寧波地鐵5號線全自動運(yùn)行系統(tǒng)人員防護(hù)開關(guān)設(shè)計

常 峰 劉雪萍

(1.中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，610031，成都； 2.成都地鐵運(yùn)營有限公司，610041，成都∥第一作者，工程師)

隨著城市軌道交通信號系統(tǒng)的逐步發(fā)展，采用全自動運(yùn)行系統(tǒng)將成為城市軌道交通建設(shè)的趨勢。全自動運(yùn)行系統(tǒng)需要多系統(tǒng)聯(lián)動，信息反饋系統(tǒng)、監(jiān)督系統(tǒng)、遠(yuǎn)程干預(yù)系統(tǒng)互相結(jié)合，因此更加強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)的安全性。應(yīng)用全自動運(yùn)行系統(tǒng)后對既有運(yùn)營模式的影響有：減少運(yùn)營人員總量、強(qiáng)調(diào)工作職責(zé)一專多能、對運(yùn)營人員的技能要求有所提高；行車組織和系統(tǒng)維護(hù)更需要適應(yīng)全自動運(yùn)行的特點(diǎn)，更依賴于中央集中管理。

已有不少科研人員對全自動運(yùn)行信號系統(tǒng)的SPKS(人員防護(hù)開關(guān))設(shè)計進(jìn)行了研究。文獻(xiàn)[1]結(jié)合線路配線、道岔設(shè)置及列車自動防護(hù)原理，根據(jù)常規(guī)線路運(yùn)營方式，對SPKS設(shè)置方法進(jìn)行了理論研究，提出SPKS設(shè)置方案，但其SPKS的防護(hù)應(yīng)用場景考慮不全面，未對存車線及出入段線等復(fù)雜運(yùn)營場景進(jìn)行分析。文獻(xiàn)[2]通過對具體全自動運(yùn)行安全區(qū)域防護(hù)場景進(jìn)行分析，結(jié)合SPKS的實現(xiàn)原理提出了安全防護(hù)策略，但其對涉及安全的SPKS旁路操作只采用總旁路，未實現(xiàn)總旁路和單個開關(guān)旁路的雙確認(rèn)安全操作功能。文獻(xiàn)[3]從列車自動防護(hù)角度出發(fā)，分析了SPKS的設(shè)計原理，研究了不同運(yùn)營場景下的SPKS設(shè)計方案和實現(xiàn)方式，但其在安全型電路設(shè)計上存在缺陷。

鑒于此，本文針對全自動運(yùn)行系統(tǒng)下軌旁作業(yè)人員的安全和運(yùn)營效率矛盾問題，結(jié)合寧波地鐵5號線工程的具體實施情況，對全自動運(yùn)行系統(tǒng)的SPKS應(yīng)用場景、設(shè)計原理、防護(hù)區(qū)域劃分、與門禁聯(lián)鎖等方面進(jìn)行了分析研究，提出了合理的SPKS整體設(shè)計方案。本文研究可為全自動運(yùn)行線路的建設(shè)提供工程經(jīng)驗與技術(shù)指導(dǎo)。

1 人員防護(hù)開關(guān)應(yīng)用場景

全自動運(yùn)行系統(tǒng)需要設(shè)置人員防護(hù)區(qū)域，主要由所設(shè)置的SPKS實現(xiàn)區(qū)域防護(hù)功能。SPKS通常設(shè)置于室內(nèi)或軌旁，為運(yùn)營及維護(hù)人員進(jìn)入全自動運(yùn)行區(qū)域提供安全防護(hù)。SPKS的主要應(yīng)用場景有庫內(nèi)計劃或臨時清掃/檢修作業(yè)、登乘車場列車、車場自動化區(qū)域施工作業(yè)、車輛段內(nèi)從自動化區(qū)至非自動化區(qū)調(diào)車作業(yè)、軌行區(qū)維檢修作業(yè)和區(qū)間故障停車等。在上述幾個場景下,需要激活SPKS以建立全自動運(yùn)行安全防護(hù)區(qū)域。

