許 晶

地鐵車輛緊急制動(dòng)旁路開關(guān)可行性研究

許 晶

摘 要：結(jié)合杭州地鐵2號線列車運(yùn)行實(shí)例，對地鐵列車加裝緊急制動(dòng)旁路開關(guān)的可行性進(jìn)行分析，闡述了合理設(shè)置和使用緊急制動(dòng)旁路開關(guān)對列車安全保護(hù)性能的影響。

關(guān)鍵詞：地鐵列車；緊急制動(dòng)；旁路開關(guān)

許 晶：杭州地鐵集團(tuán)運(yùn)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(zhèn)車輛廠生產(chǎn)的B型電客車，采用架控式電空混合制動(dòng)系統(tǒng)，該車于2014年3月在杭州2號線投入試運(yùn)行，試運(yùn)行第2天就發(fā)生1起因緊急制動(dòng)無法緩解的列車故障，故障原因?yàn)榫o急制動(dòng)繼電器觸點(diǎn)燒損，引起緊急制動(dòng)環(huán)路失電（圖1），列車緊急制動(dòng)停車后無法正常緩解，由于緊急制動(dòng)環(huán)路涉及的線路和電氣元件較多，列車控制系統(tǒng)無法診斷出具體的故障點(diǎn)，故障發(fā)生后乘務(wù)人員難以快速判斷和處理，只能請求救援，嚴(yán)重干擾運(yùn)營秩序。通過分析，如果在列車上合理設(shè)置緊急制動(dòng)旁路開關(guān)，乘務(wù)人員可大幅縮短對故障的判斷和處置時(shí)間，通過操作旁路開關(guān)來快速實(shí)現(xiàn)列車維持動(dòng)車，從而避免救援，減少對正線運(yùn)行秩序的影響，該旁路開關(guān)是否可行，關(guān)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(dòng)無法緩解問題，為實(shí)現(xiàn)快速處理，可以在緊急制動(dòng)回路中引入一個(gè)旁路開關(guān)，即設(shè)置可以模擬緊急制動(dòng)環(huán)路正常的并聯(lián)電路，通過操作旁路開關(guān)接通電路可實(shí)現(xiàn)對故障點(diǎn)的隔離，隔離電路見圖2。

圖1　緊急制動(dòng)環(huán)路局部電路圖

由圖2可見，實(shí)現(xiàn)緊急制動(dòng)旁路的電路設(shè)計(jì)相對簡單，我們在電路中加入了緊急制動(dòng)旁路接觸器（EBBK），通過接觸器的3個(gè)常開觸點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了對緊急制動(dòng)接觸器的旁路功能。這樣如果緊急制動(dòng)環(huán)路因故出現(xiàn)緊急制動(dòng)后，可以通過操作圖2中的緊急制動(dòng)旁路開關(guān)（EBBS）使緊急制動(dòng)繼電器（EBBK）得電，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對緊急制動(dòng)的旁路功能，使列車得以正常緩解，并能維持運(yùn)行，從而避免發(fā)生正線救援。

圖2　緊急制動(dòng)隔離電路圖

3　可行性分析

緊急制動(dòng)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(yùn)行的安全性，首先要了解一下緊急制動(dòng)的觸發(fā)因素，即安全保護(hù)點(diǎn)，緊急制動(dòng)大致有3個(gè)觸發(fā)源：一是ATP觸發(fā)；二是列車控制系統(tǒng)觸發(fā)；三是人為觸發(fā)和緊急制動(dòng)環(huán)路失電觸發(fā)。

3.1緊急制動(dòng)旁路對ATP系統(tǒng)安全性的影響

ATP觸發(fā)列車緊急制動(dòng)是基于信號系統(tǒng)對列車自動(dòng)駕駛時(shí)各種安全監(jiān)控保護(hù)的要求，如超速（指超過ATP設(shè)定的限制速度）、后溜、車載ATP故障等。如果操作緊急制動(dòng)旁路，ATP發(fā)出的緊急制動(dòng)指令將失去作用，因此，如果操作緊急制動(dòng)旁路開關(guān)需要終止列車自動(dòng)駕駛，轉(zhuǎn)入人工駕駛，令司機(jī)從主觀上不再依賴對信號設(shè)備的安全保護(hù)功能，人工駕駛時(shí)遇突發(fā)情況可以通過操作緊急制動(dòng)按鈕來實(shí)現(xiàn)緊急停車，從而消除自動(dòng)駕駛帶來的安全風(fēng)險(xiǎn)，因此，在電路設(shè)計(jì)上考慮到緊急制動(dòng)旁路后緊急制動(dòng)按鈕需要保持仍然有效，可在緊急制動(dòng)旁路接觸器前接入緊急制動(dòng)按鈕（EMPB）的常閉觸點(diǎn)（圖2），當(dāng)緊急制動(dòng)按鈕按下時(shí)緊急制動(dòng)旁路接觸器失電，緊急制動(dòng)旁路作用消除。另外，在超速方面，操作緊急制動(dòng)旁路后列車控制系統(tǒng)會(huì)設(shè)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(shù)字量輸入模塊接口圖

