地铁车辆紧急制动旁路开关可行性研究

许 晶

地铁车辆紧急制动旁路开关可行性研究

许 晶

摘 要：结合杭州地铁2号线列车运行实例，对地铁列车加装紧急制动旁路开关的可行性进行分析，阐述了合理设置和使用紧急制动旁路开关对列车安全保护性能的影响。

关键词：地铁列车；紧急制动；旁路开关

许 晶：杭州地铁集团运营分公司，工程师，浙江杭州 310018

1　研究背景

杭州地铁2号线采用南车浦镇车辆厂生产的B型电客车，采用架控式电空混合制动系统，该车于2014年3月在杭州2号线投入试运行，试运行第2天就发生1起因紧急制动无法缓解的列车故障，故障原因为紧急制动继电器触点烧损，引起紧急制动环路失电（图1），列车紧急制动停车后无法正常缓解，由于紧急制动环路涉及的线路和电气元件较多，列车控制系统无法诊断出具体的故障点，故障发生后乘务人员难以快速判断和处理，只能请求救援，严重干扰运营秩序。通过分析，如果在列车上合理设置紧急制动旁路开关，乘务人员可大幅缩短对故障的判断和处置时间，通过操作旁路开关来快速实现列车维持动车，从而避免救援，减少对正线运行秩序的影响，该旁路开关是否可行，关键在于对其安全性的论证。

2　解决方案

对于不明原因引起的紧急制动无法缓解问题，为实现快速处理，可以在紧急制动回路中引入一个旁路开关，即设置可以模拟紧急制动环路正常的并联电路，通过操作旁路开关接通电路可实现对故障点的隔离，隔离电路见图2。

图1　紧急制动环路局部电路图

由图2可见，实现紧急制动旁路的电路设计相对简单，我们在电路中加入了紧急制动旁路接触器（EBBK），通过接触器的3个常开触点实现了对紧急制动接触器的旁路功能。这样如果紧急制动环路因故出现紧急制动后，可以通过操作图2中的紧急制动旁路开关（EBBS）使紧急制动继电器（EBBK）得电，进而实现对紧急制动的旁路功能，使列车得以正常缓解，并能维持运行，从而避免发生正线救援。

图2　紧急制动隔离电路图

3　可行性分析

紧急制动旁路的可行性主要是基于安全方面的考虑，为论证操作旁路后列车运行的安全性，首先要了解一下紧急制动的触发因素，即安全保护点，紧急制动大致有3个触发源：一是ATP触发；二是列车控制系统触发；三是人为触发和紧急制动环路失电触发。

3.1紧急制动旁路对ATP系统安全性的影响

ATP触发列车紧急制动是基于信号系统对列车自动驾驶时各种安全监控保护的要求，如超速（指超过ATP设定的限制速度）、后溜、车载ATP故障等。如果操作紧急制动旁路，ATP发出的紧急制动指令将失去作用，因此，如果操作紧急制动旁路开关需要终止列车自动驾驶，转入人工驾驶，令司机从主观上不再依赖对信号设备的安全保护功能，人工驾驶时遇突发情况可以通过操作紧急制动按钮来实现紧急停车，从而消除自动驾驶带来的安全风险，因此，在电路设计上考虑到紧急制动旁路后紧急制动按钮需要保持仍然有效，可在紧急制动旁路接触器前接入紧急制动按钮（EMPB）的常闭触点（图2），当紧急制动按钮按下时紧急制动旁路接触器失电，紧急制动旁路作用消除。另外，在超速方面，操作紧急制动旁路后列车控制系统会设定列车限速至40 km/h，低于正常的地铁线路限速，基本避免了超速问题。

图3　Tc车DIMe数字量输入模块接口图

3.2紧急制动旁路对列车控制系统的影响

操作紧急制动旁路开关同样会使列车控制系统触发的紧急制动失去作用，列车控制系统需要保护的安全环节有4项：一是超速（指超过列车最高限速，通常为86 km/h）；二是站台60 m内发生车门紧急解锁；三是制动力施加不足（指制动力输出低于预期达到的减速效果）；四是总风压力低于5 bar。对于以上4点的解决方案，同样是通过列车控制系统，在操作紧急制动旁路后给列车设置一定的限速，限速等级应考虑不高于正线线路限速的最低标准，通常设置为不高于40 km/h为宜，超过限速，列车将进入惰行，这样列车始终保持相对低的运行速度，为达到限速运行的目的，在电路设置上需要将紧急制动旁路信号送到列车控制系统数字量输入模块（DIMe），如图3所示，用以实现列车控制系统对操纵该旁路开关的识别功能，进而达到限速目的。

对于限速设置的合理性，我们可以做如下分析，当列车处在正常状态，最高运行速度80 km/h时，在超载（AW3）情况下紧急制动距离不大于215 m，当操作紧急制动旁路开关后，列车以最高40 km/h的限速运行，如遇突发情况，司机采用常用制动停车，常用制动平均减速度≥1.0 m/s2，依此计算，采用常用制动的制动距离不大于62 m，远小于在高速情况下的紧急制动距离，可见通过这样的设置可以保证列车不会发生意外超速问题，同时将列车控制在较低的运行速度，可以解决超速和制动力不足带来的安全影响。