2 人員防護(hù)開關(guān)系統(tǒng)設(shè)計

2.1 人員防護(hù)開關(guān)設(shè)計原理

SPKS激活后，全自動運(yùn)行系統(tǒng)為其建立安全防護(hù)分區(qū)，分區(qū)內(nèi)的列車立即停車或保持靜止?fàn)顟B(tài)不發(fā)生移動，分區(qū)外的列車不允許進(jìn)入分區(qū)內(nèi)。經(jīng)由安全防護(hù)分區(qū)的所有列車及調(diào)車進(jìn)路始端信號機(jī)不允許開放，已開放的信號應(yīng)立即關(guān)閉。經(jīng)由安全防護(hù)分區(qū)的保護(hù)區(qū)段狀態(tài)設(shè)置為未鎖閉。

信號聯(lián)鎖子系統(tǒng)與SPKS接口，采集SPKS按鈕繼電器，并納入聯(lián)鎖進(jìn)路檢查條件。工作人員通過SPKS實施封鎖區(qū)域后，聯(lián)鎖不允許辦理經(jīng)由該封鎖區(qū)域的列車進(jìn)路，對于已辦理的進(jìn)路立即關(guān)閉相應(yīng)信號，并將封鎖區(qū)域的信息發(fā)送至軌旁ATP(列車自動防護(hù))設(shè)備及ATS(列車自動監(jiān)控)設(shè)備。SPKS采集電路如圖1所示。

圖1 SPKS采集電路Fig.1 SPKS collection circuit

根據(jù)TB/T 2615—2018《鐵路信號故障—安全原則》，當(dāng)SPKS未激活時，SPKS按鈕繼電器常態(tài)處于得電勵磁吸起狀態(tài)。SPKS控制電路如圖2所示。當(dāng)把SPKS旋鈕旋至激活狀態(tài)時，SPKS按鈕繼電器失電落下，同時當(dāng)聯(lián)鎖條件也滿足時，驅(qū)動SPKS繼電器勵磁吸起，接通SPKS指示燈電路，SPKS室內(nèi)外指示燈(每個開關(guān)提供兩組接點(diǎn))點(diǎn)亮后，表示該防護(hù)區(qū)域已封鎖。

圖2 SPKS控制電路Fig.2 SPKS control circuit

SPKS控制電路納入聯(lián)鎖，其操作及狀態(tài)條件直接關(guān)系到行車安全，為了防止SPKS因故處于激活狀態(tài)或誤操作后影響列車的正常運(yùn)營，設(shè)置SPKS旁路按鈕(帶鉛封的自復(fù)式按鈕)和SPKS總旁路按鈕(帶鉛封的非自復(fù)式按鈕)。在進(jìn)行SPKS旁路操作時，需要先按下SPKS總旁路按鈕，再按下對應(yīng)的SPKS旁路按鈕，實現(xiàn)雙確認(rèn)安全操作。SPKS總旁路控制電路和旁路控制電路分別如圖3和圖4所示。

圖3 SPKS總旁路控制電路Fig.3 SPKS general bypass control circuit

圖4 SPKS旁路控制電路Fig.4 SPKS bypass control circuit

SPKS故障未恢復(fù)前，當(dāng)聯(lián)鎖設(shè)備采集到SPKS旁路按鈕繼電器勵磁時，不管SPKS處于什么狀態(tài)，將不再驅(qū)動SPKS，室內(nèi)外SPKS指示燈將熄滅。同時，將SPKS非激活狀態(tài)發(fā)送至ZC(區(qū)域控制器)，并在人機(jī)界面上顯示SPKS旁路狀態(tài)，此時可以辦理并開放相關(guān)進(jìn)路，列車根據(jù)移動授權(quán)行車。

2.2 正線人員防護(hù)區(qū)域設(shè)計原則

每個站臺的每個區(qū)間下軌行區(qū)入口設(shè)置一個SPKS，防護(hù)范圍為本站站臺區(qū)域的軌道區(qū)段和區(qū)間所有軌道區(qū)段。本站SPKS防護(hù)范圍不能影響其他車站列車正向進(jìn)站，SPKS的區(qū)間防護(hù)范圍不對其他車站正向出站信號機(jī)的保護(hù)區(qū)段進(jìn)行防護(hù)。

