城市軌道交通信號應急盤設計及其配套行車組織方法

彭章碩 陳 勇 趙文志 陳艾峰

(長沙市軌道交通集團公司， 410133， 長沙∥第一作者， 高級工程師)

我國的城市軌道交通線路中，只有部分線路在車輛段內設有應急盤，在正線車站上均沒有設置應急盤。應急盤可用于CI(計算機聯鎖)系統故障下實現快速轉換道岔位置，以盡快恢復正線的行車組織。城市軌道交通信號的CI系統一旦發生故障，將失去對轉轍機、信號機等關鍵行車設備的控制權和狀態監視能力。在未配置應急盤的城市軌道交通線路中，CI系統發生故障時大多采用電話閉塞法組織行車，行車效率低，且易造成大范圍的列車延誤，進而影響線路的運營服務質量。本文對城市軌道交通信號系統應急盤設計及其配套的行車組織方法進行研究。

1 CI系統癱瘓后的行車應急處置問題

1.1 行車組織用時長

CI系統一旦發生癱瘓，將不能繼續實時監視在線列車的位置信息，此時需采用人工方式來確認列車的位置及辦理道岔進路轉換，以維持行車秩序，確保行車安全。人工準備進路時間較長，手搖并鉤鎖1組雙機牽引道岔的時間約為6 min，辦理1條折返進路一般需手搖3～4組道岔，因此組織1趟列車進行折返作業約需25 min，對線路的運營服務影響很大。

1.2 列車位置追蹤困難

單個聯鎖站癱瘓后，電話閉塞法規定由司機逐一報告列車的確切位置。對單個聯鎖區內所有的列車進行位置確認，一般需要3 min。從目前的行車組織現狀看，有必要通過改變道岔轉換方式來壓縮人工準備進路時間。經研究分析，本文提出在設備集中站車站控制室內增設1套信號應急盤及1套監測設備，以達到快速轉換道岔、精確定位列車的目的。

2 信號應急盤的設備結構

城市軌道交通信號應急盤設備主要采用“應急盤監控道岔+微機監視列車位置”的方式。如圖1所示，在設備集中站的車站控制室內配置1套應急盤和1套MSS(維護支持系統)監視工作站；在每個非集中站車站控制室配置1套MSS監視工作站。MSS監視工作站通過維護網交換機接入既有DCS(數據通信子系統)網絡中，通過維護網獲取各聯鎖區監測主機中的計軸系統信息，并將接收到本聯鎖區及相鄰聯鎖區的軌道狀態以車站站場平面圖的方式呈現。

注：ATS——列車自動監控；UTP5e——超五類非屏蔽雙絞線；實線表示工作站供電電源電纜；圓點線表示道岔控制電纜；點劃線表示既有DCS網；虛線表示超五類非屏蔽網線。

在CI系統故障的情況下，行車人員可以利用信號系統既有的微機監視系統及計軸系統，通過應急盤來控制道岔的轉換并監視道岔的位置狀態，通過增設監視工作站來顯示軌道區段的空閑/占用狀態。“應急盤監控+微機監視”功能可輔助在線列車進行快速定位，有效縮短人工準備進路時間，以達到快速恢復線路正常運行的目的。圖1中:道岔的控制轉換及位置表示功能通過應急盤實現，采用電纜連接方式；列車位置監視、軌道區段狀態監視功能通過既有維護網絡獲取各設備集中站監測主機中的計軸系統信息來實現，采用網線/光纖進行通信，經光電轉換器隔離后接入至監視工作站；監視工作站供電電源可從電源屏后備電源接入，也可從ATS現地工作站電源處接入。

3 應急盤電路的構成及設計思路

3.1 應急盤防護電路

如圖2所示，為避免人為錯誤操作應急盤的安全風險，應急盤采取相應的防護電路設計，具體為：① 在應急盤上設計鎖體防護，在電路上設計輸出信號總開關;② 硬件防護方面設置了專門的箱體并安裝雙鎖，操作人員需同時啟用A、B兩把鑰匙方能開啟應急盤箱體;③ 電路防護方面設計了啟用/停用應急總開關及狀態指示燈，總開關采用非自復位式旋鈕設計方案。

