城市轨道交通信号系统的安全性

1城市轨道交通信号系统的安全性摘要1.简要介绍城市轨道交通信号系统2.简要分析影响信号系统安全性的因素（RAMS）:3.简要阐述解决安全问题采取的措施（与第二点穿插阐述）4.简要分析信号系统与其他系统的相互影响5.总结(与第四点融合阐述)引言城市轨道交通系统作为大容量公共交通工具,其安全性直接关系到广大乘客的生命安全。信号系统作为保证列车安全、正点、快捷、舒适、高密度不间断运行的重要技术装备,在城市轨道交通系统中有着举足轻重的地位。因此,信号系统的安全性就显得尤其关键和重要。正文1.简要介绍城市轨道交通信号系统信号系统包括信号设备、联锁设备、闭塞设备三部分（如图1-1①设备②系统失事档案时间：1988年12月12日地点：伦敦以南的克拉普汉姆中转站事件：载有500多名乘客的普勒列车撞上了载有900名乘客的星巴斯托克列车的尾部，并转而撞向了第三辆刚到的空车调查机构：英国安全运输局事故原因：信号箱出现了一根松散的电线，那是因为信号部门技师疏忽，这根电线未被束起，它带着电，碰到那个本应该远离的接头时就把电直接传给了信号灯，所以信号灯变绿，这个失灵的信号灯你，引导者普勒列车奔向悲剧的终点注：图只是效果图并非此事件图片2所示）。轨道交通信号设备指挥列车运行；连锁设备保证轨道交通车站（包括车辆基地）列车运行的安全；闭塞设备则是保证区间列车运行安全的专门装置。设备部分其中信号基础设备包括：其中联锁设备组成如图2-2所示联锁设备信号控制信号表示道岔控制道岔表示进路控制进路表示图2-2图1-1①信号机②继电器③转辙机④轨道电路⑤联锁设备（信号机、转辙机、轨道电路是⑤的检测设备）⑥其他设备控制台及表示盘3系统部分：列车自动控制系统（包括列车自动防护系统ATP，列车自动监控系统ATS，列车自动运行系统ATO）。2.简要分析影响信号系统安全性的因素及解决安全问题采取的措施总体来说，影响信号系统安全性的因素如图3-3所示：详细及重点分析如下：设备部分信号机：如图3.1-3.目前城市轨道交通采用的信号机主要采用发光二极管半导体发光器件作为光源。因此在选择发光二极管半导体发光器件时应该考虑安全问题，除材料外还有窜光、灯丝断裂、点灯冲击电流等安全隐患。解决办法：选择材料器件时应该满足轨道交通RAMS标准；而选择信号系统RAMS图3-3图3.1-34组合式色灯信号机或者透镜式色灯信号机能够有效避免窜光问题；LED色灯信号机可以消除灯丝突然断丝和点灯冲击电流等问题。信号机电灯电路是安全电路，设计电路时既要考虑断线保护，又要考虑混线防护。信号机电灯电路断线即要灭灯；信号机电灯电路要具有灯丝报警电路。继电器:如图3.2-3.它在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。信号继电器室组成信号系统的基本器材，必须符合“故障—安全”准则（即当设备、器材、元件发生故障时，其后果必须是导向安全侧），除此之外还有在继电器所处的环境温度下，对于所承受的电流来说如散热不良，会损坏输出半导体器件；由于交变的dv/dt问题，会有半周波动等。解决方法：当控制信号机开关的灯丝继电器故障时，一定只能导致信号机点红灯，强制停车；散热不良时应使用较大的或更有效的散热片；有半周波动时采用缓冲器是有帮助的。转辙机：如图3.3-3.它的基本任务是转换道岔、锁闭道岔和反映道岔的位置和状态。它存在的安全隐患有由设置整流子而引起的故障,由挤切销劳损造成的惯性故障等故障。解决方法：采用交流三相电动机可从根本上解决整流子而引起的故障，还可以提高寿命；采用直径32mm的滚动珠丝杠作为驱动装置可以延长转辙机寿命；采用具图3.2-3图3.3-35有簧式挤脱装置的保持联结器，并选用不可挤型零件，从根本上解决了由挤切销劳损造成的惯性故障；采用多片干式可调摩擦联结器，经工厂调整加封，使用中无需调整。（多选用S00K型电动转辙机）轨道电路：如图3.4-3它是以列车运行线路的两根铁轨作为导体，两端加以电气绝缘或电气分割，并接上送电和受电设备构成的电路。