号系统设计要基于认可的安全分析和审核程序 并执行故障 安全设计原则 单个故障不能产生非安全输出 号系统中所有冗余的 车载 轨旁设备单元应采用热备方式 单个设备故障时 系统应不受 影响保持正常工作 从而确保系统的安全完整性 所有安全 关键的电路 系统应经过严格的测试与认证 以保证 它们在发生故障时可回到安全状态 设计应依据最大程度降低故障发 生的可能性来执行 例如采用错误检测 看门狗 电路 动态逻辑 合 9 理性检查和周期性复查等 但实践证明 绝对不发生危险侧故障是不可能的 只能采取措施 使危险侧故障发生的概率尽可能小而已 实际上 系统和设备的 RAMS是密切相关的 采取冗余措施对于提高系统RAMS是很有效的 八大系统组成了城市轨道交通系统 列车平稳地运行要靠八大 系统安全的运行 信号系统作为城规系统中的安全系统任重而道远 然而其安全的运行也离不开供电系统给予的安全平稳的电流 离不开 环控系统为其提供舒适安全的环境 离不开给排水消防系统为其预防 危险的灾难 因此 系统之间的关关联联性性要求每个系统的RAMS都要 很高 这样城轨整个系统才能安全高效的运行 注 注 RAMS 可靠性 Reliability 可用性 Availability 可维护性 Maintainability 和安全性 Safety 简为RAMS RAMS 是系统长 期工作的特性 它是在系统的寿命周期内 通过对工程概念 方法 工具和技术的应用获得的 系统的RAMS 可用质量和数值来表示系 统 子系统或组成系统部件的性能程度 它是系统可靠性 可用性 可维护性及安全性的组合 故障故障 安全 安全 故障 安全技术诞生于信号系统发展初期 它是一种安 全技术 强调的是当器件 部件和系统发生故障时不产生危险侧输出 的技术 在大英词典中的解释是 10 Eliminating danger by compensating automatically for a failure or malfunction 即通过对故障进行补救以消除危险 EN 标准中Fail Safe 的定义是 A concept which is incorporated into the design of a product such that in the event of a failure it enters or remains in a safe state 一硬二一硬二软结软结构和一构和一软软多硬多硬结结构 构 关关联联性性 是指组织体系的要素 既具独立性 又具相关性 而具各要素 一软多硬结构示意图 一软二硬结构示意图 11 和体系之间同样存在这种 相互关联或相互作用 的关系 参考文献参考文献 1 CENELEC prEN50126 1999 Railway Applications The Specification and Demonstration of Reliability Availability Maintainability and Safety S 1999 2 严云升 铁道机车车辆电子产品的RAMS J 机车电传动 2003 6 1 3 陈蕾 城市轨道交通引入RAMS 管理的必要性 J 城市轨道交通研