地鐵車輛緊急制動旁路開關可行性研究

許 晶

地鐵車輛緊急制動旁路開關可行性研究

許 晶

摘 要：結合杭州地鐵2號線列車運行實例，對地鐵列車加裝緊急制動旁路開關的可行性進行分析，闡述了合理設置和使用緊急制動旁路開關對列車安全保護性能的影響。

關鍵詞：地鐵列車；緊急制動；旁路開關

許 晶：杭州地鐵集團運營分公司，工程師，浙江杭州 310018

1　研究背景

杭州地鐵2號線采用南車浦鎮車輛廠生產的B型電客車，采用架控式電空混合制動系統，該車于2014年3月在杭州2號線投入試運行，試運行第2天就發生1起因緊急制動無法緩解的列車故障，故障原因為緊急制動繼電器觸點燒損，引起緊急制動環路失電（圖1），列車緊急制動停車后無法正常緩解，由于緊急制動環路涉及的線路和電氣元件較多，列車控制系統無法診斷出具體的故障點，故障發生后乘務人員難以快速判斷和處理，只能請求救援，嚴重干擾運營秩序。通過分析，如果在列車上合理設置緊急制動旁路開關，乘務人員可大幅縮短對故障的判斷和處置時間，通過操作旁路開關來快速實現列車維持動車，從而避免救援，減少對正線運行秩序的影響，該旁路開關是否可行，關鍵在于對其安全性的論證。

2　解決方案

對于不明原因引起的緊急制動無法緩解問題，為實現快速處理，可以在緊急制動回路中引入一個旁路開關，即設置可以模擬緊急制動環路正常的并聯電路，通過操作旁路開關接通電路可實現對故障點的隔離，隔離電路見圖2。

圖1　緊急制動環路局部電路圖

由圖2可見，實現緊急制動旁路的電路設計相對簡單，我們在電路中加入了緊急制動旁路接觸器（EBBK），通過接觸器的3個常開觸點實現了對緊急制動接觸器的旁路功能。這樣如果緊急制動環路因故出現緊急制動后，可以通過操作圖2中的緊急制動旁路開關（EBBS）使緊急制動繼電器（EBBK）得電，進而實現對緊急制動的旁路功能，使列車得以正常緩解，并能維持運行，從而避免發生正線救援。

圖2　緊急制動隔離電路圖

3　可行性分析

緊急制動旁路的可行性主要是基于安全方面的考慮，為論證操作旁路后列車運行的安全性，首先要了解一下緊急制動的觸發因素，即安全保護點，緊急制動大致有3個觸發源：一是ATP觸發；二是列車控制系統觸發；三是人為觸發和緊急制動環路失電觸發。

3.1緊急制動旁路對ATP系統安全性的影響

ATP觸發列車緊急制動是基于信號系統對列車自動駕駛時各種安全監控保護的要求，如超速（指超過ATP設定的限制速度）、后溜、車載ATP故障等。如果操作緊急制動旁路，ATP發出的緊急制動指令將失去作用，因此，如果操作緊急制動旁路開關需要終止列車自動駕駛，轉入人工駕駛，令司機從主觀上不再依賴對信號設備的安全保護功能，人工駕駛時遇突發情況可以通過操作緊急制動按鈕來實現緊急停車，從而消除自動駕駛帶來的安全風險，因此，在電路設計上考慮到緊急制動旁路后緊急制動按鈕需要保持仍然有效，可在緊急制動旁路接觸器前接入緊急制動按鈕（EMPB）的常閉觸點（圖2），當緊急制動按鈕按下時緊急制動旁路接觸器失電，緊急制動旁路作用消除。另外，在超速方面，操作緊急制動旁路后列車控制系統會設定列車限速至40 km/h，低于正常的地鐵線路限速，基本避免了超速問題。

圖3　Tc車DIMe數字量輸入模塊接口圖

3.2緊急制動旁路對列車控制系統的影響

操作緊急制動旁路開關同樣會使列車控制系統觸發的緊急制動失去作用，列車控制系統需要保護的安全環節有4項：一是超速（指超過列車最高限速，通常為86 km/h）；二是站臺60 m內發生車門緊急解鎖；三是制動力施加不足（指制動力輸出低于預期達到的減速效果）；四是總風壓力低于5 bar。對于以上4點的解決方案，同樣是通過列車控制系統，在操作緊急制動旁路后給列車設置一定的限速，限速等級應考慮不高于正線線路限速的最低標準，通常設置為不高于40 km/h為宜，超過限速，列車將進入惰行，這樣列車始終保持相對低的運行速度，為達到限速運行的目的，在電路設置上需要將緊急制動旁路信號送到列車控制系統數字量輸入模塊（DIMe），如圖3所示，用以實現列車控制系統對操縱該旁路開關的識別功能，進而達到限速目的。

對于限速設置的合理性，我們可以做如下分析，當列車處在正常狀態，最高運行速度80 km/h時，在超載（AW3）情況下緊急制動距離不大于215 m，當操作緊急制動旁路開關后，列車以最高40 km/h的限速運行，如遇突發情況，司機采用常用制動停車，常用制動平均減速度≥1.0 m/s2，依此計算，采用常用制動的制動距離不大于62 m，遠小于在高速情況下的緊急制動距離，可見通過這樣的設置可以保證列車不會發生意外超速問題，同時將列車控制在較低的運行速度，可以解決超速和制動力不足帶來的安全影響。

