城轨信号系统与防淹门接口配置分析与优化

引言

城市轨道交通日益成为城市居民出行的重要途径,是涉及土建和机电众专业的复杂系统性工程。其中,作为车辆操作控制系统的信号设备是列车安全运行的重要设备和核心保障。信号系统通过与各机电系统设置接口进行信息交互来实现系统联动和对于行车条件的判断。

在城市轨道交通地下工程隧道建设中需要穿越河流或湖泊时,为防护和减轻隧道漏水或隧道壁破裂时河水灌入地下车站所产生的危害而使用防淹门设备。其通常在河道下方的隧道和车站土建端部设置2处共4座电动防淹隔断门。防淹门系统采用多级控制,能在车站综控室和就地通过人工操作实现防淹门系统的控制、运行监视和水位检测等功能。

处于轨行区的防淹门开关门行为与地铁的正常运营和行车安全直接相关。目前多数城市,信号与防淹门系统通过设置接口来保证行车安全。然而,涉及行车安全的列车自动防护(ATP,AutomaticTrainProtection)子系统和联锁子系统安全完整性等级均为S1L4级,而防淹门未明确安全完整性检测要求,故在系统接点设备及控制中存在安全性不对等问题。根据现场实际,因防淹门长期处于单一状态而导致的接点故障和信息丢失,都会使正常运营的地铁列车紧急制动,严重干扰列车运营安全。故本文深入分析了当前列车信号系统与防淹门接口逻辑和交互数据,针对现场故障现象,建议采用既有接口设置的优化,以提高系统的可用性。

1系统接口控制原理

为确保运营的安全性,将防淹门的状态和控制过程纳入联锁控制中。常见的做法是将防淹门的门状态信息作为联锁检查的条件,防淹门关门控制也需向信号系统发出关门请求并取得允许关门信息。

防淹门系统在地下区间过江段隧道的较低点分别设置多个传感器来检测实时水位信息,若隧道开始积水,传感器即向系统发出报警信息。根据水位状态,区间水位达到威胁行车安全时,经调度人员确认关闭后,由车控室或就地通过按压请求关门按钮将"关门请求"通过接口发送至信号系统。与此同时,对于基于通信的列控信号系统由区域控制器(ZC)通过车地无线通信与控制区域内列车通信并通过联锁子系统根据列车实际位置、门状态、进路情况计算后给出移动授权,车辆在车载ATP的防护下运行。通过信号系统确认防护区间范围内无车占用且无向防护区段内的进路授权后,向防淹门反馈"允许关门"信号。防淹门收到信号发出的"允许关门"信号后,由车控室或现地人工根据系统反馈再次确认,锁定装置才能收缩锁定梁关闭闸门。信号系统通过在防淹门控制室的控制柜端子排上设安全型继电器作状态采集和驱动接点,实时监测防淹门"开启且锁闭"状态,若此状态丢失,则运行车辆执行紧急制动。接口控制原理如图1所示。

2现场故障现象

目前以上接口控制过程在国内多有应用,也有部分城市的信号系统暂未将防淹门状态信息纳入联锁,而通过采用制定明确的规章制度来保证出现灾害时防淹门的开关过程。根据运营使用的反馈,防淹门故障常见现象如下:

(1)"防淹门开启且锁闭"状态信息丢失。因防淹门没有配置UPS,当防淹门断电时,此状态丢失导致正线车辆紧急制动,所有列车都无法正常通过该区域,影响正线运行。该现象已在无锡既有线中发生。

(2)因水位传感器异常出现高水位报警和因接口电气特性异常出现的信息丢失,都会使信号系统向列车发送紧急停车,同时无法向该区段排列进路,影响正常运营。

(3)因防淹门很少使用,一直保持开启状态,防淹门"开启并锁闭"安全型继电器一直保持通电吸起状态而导致继电器触点粘连,在真正需要落下时不能可靠落下,出现错误信息,存在危害行车安全的隐患:国内部分地铁已发现存在该问题。

