城轨车辆安全电路设计研究

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摘要：文章针对城轨车辆的编组及连挂运营现状，采用车钩装置内部可控触点来代替继电器进行安全电路的设计，实现了车辆独立运行和连挂时安全回路的形成，使之满足列车灵活编组时逻辑控制的需要。该设计可使安全回路更加简单、合理，从而提高系统的可靠性与可维护性。

关键词：城轨车辆；列车编组；继电器；安全电路

1概述

目前，绝大多数国内外城轨车辆均采用固定编组或两列车重联的运营方式。在发车间隔相同的条件下，采用固定编组的列车只有一种运营模式，若按高峰客流配置列车编组，则在客流低峰时会造成列车运力浪费，增加运营成本；若按低峰客流配置列车编组，则在客流高峰时列车运能不足，会导致人员拥挤，极易引发事故；采用两列车重联运营，可以适应高峰客流及50%高峰客流的工况，但当客流在50%~100%高峰客流之间变化时，列车必须以重联方式运营，同样造成运力的浪费和能耗的增加。另外，在遇到突发大客流（如特殊节假日客流超过普通高峰客流）的情况时，无论是固定编组列车还是重联运营列车，同样存在运力不足的问题；固定编组列车长度较长，不方便在较短的线路上存放，会造成停车场空间的浪费。因此采用可以由任意节数车辆组成的列车，不仅可以适应1/N~100%高峰客流的工况（N为列车编组车辆数），而且对于突发大客流的情况，仍然可以通过增加列车编组的形式满足运能需求。轨道交通领域使用灵活编组设计的车辆目前还为数不多，国内有上海轨道交通16号线、广州市轨道交通三号线采用三节基本编组，可以实现三三连挂编组重联运营，但没有完全实现自由连挂；在出口土耳其的IZMIRL1E项目上实现了单节车连挂。而且，可灵活编组车辆在连挂运行与解编运行时，大多采用中间继电器作为逻辑控制构成闭环控制电路，因继电器本身的特性导致其故障具有偶然性和不重复性，在继电器数量比较多的情况下，故障率将明显增加，影响系统的运行可靠性。据统计，车辆控制故障中，60%以上的故障是由继电器故障引起。针对可灵活编组列车，笔者对其安全电路进行了设计，通过车钩装置内部的可控触点来代替继电器，实现车辆独立运行和连挂时安全回路的形成，使之满足列车灵活编组时逻辑控制的需要，通过该电路可使安全回路电路更加简单、合理，从而提高系统的可靠性与可维护性。

2灵活编组列车安全电路设计

列车安全电路的设计原则是：不管是单节车运行还是连挂运行，安全电路必须形成一个闭合的回路，当此回路断开时列车将施加紧急制动。2.1单车运行时列车安全电路设计。列车单节车独立运行时安全电路原理如图1所示。车辆两端的电气车钩触点闭合，车辆“末端选择开关1”和“末端选择开关2”都置“合”位，可实现列车单节编组时安全回路的形成。列车安全回路的形成路径具体如下：车辆安全回路高电平信号通过微型断路器F→“列车末端选择开关1”的1/2触点→Ⅰ端电气车钩闭合触点→“列车末端选择开关1”的4/3触点→紧急制动按钮→“列车末端选择开关2”的2/1触点→Ⅱ端电气车钩闭合触点→信号系统设备、制动系统设备及牵引系统设备。只要列车解钩，车端电气车钩常闭触点就会闭合，安全回路自动形成，无需人工干预，方便快捷。2.2连挂运行时列车安全电路设计。列车多节车连挂运行时安全电路原理如图2所示。车辆连挂时，连挂端的电气车钩触点断开，非连挂端的电气车钩触点闭合，车辆连挂端“末端选择开关1”和“末端选择开关2”都置“否”位，车辆非连挂端“末端选择开关1”和“末端选择开关2”都置“是”位，可实现车辆连挂编组时安全回路的形成。列车安全回路的形成路径具体如下：车辆安全回路高电平信号通过车辆1非连挂端的微型断路器F→车辆1“列车末端选择开关1”的1/2触点→车辆1的Ⅰ端电气车钩闭合触点→车辆1“列车末端选择开关1”的4/3触点→车辆1紧急制动按钮→车辆1“列车末端选择开关2”的4/3触点→车辆2“列车末端选择开关1”的6/5触点→车辆2紧急制动按钮→车辆2“列车末端选择开关2”的2/1触点→车辆2的Ⅱ端电气车钩闭合触点→连挂车钩→主控车辆（ATC、车辆控制单元为主控）→信号系统设备、制动系统设备及牵引系统设备。多节车辆连挂时，列车所有可能会产生紧急制动的部件（如紧急停车按钮）或系统（如ATC系统和列车控制系统）都被串联在一个电路内，中间没有继电器的过渡转换，使系统的反应时间更快（一般继电器或接触器的反应时间为30~50ms），可靠性会更强。本设计的特点是主要针对可灵活编组车辆，在连挂时无需人为干预，只要车辆连挂完成，该安全回路就自动形成，最大限度地保障了电路的可靠性，降低人工操作过程，节省时间。

3传统电路与新型电路比较

传统电路要想实现车辆灵活连挂或解钩形成闭合回路，必须借助大量中间继电器，但继电器机械触点易出现卡位、抖动、接触不良等故障，受环境及动作次数限制，其可靠性低。长期保持得电状态的继电器，其线圈持续发热易导致内部材料加速老化，从而出现继电器线圈故障；而长期低负载的触点由于润湿电流不足，不能有效去除表面氧化薄膜，易导致接触不良。列车电气故障60%~80%是由于继电器故障引起的。有继电器和无继电器电路的特性对比见表1。综上所述，与现有的轨道交通系统相比，本创新设计的车辆实现了任意编组列车安全电路的自动形成，实现了车辆的最优配置；采用专门为可灵活编组车辆设计的内部具有可控触点的电气车钩装置，通过车钩装置内部的可控触点（车辆连挂时断开，解编时闭合），实现了车辆自动自由连挂功能。本设计使列车在实际运行中减少由于继电器引起的故障，提高列车的无故障率，从而提高系统的可靠性与可维护性。

4结束语

通过车钩装置内部的可控触点来实现车辆独立运行和连挂时安全回路的形成，替代了大量中间继电器，使之满足列车灵活编组时逻辑控制的需要。该设计可使安全回路更加简单、合理，从而提高系统的可靠性与可维护性。本设计在广州APM车辆项目及北京机场APM车辆项目中得到了很好的应用，运行情况良好，为后续大面积推广提供了宝贵的应用经验。

参考文献：

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[4]丁荣军.现代轨道牵引传动及控制技术研究与发展[J].机车电传动，2010（5）：1-8.

作者:彭驹 单位:中车株洲电力机车有限公司