既然是电路必定会有电源、负荷，因此存在负荷过大的安全隐患；某些交流电路还会存在相位偏差；相邻钢轨之间会有联系导致“串音”现象；在道床条件恶劣时，会发生“红光带”及“压不死”现象；钢轨损坏引起的短路问题等。解决方法：采用抗电器可以保护电源设备不因过负荷损坏，并保证在列车占用轨道电路是，轨道继电器能可靠落下，还能调整相位；钢轨绝缘可以分隔相邻轨道电路，从电的方面加以绝缘，但它们仍可通过地面联系；改善轨道条件、改进电路、提高检测信息的差别等可以有效改善“红光带”及“压不死”现象；轨道电路设计原理“故障—安全”能够有效防止由钢轨损坏引起的安全问题。（采用数字无绝缘轨道电路可提高轨道电路的可靠性）联锁设备:联锁设备经历了以下几个阶段:机械联锁、电机联锁、继电联锁和计算机联锁。但是前几项技术都不能满足地铁运营要求，存在很多安全隐患，因此国内地铁正线均采用计算机连锁。提高联锁设备安全性和可靠性的措施：利用冗余技术，使其自身构成容错控制系统；采用有结果比较的计算机2次处理和采用带有结图3.4-36果比较的多机并行处理，即“一硬二软结构和一软多硬结构”。案例：典型的计算机联锁如图4-4其他设备：培训中心设备是使维修人员学会ATC系统运作原理、设备性能、故障识别及排除模拟设备。这是保证信号及整个城规系统安全可靠运行的前提；维修中心设备，是检测监视各种设备是否正常运行的设备，这是预防安全隐患发生的手段。系统部分ATP子系统：ATP设备故障包括ATP地面设备故障及车载ATP设备故障。常存在的安全隐患有（以北京5号线为例）：ATP机柜内部有虚接、1.国内计算机联锁系统2.国外计算机联锁系统双机热备型3取2型2取2型①TYJL-II型②DS6-11型③JD-IA型①TYJL-TR9型②TYJL-ECC型③DS6-20型①EI32-JD型②DS6-K5B型③iLOCK型德国SIMIS系统瑞典EBILOCK850型计算机联锁系统英国SSI固态联锁系统图4-4图4-47接触不良现象，造成多普勒无效、APR无效、不同步、89138914等故障；BIDI无线控制器（液晶触摸屏），比较脆弱容易发生碎裂现象；PIC，MIES,IVL,MRBP等模块，故障率较高多普勒雷达，设备本身故障率较高，经常导致故障。解决办法：以上设备故障由于目前科技技术的限制还未能得到有效地解决，因此利用好“故障-安全”原则是很有必要的，当故障发生时就采用系统局部故障的降级使用。ATS子系统：ATS设备故障包括ATS工作站故障、中心的ATS设备故障、车站ATS设备故障以及ATS子系统的故障降级顺序。常存在的具体故障有（以西安二号线为例具体说明）：此故障表象为列车在正线运营时，部分轨道占用信息不正常，列车占用轨道后ATS工作站仍显示绿色进路锁闭状态；大明宫西站——市图书馆站正向进路和北苑——运动公园、大明宫西——龙首原反向进路无法实现ATS进路自动排列等问题。解决方法：通过故障现象和日志分析，此故障原因为ATS系统中负责中央服务器与站级工作站之间通信的进程故障造成，CTC进程异常影响中央和站级设备无法做到数据同步传输和效验，轨道锁闭信息、列车占用信息、轨道解锁信息无法实时传递。彻底消除故障须将原有ATS软件配置包由原L2_CFG.3.2.0.b升级至L2.2.3.3.c版本，解决CTC进程故障和服务器故障进程无法自行进行切换问题；通过故西安二号线运营路线8障现象和日志分析，ATS系统存在服务器上进程通信模块在处理数据时发生错误，造成了ATS部分进路不能通过预检查，影响市图书馆联锁区部分进路无法进行自排。进程错误可能存在原因为服务器通信模块在进行处理运算处理时进入运算死循环，但服务器切换模块未检测到模块故障，服务器未进行自动切换。总体来说，解决方法就是要认真分析故障现象和日志，并上系统局部故障的降级的使用这样才能保证安全和可靠。ATO子系统：ATO为非安全系统，它主要负责保证列车高质量运行水平。