地鐵列車制動緩解旁路電路的改進

郭紫林，周述良

(1.西南交通大學 電氣工程學院，成都 610031;2.成都電子機械高等專科學校 通信工程系，成都 610071)

地鐵列車牽引控制電路故障，特別是與列車牽引信號有關的關鍵繼電器和線路的故障，引發了30分鐘以上行車大間隔事故和列車救援事故的發生，嚴重影響了正線運營。分析其故障原因，有繼電器觸頭阻值不穩定、繼電器卡滯、模塊電源供電不穩定、連接器故障和軟件設計缺陷等等，但繼電器故障居多。現有的地鐵列車上大都設有相應功能的旁路開關，可以通過旁路開關解決一部分繼電器故障問題，在旁路開關失效情況下，列車無法動車，一般都會發生救援事故。

1 問題的提出

制動緩解包括空氣制動緩解和停放制動緩解，作為列車運行的基礎條件，當制動緩解控制電路故障時，可以通過既有的制動緩解旁路開關旁路各類制動，使得列車收到制動已緩解的信號。但制動緩解旁路開關功能失效時，地鐵列車無法收到制動已緩解信號，列車無法正常運行，必然導致救援事故發生。以深圳地鐵1號線為例，深圳地鐵1號線自開通以來多次發生因為繼電器故障，導致無法動車甚至救援事件發生的情況。

2008年8月，101車司機在竹子林-車公廟上行區間報，列車動車后啟動聯鎖屏紅色，列車自動運行(ATO)推薦速度70 km/h，但ATO/SM(列車自動運行/監控人工運行)模式只能運行到10 km/h，空氣制動閃紅。決定實施救援，但在救援隊未到達前列車自行運行到竹子林備用線。最后查明為5號車1位轉向架制動壓力開關故障導致02K52吸合故障，引起列車制動緩解監控環線無法得電以及制動緩解燈不亮，封鎖牽引。

2009年3月，117車因為空開斷開引起02K51失電，此時停放制動緩解繼電器02K51和停放制動施加繼電器02K50同時失電，同時停放制動緩解和空氣制動緩解都不能正常反饋，列車無法動車。

廣州地鐵1號線和其他地鐵公司也多次發生類似情況，因此研究在制動緩解旁路開關失效情況下，通過改進后的旁路電路達到動車目的，最大可能地避免救援事故發生就顯得很有必要了。

2 基本原理

所有制動已緩解指示燈只有在停放制動緩解環路已經建立、空氣制動也已緩解、所有制動緩解繼電器線圈得電使得相應觸點閉合后，才能點亮?？諝庵苿泳徑猸h路貫穿整列車，其未緩解而啟動列車會引起空氣制動啟動聯鎖導致無法動車?？諝庵苿泳徑猸h路建立時，非操作端司機室繼電器觸點閉合接入110 V電壓，經過已經形成的空氣制動緩解環路到達操作端司機室，通過繼電器閉合的觸點，使得所有制動緩解指示燈點亮。以深圳地鐵一號線為例，其空氣制動緩解電路邏輯梯形圖如圖1所示。

圖1 空氣制動緩解邏輯梯形圖

圖1中，只有在1、2位轉向架壓力均小于0.8 Bar情況下，繼電器02K52、02K58線圈才會得電;通過司機室的軟鍵也可以使得所有制動緩解旁路繼電器02K54得電，空氣制動緩解環路形成;在閉合旁路開關02S14時，列車線21149得電(此時所有制動緩解指示燈02H02無法閃亮)，列車空氣制動緩解，均可繼續動車。

圖2 停放制動緩解邏輯梯形圖

停放制動施加時制動力由彈簧提供，停放制動緩解時由壓縮空氣緩解，施加和緩解也可通過停放制動壓力實施，當停放制動缸壓力小于3.5 Bar時停放制動自動施加，當停放制動壓力大于4.5 Bar時停放制動才能被緩解，停放制動施加和緩解還可通過操作人員人工操作相關按鈕實現。以深圳地鐵1號線為例，其停放制動緩解邏輯梯形圖如圖2所示。

圖2中，只有停放制動缸壓力正常時，繼電器02K51線圈才會得電;通過司機室軟鍵可以直接使繼電器02K55線圈得電，建立停放制動緩解環路;也可以通過閉合旁路開關02S10，使得列車牽引線20417得電，均可繼續動車。

3 存在的問題

列車只有在所有制動已經緩解的情況下，才能動車運行，空氣制動緩解環路未建立而動車就會有空氣制動緩解聯鎖。以深圳地鐵1號線為例，空氣制動緩解環路中主要元件故障存在的風險如表1所示。

表1 空氣制動緩解環路主要元件故障存在的風險

表2 停放制動緩解環路主要元件故障存在的風險

列車只有在停放制動已經緩解的情況下，才能動車運行，停放制動緩解環路未建立而動車就會有停放制動緩解聯鎖。以深圳地鐵1號線為例，停放制動緩解環路中主要元件故障存在的風險如表2所示。

4 解決方案

在列車司機室設備柜前面板增設一個開關02S88。列車由于空氣制動和停放制動旁路開關故障造成制動無法緩解時，扳動增設的開關02S88，使得所有制動緩解環路和緊急制動緩解環路得電，繼續動車。因為緊急制動也是行車的一個必要條件，所以緊急制動經常跟空氣制動和停放制動一同考慮，在此次改進中就充分考慮了這個因素。改進后的線路如圖3、圖4所示。

圖3 空氣制動、停放制動緩解改進線路圖

圖3中，新增線路采用與原有線路并聯的方式，02S88觸點1/2、3/4兩組觸電同時閉合方可使得所有制動緩解列車線21149得電，實現緩解所有制動的目的，但此時所有制動緩解列車燈02H02不亮。此處新增線路未引入高壓危險，風險安全可靠。

圖4中，新增線路采用與原有線路并聯的方式，02S88觸點5/6、7/8兩組觸電同時閉合，在有選定的方向信號和列車自動控制(ATC)系統正常/APT被切除時，實現緩解緊急制動目的，二極管02V74阻止了20312線的反向電流。此處新增線路未引入高壓危險，風險安全可靠。

圖4 緊急制動緩解改進線路圖

5 結語

靜態調試、試車線跑車和正線運營中，此次改進均未對現有線路造成影響，能達到緩解制動目的。但執行此操作必須在按照地鐵列車故障處理指南要求處理無效，列車到站清客完畢后，力求最大可能避免30分鐘以上行車大間隔事件和救援事故發生的情況下。此操作執行后司機需加強警惕，注意觀察，與行車調度中心時刻保持聯系。

地鐵列車自動化程度高，對整個系統的RAMS(安全性、可靠性、可用性和可維護性)要求高，不可能完全消除由于繼電器故障帶來的事故，只能盡最大可能地降低。在滿足RAMS規范前提下，充分考慮司機既有操作習慣，對關鍵繼電器和既有旁路開關以及對相關器件進行旁路操作，依靠列車自身動力以最快速度駛離正線，確保正線運營的通暢。

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