对于因为动车60 m内操作车门紧急解锁引发的紧急制动，在故障处置原则上，要求一旦操纵紧急制动旁路开关就采取到站清客，这样可以消除对乘客造成的安全影响。对于风压不足导致的紧急制动，从安全方面考虑，一方面通过人工驾驶加强监督，为此，在紧急制动旁路中设置了1个提醒用的蜂鸣器（图2中EBBZ），实时提醒司机关注风压变化；另一方面在列车自身的安全设置方面，当4个以上转向架风缸压力不足时牵引系统将实施牵引封锁，列车丧失动力。因此，通过以上措施加之列车自身对牵引使能的逻辑保护关系，操作紧急制动旁路对列车控制系统安全保护作用的影响也可以有效化解。

3.3紧急制动旁路对其他列车安全保护性能的影响

人为原因或环路失电导致紧急制动主要有6个方面的触发源：一是人工驾驶模式下，未按下司机操纵手柄上的警惕装置超过3 s；二是按下紧急制动按钮；三是列车高速运行时，方向手柄回到0位；四是列车分离；五是紧急制动电气列车线环路中断或失电（紧急环路硬线中断）；六是DC110V控制电源失电。

对于人为失误导致的触发源，在操作紧急制动旁路后，主要以蜂鸣器的形式提醒司机注意驾驶，蜂鸣器并联在紧急制动旁路接触器两端（图2），操作紧急制动旁路后会持续鸣响，用以达到与操作警惕装置同样的警示作用。另外，在故障处理原则上，列车维持运行至终点站或存车线后将立即退出服务，这样严重的人为操纵失误应该是可以避免的。对于紧急制动按钮导致的制动停车，由于是人为保护措施，紧急制动旁路后该项功能仍然会保持有效，以维持人工驾驶模式下对列车的保护作用。

对于列车分离和DC110V控制电源失电等严重故障原因导致的紧急制动，从电路逻辑关系上可以判断是基本不受紧急制动旁路影响的，如列车发生脱钩等情况，除发生紧急制动外还会伴随着降弓、休眠等动作。因此，紧急制动旁路的设置不会影响列车解体后的安全保护作用，换言之，紧急制动旁路功能并不会扩大列车解体带来的安全影响，DC110V控制电源失电基本同理。

对于构成紧急制动环路的线路或电器元件故障导致的环路失电（即紧急制动接触器EBK失电），紧急制动旁路开关会发挥其旁路作用，以维持列车继续运行。从安全性方面讲，旁路这些电气线路及元件对列车安全运行并不构成直接影响，只会间接影响到列车某些保护功能的检测和发挥，而本文对这些影响已逐一进行了阐述，因此，紧急制动旁路在用于处理电气线路及电器元件时亦不会有安全性方面的影响。

3.4对运营效率的影响

当列车因不明原因发生紧急制动，并无法正常缓解时，如没有紧急制动旁路开关，司机通常会请求救援，救援过程将直接导致2列车清客，并至少造成20 min以上的延误。另外，为避免行车安全风险，两车连挂后通常的行车限速控制在30 km/h以内，这样的救援过程对于后续列车的影响还将继续扩大，因此，列车救援在各地铁运营线路中都是作为影响运营效率的重要指标予以严格控制的。

从各地铁的列车故障案例看，制动不缓解是导致列车救援的重要原因之一，通过适当加装旁路开关来避免故障救援已成共识。加装紧急制动旁路开关可消除紧急制动安全环路故障等因素导致的紧急制动不缓解问题，可大幅降低因此带来的列车救援概率，通过操作旁路开关可以将司机处理故障的时间压缩到数分钟以内，使列车得以维持运行，这等同于以自身动力进行的自救，同时单车40 km/h的运行速度也减少了对后续列车的影响，由此可见，加装紧急制动旁路开关对提高列车故障后运营维持能力，改善运营效率的作用是毋庸置疑的。

4　结束语

紧急制动旁路是针对紧急制动电路或部件故障而言，对于其可行性的研究就是对后续运行安全风险的研究。综上对导致紧急制动的各种触发源，即各种安全保护因素的分析来看，只要能合理设置紧急制动旁路开关，并严格规范该旁路开关的使用方案，那么在列车发生故障后，操作该旁路的安全运行是有保证的，通过其可行性研究，可进一步提升地铁列车的

故障处理能力，该旁路开关的设置已纳入杭州地铁4号线列车设计方案和杭州2号线列车改进优化方案，相信通过此项改进对减少正线列车救援将会大有帮助。

参考文献

[1] 南车南京浦镇车辆有限公司. 杭州地铁2号线车辆维修手册[G]. 2013.

[2] 南车南京浦镇车辆有限公司. 杭州地铁2号线电客车电气原理图[G]. 2013.

[3] 郭紫林，周述良. 地铁列车制动缓解旁路电路的改进[J]. 成都电子机械高等专科学校学报，2011，14（2）：33-36.

责任编辑 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

中图分类号：U266.2∶U260.35