当其发生故障时，列车会产生制动并报警，列车停车后人工或自动转换成ATP监督下的人工驾驶模式运行。3.简要分析信号系统与其他系统的相互影响及总结保证信号系统的安全性可以从设备、设计、电路三方面着手：信号系统中的安全-关键设备(指那些一旦有故障可引起撞车、脱轨等危险情况发生的设备),应采用严格隐患分析或其它分析方法来进行鉴定。信号系统设计要基于认可的安全分析和审核程序,并执行故障-安全设计原则,单个故障不能产生非安全输出。号系统中所有冗余的车载、轨旁设备单元应采用热备方式,单个设备故障时,系统应不受影响保持正常工作,从而确保系统的安全完整性。所有安全-关键的电路、系统应经过严格的测试与认证,以保证它们在发生故障时可回到安全状态。设计应依据最大程度降低故障发生的可能性来执行,例如采用错误检测、“看门狗”电路、动态逻辑、9合理性检查和周期性复查等。但实践证明，绝对不发生危险侧故障是不可能的，只能采取措施使危险侧故障发生的概率尽可能小而已。实际上，系统和设备的RAMS是密切相关的，采取冗余措施对于提高系统RAMS是很有效的。八大系统组成了城市轨道交通系统。列车平稳地运行要靠八大系统安全的运行。信号系统作为城规系统中的安全系统任重而道远。然而其安全的运行也离不开供电系统给予的安全平稳的电流，离不开环控系统为其提供舒适安全的环境，离不开给排水消防系统为其预防危险的灾难……因此，系统之间的关联性要求每个系统的RAMS都要很高这样城轨整个系统才能安全高效的运行。注：RAMS：可靠性(Reliability)、可用性(Availability)、可维护性(Maintainability)和安全性(Safety),简为RAMS。RAMS是系统长期工作的特性,它是在系统的寿命周期内,通过对工程概念、方法、工具和技术的应用获得的。系统的RAMS可用质量和数值来表示系统、子系统或组成系统部件的性能程度,它是系统可靠性、可用性、可维护性及安全性的组合,故障—安全：故障-安全技术诞生于信号系统发展初期,它是一种安全技术,强调的是当器件、部件和系统发生故障时不产生危险侧输出的技术,在大英词典中的解释是：“Eliminatingdangerbycompensatingautomaticallyforafailureormalfunction”即通过对故障进行补救以消除危险。EN标10准中FailSafe的定义是：“Aconceptwhichisincorporatedintothedesignofaproductsuchthat,intheeventofafailure,itentersorremainsinasafestate”。一硬二软结构和一软多硬结构：关联性：是指组织体系的要素，既具独立性，又具相关性，而具各要素和体系之间同样存在这种“相互关联或相互作用”的关系。一软多硬结构示意图一软二硬结构示意图11参考文献[1]CENELECprEN50126-1999RailwayApplications:TheSpecificationandDemonstrationofReliability,Availability,MaintainabilityandSafety[S].1999.[2]严云升.铁道机车车辆电子产品的RAMS[J].机车电传动,2003（6）:1.[3]陈蕾.城市轨道交通引入RAMS管理的必要性[J].城市轨道交通研究,2007(3):4.[4]彭辉.城市轨道交通系统[M].北京：人民交通出版社，2008.[5]刘伯鸿，李国宁.城市轨道交通信号[M].四川：西南交通大学出版社，2011.[6]周顺华.城市轨道交通设备系统[M].北京：人民交通出版社，2009.[7]蔡国强.城市轨道交通信息技术[M].北京：北京交通大学出版社，2012.[8]燕飞唐涛.轨道交通信号系统安全技术的发展和研究现状[N].中国安全科学学报，2005-6（6）[9]王伟任.浅谈西安地铁二号线信号ATS子系统功能和相关故障分析[R].西安：西安市地下铁道有限责任公司运营分公司，393-