3.2緊急制動(dòng)旁路對列車控制系統(tǒng)的影響

操作緊急制動(dòng)旁路開關(guān)同樣會(huì)使列車控制系統(tǒng)觸發(fā)的緊急制動(dòng)失去作用，列車控制系統(tǒng)需要保護(hù)的安全環(huán)節(jié)有4項(xiàng)：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(nèi)發(fā)生車門緊急解鎖；三是制動(dòng)力施加不足（指制動(dòng)力輸出低于預(yù)期達(dá)到的減速效果）；四是總風(fēng)壓力低于5 bar。對于以上4點(diǎn)的解決方案，同樣是通過列車控制系統(tǒng)，在操作緊急制動(dòng)旁路后給列車設(shè)置一定的限速，限速等級應(yīng)考慮不高于正線線路限速的最低標(biāo)準(zhǔn)，通常設(shè)置為不高于40 km/h為宜，超過限速，列車將進(jìn)入惰行，這樣列車始終保持相對低的運(yùn)行速度，為達(dá)到限速運(yùn)行的目的，在電路設(shè)置上需要將緊急制動(dòng)旁路信號送到列車控制系統(tǒng)數(shù)字量輸入模塊（DIMe），如圖3所示，用以實(shí)現(xiàn)列車控制系統(tǒng)對操縱該旁路開關(guān)的識別功能，進(jìn)而達(dá)到限速目的。

對于限速設(shè)置的合理性，我們可以做如下分析，當(dāng)列車處在正常狀態(tài)，最高運(yùn)行速度80 km/h時(shí)，在超載（AW3）情況下緊急制動(dòng)距離不大于215 m，當(dāng)操作緊急制動(dòng)旁路開關(guān)后，列車以最高40 km/h的限速運(yùn)行，如遇突發(fā)情況，司機(jī)采用常用制動(dòng)停車，常用制動(dòng)平均減速度≥1.0 m/s2，依此計(jì)算，采用常用制動(dòng)的制動(dòng)距離不大于62 m，遠(yuǎn)小于在高速情況下的緊急制動(dòng)距離，可見通過這樣的設(shè)置可以保證列車不會(huì)發(fā)生意外超速問題，同時(shí)將列車控制在較低的運(yùn)行速度，可以解決超速和制動(dòng)力不足帶來的安全影響。

對于因?yàn)閯?dòng)車60 m內(nèi)操作車門緊急解鎖引發(fā)的緊急制動(dòng)，在故障處置原則上，要求一旦操縱緊急制動(dòng)旁路開關(guān)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(fēng)壓不足導(dǎo)致的緊急制動(dòng)，從安全方面考慮，一方面通過人工駕駛加強(qiáng)監(jiān)督，為此，在緊急制動(dòng)旁路中設(shè)置了1個(gè)提醒用的蜂鳴器（圖2中EBBZ），實(shí)時(shí)提醒司機(jī)關(guān)注風(fēng)壓變化；另一方面在列車自身的安全設(shè)置方面，當(dāng)4個(gè)以上轉(zhuǎn)向架風(fēng)缸壓力不足時(shí)牽引系統(tǒng)將實(shí)施牽引封鎖，列車喪失動(dòng)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(hù)關(guān)系，操作緊急制動(dòng)旁路對列車控制系統(tǒng)安全保護(hù)作用的影響也可以有效化解。