當總開關旋鈕接觸不良或處于故障狀態時，整套應急盤失效，此時可通過應急指示燈的點亮或熄滅狀態來判斷應急盤總開關是否接通。當CI系統正常工作時，該總開關保持在停用狀態，應急盤無法接通道岔控制電路，也不能輸出任何控制命令，僅采集道岔開通位置表示數據。當CI系統故障時，經相關專業人員確認后可采用人工方式，將該總開關切換至啟用位置，此后方可通過應急盤操控相應道岔；當CI系統恢復至正常運行后，需人工切換應急盤總開關至停用位置，以切斷應急盤的控制電路。

圖2 信號應急盤防護電路配線截圖

3.2 道岔控制電路

CI系統故障時，道岔控制電路仍在正常工作。通過定位操作繼電器(DCJ)、反位操作繼電器(FCJ)、鎖閉防護繼電器(SJ)的空接點，模擬聯鎖機向道岔控制電路給出SJ及DCJ/FCJ命令啟動道岔控制電路。經道岔控制電路的邏輯檢查及動作，將380 V交流電源送至軌旁轉轍機，進而帶動道岔轉換。道岔控制電路的動作過程與CI控制時一致。應急盤道岔控制電路采用平時斷開、雙按鈕按下接通的方式，需同時按下總定位按鈕/總反位按鈕和道岔單操按鈕，方能接通道岔控制電路。

3.3 道岔表示電路

CI系統故障時，道岔原表示電路仍正常工作。通過各道岔定位表示繼電器、反位表示繼電器的空接點采集信息，接通控制盤上相應的道岔表示指示燈，最終給出相應道岔的定、反位表示。道岔表示燈位的點亮或熄滅僅受供電電源質量及道岔表示繼電器的接點狀態的影響。即使發生按鈕失效或線路開路故障，表示電路也不會錯誤接通。

3.4 應急盤工作指示燈電路

指示燈電路采集應急盤總開關的狀態信息，總開關處于停用位時指示燈滅，總開關處于啟用位時指示燈亮。若發生按鈕失效或線路開路故障，指示燈電路不會錯誤接通。

應急盤道岔開通位置表示燈與道岔表示繼電器的狀態一一對應。當道岔開通位置表示燈(定位/反位)全部熄滅時，則表示道岔表示燈電路故障，此情況下不得使用應急盤設備。

3.5 MSS監視工作站工作原理

對軌道區段占用/空閑狀態的監視建立在既有MSS、計軸系統及相關繼電器電路正常工作的基礎上，采用網線/光纖將監視工作站接入MSS，使其與計軸主機通信。MSS監視工作站可實時監視所轄聯鎖區內各軌道區段的狀態，并在監視工作站的工作界面上實時顯示。界面上可設置不同顏色顯示，用以代表軌道區段的不同狀態，如紅色表示軌道占用、藍色表示軌道出清、灰色表示軌道狀態未知等。

4 應用應急盤的風險與對策

4.1 應急盤與CI同時驅動道岔的風險

4.1.1 風險描述

現有的信號系統中，CI與應急盤間無接口，無法實現應急盤與CI的互鎖。啟用應急盤后，可能會出現CI正常工作時人員誤操作應急盤、CI和應急盤同時給道岔發出驅動指令的風險，進而導致道岔錯誤轉換。

4.1.2 應對措施

本方案中已設置硬件及電路防護，還需制定相應的管理制度：對應急盤啟用、停用條件，以及具體操作流程進行規定；CI癱瘓后，操作人員應按規定流程確認CI已癱瘓，方能解除應急盤箱體外鎖，并接通應急盤總開關，再通過應急盤操動道岔；在CI恢復正常運行后、操作上電解鎖前，操作人員應按規定流程關閉應急盤總開關，斷開應急盤對道岔的控制；聯鎖上電解鎖后，操作人員應確認只有聯鎖機能對道岔進行控制。

4.2 紅光帶允許轉換道岔的風險

4.2.1 風險描述

CI在啟動道岔控制電路前會先檢查道岔所在區段的狀態。若道岔區段狀態為占用(有車或故障)，則不會轉換道岔。但是，在應急盤設計時未將道岔區段狀態作為道岔動作的前置條件，在道岔區段出現紅光帶時也可以轉換道岔，這將可能誤導現場人員，使其判斷失誤，在有車占用道岔區段時仍通過應急盤錯誤地轉換道岔，進而造成列車擠岔或列車掉道。

