鐵路信號系統安全理念與實現

牟清國

河鋼宣鋼物流公司 河北張家口 075100

隨著社會經濟的飛速發展，社會逐漸意識到交通運輸對于經濟發展的重要性，尤其是鐵路交通方面，在國家的重視下，鐵路布局四通八達、列車時速再創新高，把鐵路打造成國家的一張名片，也為經濟的發展和社會的進步起到積極的推動作用。鐵路交通系統的組成部分當中，鐵路信號系統為列車在鐵路上的奔騰保障了安全性，使得乘客乘車放心、貨物運輸安心。但在實際的工作過程中，鐵路信號系統或多或少會出現一些問題和漏洞，系統的運行也不是十全十美。因此，工作人員要重視系統工作過程中出現的問題，并進行深入的探討和分析，從而創新發展鐵路信號系統的安全理念，推動鐵路安全性的實現，并最終逐步地提高鐵路交通系統的安全性能。

1 鐵路信號系統概論

1.1 鐵路信號系統

鐵路信號系統是鐵路信號顯示、變化和控制的系統。在鐵路上列車運行的過程中，鐵路信號系統通過控制鐵路信號的顯示和變化，從而保障鐵路上的列車行車安全、列車調車工作安全，并增強列車在鐵路車站或鐵路路線區間通過的能力和貨車運輸編組的能力。在保障鐵路交通運輸安全性的眾多系統中，鐵路信號系統占據首要地位。隨著科學技術的發展，通信技術和信息技術為鐵路信號系統提供了全新的發展方向，為了確保鐵路運輸系統的可靠性、穩定性和安全性，建設列車能夠安全、安心行駛的鐵路，發展升級鐵路信號系統的各種設備和軟件、通過解決實際發生的問題積累系統工作經驗是關鍵。在當今的鐵路交通中，經過不斷的發展，鐵路信號系統已經由“列車行駛的指向標志”變成為“保障鐵路列車運行安全的調控中樞”，在鐵路交通中占據越來越重要的地位，具有一個科技水平高、創新能力強的鐵路信號系統，是一個國家鐵路發展達到現代化的標準[1]。

在我國，鐵路信號系統具有多種分類，根據實際列車運行的應用場所可以分為車站信號控制系統、區間信號控制系統、行車指揮控制系統以及列車運行控制系統等多項鐵路信號系統。而其發展也經歷了多個階段，在2008年之后，國家進行大規模的鐵路路線建設，積極發展客運列車與貨運列車共線行駛，并逐步的研究和發展高速鐵路技術，鋪設了大范圍的高鐵路線網，鐵路信號系統也隨之而得到了新一階段的發展。在這一時期中，主要開發出CTCS-2以及CTCS-3鐵路信號列控系統，并且在國內的大部分鐵路中得到了應用。其主要利用列車車載的信號接收設備，實時地對列車行駛過程中的地面鐵路數據進行收集，之后通過預設的算法實時計算列車行駛速度的動態曲線，通過建立的數學模型監控列車的行駛，并及時地對列車運行作出調整。

鐵路信號系統也在不斷地進行發展和嘗試。在2017年，行業人員結合自動控制理論和技術，開發出新型鐵路信號控制系統，即列車自動運行系統，并且在珠三角的相關鐵路上投入使用，正式在CRH6A型動車組列車進行實踐運營。之后在2019年，鐵路信號系統又迎來一個新的發展階段，京張高速鐵路正式建設竣工，這條高速鐵路是我國第一條智能化鐵路，鐵路信號系統的技術又得到了長足的發展，并且京張高鐵的列車以無人駕駛的形式運行，為鐵路信號系統的發展指明了全新的發展方向。

1.2 鐵路信號系統安全理念

鐵路信號系統是保障鐵路交通列車安全性的重要主體，在實際的發展過程中，“故障導向安全”原則應當作為行業人員進行鐵路信號系統優化發展的基準，始終以安全理念進行設計和實踐。

鐵道信號系統具有兩項主要的功能。其一是進行資料傳輸，將列車運行過程中的各項行駛參數和鐵路路線數據，通過通信技術反饋至鐵路交通指揮中心，以此作為指揮列車運行、調整行駛狀況的重要參考，使得鐵路列車的指揮調控效率得到提高。其二是維系列車和鐵路交通指揮中心之間的通信功能，使列車能夠實時地接收指揮中心傳遞的相關信息，并與外界相連通，保持聯絡功能。因此，在發展鐵路信號系統的安全理念時，需要進一步圍繞這兩項主要功能進行[2]。既滿足列車的數據資料反饋的效率，又要維持列車行駛過程中的與外界通信功能的暢通，并且在基礎上保障兩項功能的安全性能，之后進一步確保其他部分的安全性能。最終設計完善的鐵路信號系統，實現列車的安全行駛。