3.3緊急制動(dòng)旁路對其他列車安全保護(hù)性能的影響

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

對于人為失誤導(dǎo)致的觸發(fā)源，在操作緊急制動(dòng)旁路后，主要以蜂鳴器的形式提醒司機(jī)注意駕駛，蜂鳴器并聯(lián)在緊急制動(dòng)旁路接觸器兩端（圖2），操作緊急制動(dòng)旁路后會(huì)持續(xù)鳴響，用以達(dá)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(yùn)行至終點(diǎn)站或存車線后將立即退出服務(wù)，這樣嚴(yán)重的人為操縱失誤應(yīng)該是可以避免的。對于緊急制動(dòng)按鈕導(dǎo)致的制動(dòng)停車，由于是人為保護(hù)措施，緊急制動(dòng)旁路后該項(xiàng)功能仍然會(huì)保持有效，以維持人工駕駛模式下對列車的保護(hù)作用。

對于列車分離和DC110V控制電源失電等嚴(yán)重故障原因?qū)е碌木o急制動(dòng)，從電路邏輯關(guān)系上可以判斷是基本不受緊急制動(dòng)旁路影響的，如列車發(fā)生脫鉤等情況，除發(fā)生緊急制動(dòng)外還會(huì)伴隨著降弓、休眠等動(dòng)作。因此，緊急制動(dòng)旁路的設(shè)置不會(huì)影響列車解體后的安全保護(hù)作用，換言之，緊急制動(dòng)旁路功能并不會(huì)擴(kuò)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(gòu)成緊急制動(dòng)環(huán)路的線路或電器元件故障導(dǎo)致的環(huán)路失電（即緊急制動(dòng)接觸器EBK失電），緊急制動(dòng)旁路開關(guān)會(huì)發(fā)揮其旁路作用，以維持列車?yán)^續(xù)運(yùn)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(yùn)行并不構(gòu)成直接影響，只會(huì)間接影響到列車某些保護(hù)功能的檢測和發(fā)揮，而本文對這些影響已逐一進(jìn)行了闡述，因此，緊急制動(dòng)旁路在用于處理電氣線路及電器元件時(shí)亦不會(huì)有安全性方面的影響。

3.4對運(yùn)營效率的影響

當(dāng)列車因不明原因發(fā)生緊急制動(dòng)，并無法正常緩解時(shí)，如沒有緊急制動(dòng)旁路開關(guān)，司機(jī)通常會(huì)請求救援，救援過程將直接導(dǎo)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(fēng)險(xiǎn)，兩車連掛后通常的行車限速控制在30 km/h以內(nèi)，這樣的救援過程對于后續(xù)列車的影響還將繼續(xù)擴(kuò)大，因此，列車救援在各地鐵運(yùn)營線路中都是作為影響運(yùn)營效率的重要指標(biāo)予以嚴(yán)格控制的。

從各地鐵的列車故障案例看，制動(dòng)不緩解是導(dǎo)致列車救援的重要原因之一，通過適當(dāng)加裝旁路開關(guān)來避免故障救援已成共識。加裝緊急制動(dòng)旁路開關(guān)可消除緊急制動(dòng)安全環(huán)路故障等因素導(dǎo)致的緊急制動(dòng)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(guān)可以將司機(jī)處理故障的時(shí)間壓縮到數(shù)分鐘以內(nèi)，使列車得以維持運(yùn)行，這等同于以自身動(dòng)力進(jìn)行的自救，同時(shí)單車40 km/h的運(yùn)行速度也減少了對后續(xù)列車的影響，由此可見，加裝緊急制動(dòng)旁路開關(guān)對提高列車故障后運(yùn)營維持能力，改善運(yùn)營效率的作用是毋庸置疑的。

4　結(jié)束語

緊急制動(dòng)旁路是針對緊急制動(dòng)電路或部件故障而言，對于其可行性的研究就是對后續(xù)運(yùn)行安全風(fēng)險(xiǎn)的研究。綜上對導(dǎo)致緊急制動(dòng)的各種觸發(fā)源，即各種安全保護(hù)因素的分析來看，只要能合理設(shè)置緊急制動(dòng)旁路開關(guān)，并嚴(yán)格規(guī)范該旁路開關(guān)的使用方案，那么在列車發(fā)生故障后，操作該旁路的安全運(yùn)行是有保證的，通過其可行性研究，可進(jìn)一步提升地鐵列車的

故障處理能力，該旁路開關(guān)的設(shè)置已納入杭州地鐵4號線列車設(shè)計(jì)方案和杭州2號線列車改進(jìn)優(yōu)化方案，相信通過此項(xiàng)改進(jìn)對減少正線列車救援將會(huì)大有幫助。

參考文獻(xiàn)

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責(zé)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