总之,防淹门状态故障时,确实严重影响正常行车,通过防淹门区段的所有列车均需在人工组织下运行。信号与防淹门接口可以实时监控防淹门状态,保证行车安全。

3接口电路逻辑及状态

3.1工程接口界面

城市轨道交通工程实施时,信号系统与防淹门系统的接口分界位置位于防淹门控制室的防淹门配线端子排上,采用硬线电缆进行输入/输出,接口界面如图2所示。

3.2接口电路设置

接口电路的设计原则满足"故障一安全"。接口触点选用安全型继电器。根据功能需求常规设置"打开且锁闭继电器""关门请求继电器""允许关门继电器"及相应的复示继电器,防淹门向信号系统发送"完全开启并锁闭"状态表示及"防淹门关闭请求"信息,信号系统在收到防淹门"防淹门关闭请求"信息后,向防淹门发送"允许防淹门关闭"信息。一种典型的电路连接如图3所示。

3.3电路状态定义

为使防淹门状态互不干扰,需上下行每个防淹门提供一个安全的"打开且锁闭"信号到ZC,正常条件下该输入为"吸起":上下行每个防淹门提供一个安全的"关门请求"信号到ZC,该输入为"吸起"(表1)。

3.4逻辑判断原则

信号系统对防淹门状态进行安全监督、提供允许关门命令:防淹门系统向信号系统提供防淹门的门状态信息,发送关门请求,接收信号系统提供的允许关门信号。

当信号系统失去"防淹门打开且锁闭"的状态信息时,两端车站均不能再向相应线路防淹门防护区段内设置进路,如已设置进路,后备模式下联锁系统立即将防护防淹门区域的信号机开设红灯:CBTC下,信号机保持灭灯,ATP将列车移动授权回撤至防淹门防护区域入口,正在接近相应线路防淹门防护区段的列车则实施紧急制动。

当信号系统收到"防淹门关闭请求"信息时,后备模式下已开放的相应信号机立即变为红灯。CBTC模式下,信号机保持灭灯。根据条件作如下处理:

(1)若列车未进入防淹门的接近区段,并且相应进路内无车,则向防淹门系统发"允许关门"信息:

(2)若列车已进入接近区段,经ts延时后,列车无冒进信号,经检查办理的进路内无车占用,则向防淹门系统发"允许关门"信息:

(3)若列车已越过防淹门防护信号机,则不可发出"允许关门"信息:

(4)若防淹门防护区段内有保护区段,且保护区段已设置,那么需要等保护区段解锁后,信号系统向防淹门系统发"允许关门"信息。

信号联锁系统不能取消防淹门"关门请求",在信号联锁子系统接收到"防淹门关闭请求"以及发送"允许防淹门关闭"信息期间,"防淹门关闭请求"条件必须被信号联锁系统连续检查,该请求按钮状态一经检查到,防淹门系统保证该请求一直有效直至防淹门完全关闭。

当信号系统故障不能向防淹门系统提供"允许防淹门关闭"信号时,防淹门系统具备就地控制和人工控制手段,经车站工作人员确认后,可就地或手动关闭防淹门。

防淹门区域若上行隧道与下行隧道间存在联络通道,则信号系统收到4扇门中任意一扇门发来的"关门请求"信号时,按照4扇防淹门都请求关闭进行防护处理。若两侧完全独立隔离,则分上下行独立控制。

4接口配置优化

本文结合目前的接口电路方案,针对接口故障影响正常运营问题,在了解防淹门控制过程的基础上,结合接口设置及需求,提出了以下优化方案建议,并给出与之对应的运营维护策略。

