城市轨道交通信号系统的安全性

城市轨道交通信号系统的安全性

摘要

1.简要介绍城市轨道交通信号系统

①设备

2.简要分析影响信号系统安全性的因素（RAMS）②系统

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）

引言

人事档案

时间：1988年12月12日

地点：伦敦以南的克拉普汉姆中转站

、注：图只是效果

事件：载有多名乘客的普勒列车撞上了载有名乘

500900具,其安全性.图并非此事件图

客的

大;星巴斯托克列车的尾部，并转而撞向了第三辆刚到的空车全、正点、快捷、舒适、高

调查机构：英国安全运输局

密,事故原因：信号箱出现了一根松散的电线，那是因为信号t通系统中有着举足轻重的

部门技师疏忽，这根电线未被束起，它带着电，碰到那个

地，本应该远离的接头时就把电直接传给了信号灯，所以信号£和重要。

灯变绿，这个失灵的信号灯你，引导者普勒列车奔向悲剧

正I的终点

1.简要介绍城市轨道交通信号系统

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。

图i-i

信号机

设备部分②继电器

③转辙机

④轨道电路

⑤联锁设备

（信号机、转辙机、轨道电路是⑤的检测设备）

⑥其他设备

其中信号基础设备包括：

其中联锁设备组成如图2-2所示

控制台及表示盘

联锁设备

图2-2

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.简要分析影响信号系统安全性的因素及解决安全问题采取的措施

总体来说，影响信号系统安全性的因素如图3-3所示：

信号系统RAMS

安全性可用坦—

_j

।

系统条件操作条件维修例

|技术特点|［百境瓦素,|人为因案|；加序］后勤人为因素|CUZS

内在干扰外在干扰I仄为失证:人胖「眄性推修j,女性推修

［系理失效|随机故障\定时维修状况伯黑修

［病而置蔽I

模式

操&

•需求上的错误

环

造

•设计与实腌上的不,成

成力

的化

•生产上的缺陷退•判断

磨

应

力

•潜在蜴点报•非自动

过•自动化

•软件上的播误号

•操作规程不足等

•规程中的缺陷

•人为失误

图3-3

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、灯丝断图3.1-3

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、安一一_

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“故障一安全”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图工3-3以延长

转辙机寿命；采用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SOOK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

图3.4-3

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“故障一安全”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）

联锁该备: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果比较的

多机并行处理，即“一硬二软结构和一软多硬结构”Q

案例:典型的计算机联锁如图4-4

1.国内计算机联锁系统

双机热备型3取2型2取2型

①TYJL-II型①TYJL-y9型①ET32-JD型

②TYJL-dcC型

②DS671型②DS6-K5B型

③JD-1A型、计算(3)DS6-20型③iLOCK型

图4-4

O___

德国SIMIS系统瑞典英国SSI固态联

EB11.统

图4-4

计算

统

其麴虎备：培训中心£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

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。

月窗子系统：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；大明宫西站一一市图书

馆站正向进路和北苑一一运动公园、大明宫西一一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，此故隧原因为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

由原升级至版本，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

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.简要分析信号系统与其他系统的相互影响及总结

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杰。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，系统之间的关联性要求每个系统的RAMS都要很高

这样城轨整个系统才能安全高效的运行。

注：

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，

故障一安全: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：

"Eliminatingdangerbycompensatingautomaticallyforafailureormalf

jnction”即通过对故障进行补救以消除危险。EN标准中FailSafe的定义

是：

"Aconcoptwhichisincorporatedintothcdcsignofap