城軌車輛安全電路設計研究

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摘要：文章針對城軌車輛的編組及連掛運營現狀，采用車鉤裝置內部可控觸點來代替繼電器進行安全電路的設計，實現了車輛獨立運行和連掛時安全回路的形成，使之滿足列車靈活編組時邏輯控制的需要。該設計可使安全回路更加簡單、合理，從而提高系統的可靠性與可維護性。

關鍵詞：城軌車輛；列車編組；繼電器；安全電路

1概述

目前，絕大多數國內外城軌車輛均采用固定編組或兩列車重聯的運營方式。在發(fā)車間隔相同的條件下，采用固定編組的列車只有一種運營模式，若按高峰客流配置列車編組，則在客流低峰時會造成列車運力浪費，增加運營成本；若按低峰客流配置列車編組，則在客流高峰時列車運能不足，會導致人員擁擠，極易引發(fā)事故；采用兩列車重聯運營，可以適應高峰客流及50%高峰客流的工況，但當客流在50%~100%高峰客流之間變化時，列車必須以重聯方式運營，同樣造成運力的浪費和能耗的增加。另外，在遇到突發(fā)大客流（如特殊節(jié)假日客流超過普通高峰客流）的情況時，無論是固定編組列車還是重聯運營列車，同樣存在運力不足的問題；固定編組列車長度較長，不方便在較短的線路上存放，會造成停車場空間的浪費。因此采用可以由任意節(jié)數車輛組成的列車，不僅可以適應1/N~100%高峰客流的工況（N為列車編組車輛數），而且對于突發(fā)大客流的情況，仍然可以通過增加列車編組的形式滿足運能需求。軌道交通領域使用靈活編組設計的車輛目前還為數不多，國內有上海軌道交通16號線、廣州市軌道交通三號線采用三節(jié)基本編組，可以實現三三連掛編組重聯運營，但沒有完全實現自由連掛；在出口土耳其的IZMIRL1E項目上實現了單節(jié)車連掛。而且，可靈活編組車輛在連掛運行與解編運行時，大多采用中間繼電器作為邏輯控制構成閉環(huán)控制電路，因繼電器本身的特性導致其故障具有偶然性和不重復性，在繼電器數量比較多的情況下，故障率將明顯增加，影響系統的運行可靠性。據統計，車輛控制故障中，60%以上的故障是由繼電器故障引起。針對可靈活編組列車，筆者對其安全電路進行了設計，通過車鉤裝置內部的可控觸點來代替繼電器，實現車輛獨立運行和連掛時安全回路的形成，使之滿足列車靈活編組時邏輯控制的需要，通過該電路可使安全回路電路更加簡單、合理，從而提高系統的可靠性與可維護性。

2靈活編組列車安全電路設計

列車安全電路的設計原則是：不管是單節(jié)車運行還是連掛運行，安全電路必須形成一個閉合的回路，當此回路斷開時列車將施加緊急制動。2.1單車運行時列車安全電路設計。列車單節(jié)車獨立運行時安全電路原理如圖1所示。車輛兩端的電氣車鉤觸點閉合，車輛“末端選擇開關1”和“末端選擇開關2”都置“合”位，可實現列車單節(jié)編組時安全回路的形成。列車安全回路的形成路徑具體如下：車輛安全回路高電平信號通過微型斷路器F→“列車末端選擇開關1”的1/2觸點→Ⅰ端電氣車鉤閉合觸點→“列車末端選擇開關1”的4/3觸點→緊急制動按鈕→“列車末端選擇開關2”的2/1觸點→Ⅱ端電氣車鉤閉合觸點→信號系統設備、制動系統設備及牽引系統設備。只要列車解鉤，車端電氣車鉤常閉觸點就會閉合，安全回路自動形成，無需人工干預，方便快捷。2.2連掛運行時列車安全電路設計。列車多節(jié)車連掛運行時安全電路原理如圖2所示。車輛連掛時，連掛端的電氣車鉤觸點斷開，非連掛端的電氣車鉤觸點閉合，車輛連掛端“末端選擇開關1”和“末端選擇開關2”都置“否”位，車輛非連掛端“末端選擇開關1”和“末端選擇開關2”都置“是”位，可實現車輛連掛編組時安全回路的形成。列車安全回路的形成路徑具體如下：車輛安全回路高電平信號通過車輛1非連掛端的微型斷路器F→車輛1“列車末端選擇開關1”的1/2觸點→車輛1的Ⅰ端電氣車鉤閉合觸點→車輛1“列車末端選擇開關1”的4/3觸點→車輛1緊急制動按鈕→車輛1“列車末端選擇開關2”的4/3觸點→車輛2“列車末端選擇開關1”的6/5觸點→車輛2緊急制動按鈕→車輛2“列車末端選擇開關2”的2/1觸點→車輛2的Ⅱ端電氣車鉤閉合觸點→連掛車鉤→主控車輛（ATC、車輛控制單元為主控）→信號系統設備、制動系統設備及牽引系統設備。多節(jié)車輛連掛時，列車所有可能會產生緊急制動的部件（如緊急停車按鈕）或系統（如ATC系統和列車控制系統）都被串聯在一個電路內，中間沒有繼電器的過渡轉換，使系統的反應時間更快（一般繼電器或接觸器的反應時間為30~50ms），可靠性會更強。本設計的特點是主要針對可靈活編組車輛，在連掛時無需人為干預，只要車輛連掛完成，該安全回路就自動形成，最大限度地保障了電路的可靠性，降低人工操作過程，節(jié)省時間。

3傳統電路與新型電路比較

傳統電路要想實現車輛靈活連掛或解鉤形成閉合回路，必須借助大量中間繼電器，但繼電器機械觸點易出現卡位、抖動、接觸不良等故障，受環(huán)境及動作次數限制，其可靠性低。長期保持得電狀態(tài)的繼電器，其線圈持續(xù)發(fā)熱易導致內部材料加速老化，從而出現繼電器線圈故障；而長期低負載的觸點由于潤濕電流不足，不能有效去除表面氧化薄膜，易導致接觸不良。列車電氣故障60%~80%是由于繼電器故障引起的。有繼電器和無繼電器電路的特性對比見表1。綜上所述，與現有的軌道交通系統相比，本創(chuàng)新設計的車輛實現了任意編組列車安全電路的自動形成，實現了車輛的最優(yōu)配置；采用專門為可靈活編組車輛設計的內部具有可控觸點的電氣車鉤裝置，通過車鉤裝置內部的可控觸點（車輛連掛時斷開，解編時閉合），實現了車輛自動自由連掛功能。本設計使列車在實際運行中減少由于繼電器引起的故障，提高列車的無故障率，從而提高系統的可靠性與可維護性。

4結束語

通過車鉤裝置內部的可控觸點來實現車輛獨立運行和連掛時安全回路的形成，替代了大量中間繼電器，使之滿足列車靈活編組時邏輯控制的需要。該設計可使安全回路更加簡單、合理，從而提高系統的可靠性與可維護性。本設計在廣州APM車輛項目及北京機場APM車輛項目中得到了很好的應用，運行情況良好，為后續(xù)大面積推廣提供了寶貴的應用經驗。

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作者:彭駒 單位:中車株洲電力機車有限公司