2.2.1 出/入段線SPKS防護(hù)區(qū)域

經(jīng)堂庵跟車輛段與布政站接軌，為了兼顧運(yùn)行效率，出/入段線處作業(yè)不影響布政站正常進(jìn)/出站作業(yè)，將出/入段線分別劃分為兩個防護(hù)區(qū)域，分別由SPKS0105(其中01為車站編號，05為順序編號，其他同義)和SPKS0106防護(hù)，防護(hù)區(qū)域范圍從交叉渡線岔尖前計軸延伸至轉(zhuǎn)換軌處正線與車輛段的接口分界點(diǎn)計軸處。正線按照上下行方向分別防護(hù)的原則，考慮道岔區(qū)離站臺端部較近，SPKS0101防護(hù)范圍由布政站進(jìn)站計軸處延伸至車擋，并延伸至交叉渡線處兩個計軸分界點(diǎn)處。單渡線處的SPKS防護(hù)區(qū)域劃分與交叉渡線處的原則類似，以單渡線上的分界計軸點(diǎn)作為劃分邊界。出/入段線處SPKS防護(hù)區(qū)域劃分示意圖如圖5所示。

圖5 出/入段線處SPKS防護(hù)區(qū)域劃分示意圖

2.2.2 Y型出/入場線SPKS防護(hù)區(qū)域

前殷停車場由泗港站及曹隘站呈Y形與其接軌，SPKS防護(hù)區(qū)域劃分原則與車輛段出/入段線一致，Y型出/入場線SPKS防護(hù)區(qū)域劃分如圖6所示。

圖6 Y型出/入場線SPKS防護(hù)區(qū)域劃分

2.2.3 無岔站SPKS防護(hù)區(qū)域

三官堂站正向出站端SPKS2101防護(hù)范圍考慮到進(jìn)入軌行區(qū)作業(yè)需進(jìn)入本站站臺的情況，其防護(hù)范圍涵蓋本站站臺，并延伸至下一站(盎孟港站)進(jìn)站計軸處。三官堂站反向出站端SPKS2102防護(hù)范圍從本站站臺延伸至盎孟港站保護(hù)區(qū)段計軸處，當(dāng)激活SPKS2102時，不影響盎孟港站列車正常作業(yè)，極大地提升了運(yùn)營效率。無岔站SPKS防護(hù)區(qū)域劃分如圖7所示。

圖7 無岔站SPKS防護(hù)區(qū)域劃分Fig.7 SPKS protection area division of station without turnout

2.2.4 有岔站(含存車線)SPKS防護(hù)區(qū)域

考慮到存車線區(qū)域運(yùn)營效率的影響，需要單獨(dú)把存車線劃分為一個防護(hù)分區(qū)，為正線每個站的存車線區(qū)域設(shè)置單獨(dú)的SPKS，防護(hù)范圍為存車線區(qū)域和存車線的道岔區(qū)域(除正線道岔)。例如廟堰站SPKS0605防護(hù)分區(qū)包含兩條存車線，當(dāng)需要在存車線作業(yè)時，激活SPKS0605并封鎖存車線區(qū)域，待作業(yè)人員維護(hù)檢修完畢，確認(rèn)安全無誤后復(fù)位SPKS0605，保證正線上下行列車的正常進(jìn)出站作業(yè)，提高運(yùn)營效率。有岔站(含存車線)SPKS防護(hù)分區(qū)劃分如圖8所示。

