“故障—安全”综述

“故障安全”综述从中国解放开始，铁路运输一直是我国人员和物质流通的重要渠道，与公路、航空等交通方式相比较，铁路主要有以下几点优势：一是连续性强，暴风雨雪等恶劣天气下，可以正常行驶，确保全年运行。二是舒适性好，火车运行相对平稳、活动空间较大，长途时能在车上稍加活动，用以缓解疲劳。三是环保性强，随着铁路机车的更新换代，电力机车已经成为主流，大大减少尾气的排放量。四是方便快捷，火车站位置一般离市区较近，出入较方便，而且高速铁路时速比汽车和飞机还快。五是经济效益高，由于铁路运输成本相对较低，火车票价、货运价格相对较为便宜。最重要的是，相对于公路、航空等交通方式，铁路的安全性算是比较高的。但是，即使是这样，铁路事故还是频频发生。大家都知道，在2011年7月23日晚上20点30分左右，北京南站开往福州站的D301次动车组列车运行至甬温线上海铁路局管内永嘉站至温州南站间双屿路段，与前行的杭州站开往福州南站的D3115次动车组列车发生追尾事故，后车四节车厢从高架桥上坠下，造成40人死亡，约200人受伤。经过调查，认定导致事故发生的原因是：通号集团所属通号设计院在列控中心设备研发中管理混乱，通号集团作为甬温线通信信号集成总承包商履行职责不力，致使为甬温线温州南站提供的型列控中心设备存在严重设计缺陷和重大安全隐患。国家铁道部在型列控中心设备招投标、技术审查、上道使用等方面违规操作、把关不严，致使其在温州南站上道使用，当温州南站列控中心采集驱动单元采集电路电源回路中保险管F2遭雷击熔断后，采集数据不再更新，错误地控制轨道电路发码及信号显示，使行车处于不安全状态。上海铁路局相关作业人员安全意识不强，在设备故障发生后，未认真正确履职，故障处置工作不得力，未能起到可能避免事故发生或减轻事故损失的作用。铁路是“国民经济大动脉”，但是铁路安全更是铁路运输的生命线，是运输生产永恒的主题，铁路运输安全不仅影响着企业本身的生产效率和经济效益，也会对社会和经济造成重大影响。很明显在7.23事故中，信号设备出现故障，出现故障的信号设备应立即导致信号机显示红灯禁止信号，而不应该显示其他信号，如果当时列控中心故障后使信号机显示红灯安全侧，7.23事故很有可能避免发生。可见在铁路运输中，引入“故障安全”的原则是必然的，而且也是非常重要的。在中华人民共和国铁道行业标准TB/T2615铁路信号故障-安全原则里，对“故障导向安全”做出了明确的定义，即“故障以后导向安全”。具体指铁路行车要求铁路信号设备在发生障碍、错误、失效的情况下，应具有导致减轻以至避免损失的功能，而且要求以特殊的方式做出反应，以确保行车安全。安全是铁路运行的第一标准，“故障安全”技术是铁路信号安全技术的核心和特点，铁路信号安全技术是以“故障安全”为中心逐步发展和完善起来的。铁路信号所有系统都必须按照“故障导向安全”的根本安全原则进行设计，无论是线路、车辆、电气化、通信信号等任何一个环节、任何一个点上检测到问题时，系统都必须能够按照这一设计原则，采取自动导向安全的应对措施，以免不必要的事故发生。随着可靠性理论的发展，促使对故障的分析也建立在了概率论的基础上，进而揭示了“故障安全”也应是一个具有概率特性的概念。但是，客观上可靠度为百分之百的信号设备是不可能存在的，也就是说设备发生故障是不可避免的。因而，对“故障安全”要求应该能够从技术上得以实现，用安全保障技术来提高设备系统的可靠性，以最大限度地降低或减少事故的发生。在我国传统铁路信号控制系统中，实现“故障安全”的措施主要有如下几点。(1) 安全侧分配法：对涉及行车安全的信号器件或设备，选取安全或相对安全的状态为安全侧，故障以后导向安全侧。例如，信号机的关闭状态为安全侧，道岔以维持现有的密贴状态为安全侧。(2) 排除法：利用自然法则或特殊材质制造非对称性信号器材，或利用特殊结构电路，排除一些故障。例如，最典型的就是利用重力法原理和不粘连材质的接点构成安全型继电器。当发生断电故障时，靠衔铁及重锤片的重力，使继电器可靠落下，这样，保证继电器故障落下的概率远远大于故障吸起的概率。电路设计时，采用安全对应原则，用继电器的吸起状态对应设备的危险侧，而用继电器的落下状态对应设备的安全侧。(3) 闭环法：利用闭环原理使电路或设备形成完整系统，并具有自监测功能，以便及时发现故障。(4) 联锁法：利用逻辑处理及时发现故障，并使单个故障能导向安全状态。例如，站内轨道电路发生瞬时分路不良或短路故障的可能性较大，所以，车站联锁中采用三点检查法，要求前方区段解锁、本区段占用并出清、下区段占用三个条件都具备，才能正常解锁本区段。利用延时解锁来防止轨道电路瞬间分路不良。(5) 防错办技术：在有人介入的系统中，减少或防止操作失误，或操作失误也能使系统处于安全状态。例如，继电联锁中，操作采用双按钮制，涉及安全的按钮采用加铅封或计数。(6) 故障弱化技术：当设备或系统发生局部故障时，某些功能有所减弱，但在整体上仍能维持使用。例如，灯光转移或降级显示等。(7) 冗余技术：通过提高设备或系统的可靠性来减少故障。例如，设备或系统的热冷备、三取二、二乘二取二、轨道区段的双跳线、自动闭塞接收设备的N+1 和信号灯的双灯丝等。(8) 多重化技术：利用多套软件或硬件，实现数据比较和正确性检查，控制危险侧输出。例如，计算机联锁主机的三取二或二乘二取二系统。除了以上几种故障-安全措施外，在铁路信号系统中也有使用故障检测与诊断技术、故障恢复技术、过程控制等技术。【故障检测与诊断技术：利用检测与诊断技术及时发现故障并定位故障，有利于及时排除故障。可以采用设备或系统的自检测，联机检测和脱机检测。故障恢复技术：在检测出和定位故障后，最快排除故障，使系统迅速恢复工作。例如，采用插拔式继电器、插接式连接、带电插拔和轨道停电恢复等。过程控制技术: 对系统和设备研发的过程进行控制。例如，安全性评估、安全性认证和测试审查等】。现代铁路信号系统，在延用传统的“故障安全”技术的基础上，利用新科技又提出了一些措施，来实现现代信号系统的“故障安全”特性。例如，采用各种可靠性技术和避错、容错技术；根据铁路信号的要求制定完整而又详细的标准；加强过程控制、故障检测和系统测试等。这类先进的安全保障技术的研制与采用，既包括对人为操作可能酿成事故的保护，也包括对各种自然灾害的监测与预防。“故障导向安全”更是铁路智能化发展的前提和导向。现代列车智能化程度越来越高，车上设置的各种检测传感器有1000多个，当列车检测到故障信号后，会立即启动应急响应，自动降速直至停车。这一点，从武广、郑西、京津等已经运行的高铁来看，有时旅客违反规定在车厢抽烟，都会引起列车火灾监测报警，导致中途停车。这样高可靠、高灵敏的故障导向安全保障体系目的就是有效阻止事故蔓延，虽然会给旅客出行带来一些影响，但却能从根本上避免列车事故的发生