4.1防淹门控制过程

防淹门关闭本身就是一项重大操作,须环调、行调、电调、站务人员均知晓并采取相应措施后,才能关闭。在关门命令发出后,行调应已按照应急预案将线上列车扣停在车站并进行清客。目前,各城市地铁行车管理规定各有不同,以广州地铁为例,防淹门的开启/关闭操作必须听从环调命令,并得到行调同意后进行,未经专业培训的人员不得操作。防淹门系统具备车控室、现地和人工操作功能,一般情况下,优先采用车控或现地操作实现防淹门关闭。

4.2接口配置优化及安全防护分析

以无锡某线规划为例,地下隧道有3处分别下穿大运河、梁溪河、五里湖,与此对应区间上下行共需设置12扇防淹门设备,多处信号与防淹门接口会增大影响正线正常行车的隐患。对于现场出现的故障现象,针对防淹门状态丢失或中断及故障引起的问题,建议优化接口,将防淹门状态仅纳入监视和报警信息,将开关门控制命令的判断纳入联锁,如此,在接口"打开且锁闭"信息丢失或中断时,行车及相关人员均可收到报警信息,但不会立即造成紧急制动和全线后续列车均无法通行。如此可缓解因防淹门误报影响正常运营的情况,也可避免人为失误而办理通向灾害防护区段的列车进路。而相比于其他城市直接取消防淹门接口的做法,该方法可以降低一定的人因风险和设备故障影响。

考虑到关闭防淹门一般发生在隧道渗漏、积水情况下,信号系统可能已经不能正常工作,并可能永远不能给出"允许关门条件"。因此,信号系统给出的允许关门信号并不能作为相关人员关闭防淹门的必要条件。

在安全性方面,防淹门是重要的安全设备,平时开启时通过锁闭机构进行锁闭,只要不是人为非法操作,防淹门不会自动关闭。需要关闭时必须按照规章制度上报调度中心,终止线路上的列车运行,清空防淹门区间的列车后才能派人到防淹门设备室内人工办理关闭操作。在车控室1BP盘上设有防淹门状态显示和操作按钮,可以实时实现对防淹门状态的监控,信号系统也可根据既有接口电路监控防淹门状态报警信息,并提供给列车司机作为参考。

在可用性和行车效率方面,取消将防淹门状态纳入联锁后,只要防淹门未经实际人工请求,环调、行调、车站人员及行车司机均可收到门状态及报警信息,并根据行车管理规范按要求注意前方环境行车,不会因为防淹门状态故障而影响行车组织,提高了线路运营的可用性。

4.3防淹门故障处理

防淹门状态信息丢失或传感/接口故障给信号系统发送错误信息时:行调经司机确认区间有无水淹的现象且机电人员确定设备情况,若确是误报,信号恢复行车限速,开展故障维护,同时安排人员现场值班,做好应急准备[6]。

数据传输故障引起"关门请求"后并未按时收到"允许关门"信息时:首先,车站人员向行调汇报,并确认隧道内的行车状况。若满足关门条件,经行调度确认后,信号系统设置进路封锁,同时安排人员手动关闭防淹门。行调组织行车,机电和信号人员确保设备工作状态。

5结语

防淹门的设备状态与地铁行车安全直接相关,设置在防淹门与信号系统的接口电路,需考虑接口触点在不同故障情况下对各系统产生的影响。若采用信号参与防淹门的控制过程,可将防淹门状态纳入监视和报警信息,而将开关门控制命令的判断纳入联锁,如此不仅可以缓解因防淹门误报影响正常运营,也能在一定程度上避免有列车误闯入灾害防护区段及人为考虑不足而办理列车进路。若采用不设防淹门接口的方式,应考虑人因因素的风险。伴随技术进步应考虑全自动运行下对于防淹门设备控制安全完整性的要求。在运营维护中,应明确关于设备运行状态、各项参数、检修标准等的要求,使接口更加安全可靠,制定相关管理办法,提高故障处理效率,最大限度降低故障对运营组织所造成的影响,有效提高地铁运营的服务水平。