對于因為動車60 m內操作車門緊急解鎖引發的緊急制動，在故障處置原則上，要求一旦操縱緊急制動旁路開關就采取到站清客，這樣可以消除對乘客造成的安全影響。對于風壓不足導致的緊急制動，從安全方面考慮，一方面通過人工駕駛加強監督，為此，在緊急制動旁路中設置了1個提醒用的蜂鳴器（圖2中EBBZ），實時提醒司機關注風壓變化；另一方面在列車自身的安全設置方面，當4個以上轉向架風缸壓力不足時牽引系統將實施牽引封鎖，列車喪失動力。因此，通過以上措施加之列車自身對牽引使能的邏輯保護關系，操作緊急制動旁路對列車控制系統安全保護作用的影響也可以有效化解。

3.3緊急制動旁路對其他列車安全保護性能的影響

人為原因或環路失電導致緊急制動主要有6個方面的觸發源：一是人工駕駛模式下，未按下司機操縱手柄上的警惕裝置超過3 s；二是按下緊急制動按鈕；三是列車高速運行時，方向手柄回到0位；四是列車分離；五是緊急制動電氣列車線環路中斷或失電（緊急環路硬線中斷）；六是DC110V控制電源失電。

對于人為失誤導致的觸發源，在操作緊急制動旁路后，主要以蜂鳴器的形式提醒司機注意駕駛，蜂鳴器并聯在緊急制動旁路接觸器兩端（圖2），操作緊急制動旁路后會持續鳴響，用以達到與操作警惕裝置同樣的警示作用。另外，在故障處理原則上，列車維持運行至終點站或存車線后將立即退出服務，這樣嚴重的人為操縱失誤應該是可以避免的。對于緊急制動按鈕導致的制動停車，由于是人為保護措施，緊急制動旁路后該項功能仍然會保持有效，以維持人工駕駛模式下對列車的保護作用。

對于列車分離和DC110V控制電源失電等嚴重故障原因導致的緊急制動，從電路邏輯關系上可以判斷是基本不受緊急制動旁路影響的，如列車發生脫鉤等情況，除發生緊急制動外還會伴隨著降弓、休眠等動作。因此，緊急制動旁路的設置不會影響列車解體后的安全保護作用，換言之，緊急制動旁路功能并不會擴大列車解體帶來的安全影響，DC110V控制電源失電基本同理。

對于構成緊急制動環路的線路或電器元件故障導致的環路失電（即緊急制動接觸器EBK失電），緊急制動旁路開關會發揮其旁路作用，以維持列車繼續運行。從安全性方面講，旁路這些電氣線路及元件對列車安全運行并不構成直接影響，只會間接影響到列車某些保護功能的檢測和發揮，而本文對這些影響已逐一進行了闡述，因此，緊急制動旁路在用于處理電氣線路及電器元件時亦不會有安全性方面的影響。

3.4對運營效率的影響

當列車因不明原因發生緊急制動，并無法正常緩解時，如沒有緊急制動旁路開關，司機通常會請求救援，救援過程將直接導致2列車清客，并至少造成20 min以上的延誤。另外，為避免行車安全風險，兩車連掛后通常的行車限速控制在30 km/h以內，這樣的救援過程對于后續列車的影響還將繼續擴大，因此，列車救援在各地鐵運營線路中都是作為影響運營效率的重要指標予以嚴格控制的。

從各地鐵的列車故障案例看，制動不緩解是導致列車救援的重要原因之一，通過適當加裝旁路開關來避免故障救援已成共識。加裝緊急制動旁路開關可消除緊急制動安全環路故障等因素導致的緊急制動不緩解問題，可大幅降低因此帶來的列車救援概率，通過操作旁路開關可以將司機處理故障的時間壓縮到數分鐘以內，使列車得以維持運行，這等同于以自身動力進行的自救，同時單車40 km/h的運行速度也減少了對后續列車的影響，由此可見，加裝緊急制動旁路開關對提高列車故障后運營維持能力，改善運營效率的作用是毋庸置疑的。

4　結束語

緊急制動旁路是針對緊急制動電路或部件故障而言，對于其可行性的研究就是對后續運行安全風險的研究。綜上對導致緊急制動的各種觸發源，即各種安全保護因素的分析來看，只要能合理設置緊急制動旁路開關，并嚴格規范該旁路開關的使用方案，那么在列車發生故障后，操作該旁路的安全運行是有保證的，通過其可行性研究，可進一步提升地鐵列車的

故障處理能力，該旁路開關的設置已納入杭州地鐵4號線列車設計方案和杭州2號線列車改進優化方案，相信通過此項改進對減少正線列車救援將會大有幫助。

參考文獻

[1] 南車南京浦鎮車輛有限公司. 杭州地鐵2號線車輛維修手冊[G]. 2013.

[2] 南車南京浦鎮車輛有限公司. 杭州地鐵2號線電客車電氣原理圖[G]. 2013.

[3] 郭紫林，周述良. 地鐵列車制動緩解旁路電路的改進[J]. 成都電子機械高等專科學校學報，2011，14（2）：33-36.

責任編輯 冒一平

Feasibility Study on Bypass Switch for Emergency Brake of Metro Vehicle

Xu Jing

Abstract:Taking the train operation on Hangzhou metro line 2 as an example, the paper analyzes the feasibility of metro train to install emergency brake bypass switch, and discusses the optimized setting and effect of use of the emergency brake bypass switch on train safety performance.

Keywords:metro train, emergency brake, bypass switch

收稿日期2014-10-30

中圖分類號：U266.2∶U260.35