圖8 有岔站(含存車線)SPKS防護(hù)區(qū)域分區(qū)劃分

2.3 自動化車輛段/停車場人員防護(hù)區(qū)域設(shè)計原則

2.3.1 SPKS防護(hù)分區(qū)設(shè)置基本原則

經(jīng)堂庵跟車輛段劃分為自動化區(qū)域和非自動化區(qū)域，非自動化區(qū)因為有司機(jī)駕駛列車在段場內(nèi)低速運(yùn)行，無需設(shè)置SPKS進(jìn)行防護(hù)。根據(jù)自動化區(qū)作業(yè)規(guī)則，需設(shè)置SPKS對作業(yè)人員進(jìn)行安全防護(hù)[4-5]。例如SPKS激活后，車載信號系統(tǒng)切除牽引并施加制動，信號系統(tǒng)在確保SPKS防護(hù)區(qū)域內(nèi)列車已停穩(wěn)且不會有列車闖入時，點(diǎn)亮對應(yīng)的股道檢修通道入口處指示燈，由系統(tǒng)保證作業(yè)人員進(jìn)入車庫以及上車過程中列車不會移動。

為便于場調(diào)操作，人員防護(hù)開關(guān)按鈕設(shè)置于DCC(車場控制中心)室內(nèi)。運(yùn)用庫的停車/列檢線每兩股道設(shè)置一個SPKS防護(hù)分區(qū)，其中雙列停車庫的A軌、B軌在同一隔離分區(qū)中，防護(hù)范圍包含隔離分區(qū)內(nèi)的所有區(qū)段。每一條雙周/三月檢線設(shè)置一個SPKS防護(hù)分區(qū)。待修車停放線設(shè)置一個SPKS防護(hù)分區(qū)。咽喉區(qū)設(shè)置一個SPKS防護(hù)分區(qū)，防護(hù)范圍包括咽喉區(qū)、自動化區(qū)與非自動化區(qū)的轉(zhuǎn)換軌、洗車線、停車/列檢線的A軌、雙周/三月檢線、待修車停放線。自動化區(qū)與非自動化區(qū)的轉(zhuǎn)換軌設(shè)置一個SPKS防護(hù)分區(qū)，防護(hù)范圍為轉(zhuǎn)換軌。洗車線設(shè)置一個SPKS防護(hù)分區(qū)，防護(hù)范圍包括洗車庫所在的區(qū)段和洗車庫后折返區(qū)段。在每個SPKS防護(hù)分區(qū)的入口處設(shè)置SPKS室外指示燈。

2.3.2 自動化區(qū)門禁與SPKS聯(lián)鎖功能

車輛段自動化區(qū)入口處門禁需與SPKS設(shè)置聯(lián)鎖[6]，信號專業(yè)提供SPKS繼電器干接點(diǎn)，門禁系統(tǒng)從該接線端子處用硬線取干接點(diǎn)，串聯(lián)接入增加的繼電器控制回路，實現(xiàn)門禁與SPKS開關(guān)的聯(lián)鎖功能。門禁與SPKS聯(lián)鎖控制電路如圖9所示。

圖9 門禁與SPKS聯(lián)鎖控制電路

3 結(jié)語

城市軌道交通全自動運(yùn)行系統(tǒng)自動化程度高，需更多的技術(shù)系統(tǒng)參與提供服務(wù)和安全保障，在提升運(yùn)營效率的同時更多地需考慮對作業(yè)人員的安全防護(hù)。人員防護(hù)開關(guān)為保障作業(yè)人員的安全提供一種保障手段。本文結(jié)合寧波地鐵5號線一期工程實施情況，對存車線及出入段線等復(fù)雜運(yùn)營場景進(jìn)行了全面分析，設(shè)置了更加合理的防護(hù)分區(qū)。在人員防護(hù)開關(guān)采集、驅(qū)動和控制電路設(shè)計中做了前后接點(diǎn)采集、雙線圈驅(qū)動和雙確認(rèn)操作等方面的優(yōu)化，提升了人員防護(hù)開關(guān)電路設(shè)計的安全性和可靠性。結(jié)合調(diào)度、維護(hù)等需求，增加了自動化區(qū)門禁與SPKS聯(lián)鎖功能，進(jìn)一步提升了人員防護(hù)開關(guān)的可用性。為后續(xù)全自動運(yùn)行線路人員防護(hù)開關(guān)的設(shè)計提供了有益的借鑒和指導(dǎo)。