由于技術的發展、鐵路的種類、鐵路交通的需求，鐵路信號系統的安全理念會有所不同，工作人員需要及時地做出變化。對于普速鐵路，發展時間長，信號系統已經基本成熟，并且普速鐵路的列車行駛速度規定最高不得超過160千米每小時，較低的行駛速度決定其信號系統不會高度復雜，常規的普速鐵路信號系統都基本由電氣電路構成。因此，普速鐵路的信號安全理念可以關注于指揮列車停止行駛，保障列車平穩運行的狀態。對于高速鐵路，自2008年以來，高速鐵路信號系統全面配備列控系統，以CTCS-2級與CTCS-3級型號為主，融合了信息技術和通信技術進行優化升級，系統呈現了軟件化和網絡化的主要特征，能夠適應高速鐵路上列車較高的行駛速度以及具備較高的指揮調控效率。但信息技術在帶來優勢的同時，也造成了相應的不足，由于高速鐵路信號系統依賴設備，多個設備之間的接口數量眾多，導致系統運行過程中的信號安全無法得到完備的保障。在高速鐵路信號系統的安全理念中，不僅要指揮列車的停止行駛狀態，還要實時監測高鐵列車在行駛中的速度，及時進行速度調控，避免列車超出鐵路設計的最高限制速度，造成安全事故。在其中，高速鐵路信號系統的安全理念以列車行駛速度的控制為主，與普速鐵路相比，安全理念得到了一定的發展進步，更適應時代的變化。

在建設和應用鐵路信號系統的初始階段，鐵路部門的目的是利用鐵路信號對列車進行實時的行駛指揮和通信聯絡，從而保障列車行駛的安全性。但隨著技術的發展和時代的需求，鐵路的列車行駛速度不斷地提高，信息技術逐漸應用于鐵路信號系統，鐵路也朝著自動化、智能化的方向不斷發展，信號系統的安全理念也應當作出進步，適應變化。

2 鐵路信號系統安全理念的實現策略

2.1 普速鐵路

普速鐵路發展時間久、存在時間長，雖然在大部分地區，高速鐵路承擔了主要的交通運輸任務，但是在高速鐵路沒有覆蓋到的相對落后的地區，普速鐵路仍然承擔著連接外部世界的作用，對當地居民意義重大。對于普速鐵路，由于列車行駛速度較低，其信號系統的組成內容相對簡單，以指揮列車停止行駛為主要目的。在有關列車行駛安全性的部分中，只包括鐵路連鎖和行車閉塞兩套子系統，兩者之間的接口單一，整體構成為電氣電路，系統結構并不復雜。因此，普速鐵路能夠更好地將“故障導向安全”作為系統運行過程中的準則，安全性能較強。在普速鐵路的列車行駛過程中，列車的信號接收和判斷憑證以鐵路地面的信號為主[3]。其中將鐵路地面信號的關閉或次級顯示，作為安全狀態的信號表示，列車根據信號顯示和行車準則進行操作和調控。在常規的普速鐵路信號系統中，根據信號顯示的狀態、鐵路軌道電路和行車閉塞之間的聯系和影響，在這些組成部分發生故障的情況下，可以將安全狀態的信號顯示分別定義為多種形式：

首先，在信號顯示階段，如果車站所屬信號機出現問題，需要進行維修，則地面信號的安全狀態應該顯示為關閉狀態；如果鐵路區間內信號機出現問題，需要將綠燈、黃燈信號統一降級到黃燈信號，其他種類信號都顯示為關閉狀態，列車從而判定為安全狀態。其次，對于行車閉塞系統，如果其設備在鐵路區間內出現問題，當鐵路區間內有列車正處于行駛狀態時，系統應當提示區間內被列車占用，同時阻止其他列車駛入該區間，必要時停止發車。最后，對于鐵路上軌道電路，當設備出現問題時，處理情況類似于行車閉塞系統，提示區間內的軌道電路已被占用，同時禁止其他列車進入該區間。