4.2.2 應對措施

需制定嚴格的管理措施，規定在使用應急盤轉換道岔之前，現場人員必須抵達該道岔所在區段并進行現場確認，在確認道岔區段無車占用后，方可使用應急盤對該道岔進行轉換。

5 應急盤的配套行車組織方法

鑒于實際運用應急盤存在的風險，本文設計了配套的行車組織方法——后備站控行車法。該方法是指當發生CI故障時，在設置有應急盤、MSS監視工作站的車站之間通過站間電話辦理閉塞，通過MSS監視工作站判斷站線、區間的空閑狀態，通過應急盤操縱道岔準備進路，以車站人員的發車信號作為列車占用區間憑證的一種行車方法。

5.1 后備站控行車法的基本操作規則

當全線發生CI故障時，該線所有車站均為閉塞車站；當線路上某個車站或部分聯鎖區段發生CI故障時，故障聯鎖區所轄車站及相鄰站為閉塞車站。列車在正線運行及進出車輛段運行時的閉塞區間與駕駛操作要求如表1所示。

表1 后備站控模式下的閉塞區間及列車運行要求

車站通過應急盤準備進路，如遇道岔位置不正確須轉換道岔時，車站值班員須先確認該道岔狀態并通知道岔前方接近列車停車，再單操道岔至正確位置，最后通知司機動車(若此時道岔區段還疊加顯示紅光帶，車站還須現場確認道岔區域無列車占用及未接報列車接近)。

原則上在采用后備站控行車法時，列車應經出段/場線駛出段/場，經入段/場線駛入段/場。

5.2 后備站控行車法的風險控制

5.2.1 對區間列車的控制

司機接到行車調度指令啟用后備站控行車法后，自行以RM模式限速25 km/h運行至前方站(若此時列車壓在道岔上，則以RM模式限速5 km/h出清道岔區域)。如前方區間內有道岔，列車運行至道岔前一度停車，司機與相關聯鎖站工作人員確認道岔位置正確后，方可繼續運行；如司機發現前方區間有列車占用，須與前方列車保持安全距離并停車等待，待前方列車動車后方可自行進站。

5.2.2 對停站列車的控制

1) 如MSS監視工作站顯示區間無紅光帶占用時，發車站的行車值班員與接車站的行車值班員共同確認接車站的站臺空閑。發車站行車值班員通知本站的站臺崗發出動車指令，此時車站須加強對該列車的監控，如發現異常，應及時通知相關車站的行車值班員及行車調度。

2) 如MSS監視工作站顯示區間有紅光帶占用時，發車站行車值班員須通知發車方向站臺的站臺崗，站臺崗須告知首列通過紅光帶區間的列車司機以RM模式、限速25 km/h運行至前方站進行軋道。待軋道車出清前方站站臺后，方可辦理后續列車發車(后續列車的運行模式及限速按表1要求執行)。司機須加強監控，發現異常情況應及時報車站行車值班員和行車調度。

5.2.3 對折返列車的控制

車站行車值班員須在確認折返列車到達站線或折返線停穩后方可操作應急盤，在排列好折返進路后應通知站臺崗或折返線的司機動車。列車以NRM模式限速15 km/h進行折返。正在進/出折返線的列車若發生緊急制動或自動停車且未到達站臺或折返線時，司機應自行以RM模式、限速5 km/h運行至站臺或折返線停穩后報告車站行車值班員。

5.2.4 對接發列車的控制

在確認前方發車區間空閑后，聯鎖站行車值班員應通過應急盤辦理進路，并確認發車進路上的各道岔位置正確。車站行車值班員應使用直通電話通知司機“進路已排列好，請以60 km/h限速運行”，并通知站臺崗發車。

6 應急盤的應用效果及注意事項

6.1 應用效果分析

長沙地鐵在4號線長沙火車南站信號設備集中區設置了應急盤，經檢驗應急盤的應用效果顯著。采用應急盤后，與傳統的電話閉塞法人工扳動道岔耗時2 min相比，操作單組道岔僅需10 s，極大地縮短了辦理道岔進路的時間。

6.2 注意事項

1) 現場工作人員在使用后備站控行車法時若出現錯誤判斷或誤操作，將直接引發行車風險。因此，在實際應用中必須嚴格執行“雙人確認”制度。

2) MSS監視工作站顯示的列車位置信息以計軸系統正常運行為前提。一旦發生計軸系統故障，相應的計軸區段將顯示為紅光帶，此時不可通過計軸系統來確定列車位置信息。

7 結語

本文提出在車站設置應急盤、采取“應急盤監控道岔+微機監視列車位置”的方式，既可有效解決無法對道岔進行監控的問題，也可解決列車在正線運行時的快速定位問題，對提升應急處置效率、降低人員錯誤操作道岔的風險有顯著作用。