繼電電路的信號安全：

對于普速鐵路信號系統的主要組成部分：連鎖和閉塞，從本質上分析，二者都屬于繼電電路，以繼電器為主體搭建而成。在列車行駛過程中，存在著繼電電路發生故障的可能性，需要工作人員進行重視。其中繼電電路的常規故障分為：

（1）繼電電路斷線故障。電路在各種自然因素的影響下，處于外界環境的繼電電路可能會出現斷線故障的問題。在處理措施上，需要選擇閉合電路的形式，如果出現斷線故障，則電路中無電流通過，繼電器因此而失去磁性，將電路導向安全側。

（2）繼電電路混線故障。在普速鐵路信號系統的電氣電路中，其導線與列車電纜通常在同一區域搭建，在列車行駛過程中就可能出現二者混線的故障。繼電電路如果發生混線故障，會導致繼電器錯誤地產生磁性，將電路導向危險側，進而造成安全事故。在處理措施上，對于室內繼電電路，要減少或禁止多個電路共用接點的現象；對于室外電路，工作人員可以選擇位置法、雙斷法等多種方法進行故障預防。

2.2 高速鐵路

在高速鐵路領域，國家逐步投入了大量的人力物力推動高鐵事業的蓬勃發展，時至今日，高速鐵路已經成為了彰顯我國大國實力和高新技術的一張名片。由于高速鐵路的優異性能，和已經逐漸擴大的鐵路覆蓋范圍，高速鐵路已經在交通運輸的多個領域內取代了傳統的普速鐵路，成為了行業的主力。在高速鐵路信號系統當中，由于高鐵列車的高行駛速度和眾多高新技術，信號系統的組成相較于普速鐵路更為復雜。其子系統包括鐵路聯鎖系統、列車運行控制系統、調度集中系統以及集中監測系統，不同子系統之間相互聯系和作用，共同構成高速鐵路信號系統。因此，在信號系統進行信息顯示和數據輸出時，往往需要多個子系統進行聯合處理、配合運行，這種復雜的系統運行方式，會導致網絡方面、信息方面和集成方面等出現故障的概率增加，信號系統的安全性能也因之而減弱。而且在事故的嚴重性角度，高速鐵路一旦出現故障，導致發生安全事故，造成的傷亡和影響都會極其嚴重，所以工作人員需要盡快對高鐵信號系統進行優化和升級，提高其安全性能。

單體信號設備的信號安全：

單體信號設備是構成高速鐵路信號系統的基礎，要實現信號系統的安全，工作人員首先要重視和保障單體信號設備的信號安全。

（1）升級優化安全技術。在安全技術層面，主要對信號設備的硬件和軟件兩個方面提出要求。在硬件方面，根據規定，在高鐵控制系統的信號設備當中，硬件應當選擇具有高可靠性和安全性的類型，比如二乘二取二冗余技術硬件；在軟件方面，工作人員可以對設備添加一定的監督機制進行約束，并結合實際運行過程中出現的問題進行優化。

（2）加強完善管理制度。信號設備的安全性能對于整個高鐵行車安全具有重要意義，其基礎在于對信號設備進行嚴格的管理，防止資質不合格的設備投入信號系統的使用。在具體實施過程中，國家對信號設備的資質具有嚴格的管理制度，在進行高鐵信號設備的選擇和購買的過程中需要仔細甄別，拒絕購買不合格的產品，在根本上進行信號系統安全性能的防護。

2.3 智能鐵路

智能鐵路是我國新一代高新技術產物，集合應用了多種智能化系統，在一步提高列車運行時速，構建新型的鐵路網絡。對于其信號系統，技術人員需要重視鐵路交通傳感器、列車視頻監控、固定基礎設施、智能檢測分析等多個方面，結合智能化技術和自動化技術，實現信號系統的實時監測、自動控制、及時處理，保障信號安全，并進一步促進鐵路交通運輸事業的發展。

3 結語

在發展鐵路信號系統安全理念的過程中，需要始終圍繞著“故障導向安全”的基本準則。在普速鐵路、高速鐵路等現階段的主要鐵路交通方面，對其信號系統進行優化升級，結合系統運行中出現的故障和問題，完善系統的構造和管理措施。對于仍處在初始發展階段的智能鐵路，工作人員則需要結合鐵路智能化的特點，采用智能化的信號設備和監測設備，利用智能技術的輔助作用進行信號的決策，并逐漸地將其發展為信號系統的主體部分，從而最大程度的保障信號安全，提高系統的安全水平。