城轨车辆司机室照明电路的改进设计

李　飞

(天津铁道职业技术学院，天津　300240)



城轨车辆司机室照明电路的改进设计

李飞

(天津铁道职业技术学院，天津300240)

摘要：司机室灯是为司机操纵列车提供照明的重要设备，它的正常工作可以为城轨车辆司机的进出站安全操作提供保证。文章以某型轻轨车辆为研究对象，对司机室照明电路进行了详细分析，结合分析结果并根据城轨列车行车过车中多司机室照明电路的要求，对电路作了进一步的改进设计。

关键词：城轨车辆；司机室；照明电路

1概述

城市轨道交通系统具有准点、换乘方便、快速等诸多优点，它在城市发展中的重要性越来越突出。如今，在中国各大城市正在大力发展城市轨道交通系统；在国外城市轨道交通的发展也如火如荼：亚的斯亚贝巴作为埃塞俄比亚的首都，随着其经济发展和人口增长，城市交通系统压力与日俱增。为缓解的斯亚贝巴城市交通日益增加的交通压力，埃塞俄比亚政府决定从中国引入城市轨道交通系统。2014年，埃塞俄比亚253名人员赴我院进行了为期长达10个月的成规技术培训，涉及机车车辆、通信信号、铁道电气化供电、交通运输及土木工程等六大专业。2015年初，所有学员圆满完成培训任务并顺利返回国内。目前亚的斯亚贝巴轻轨线路已经顺利运营大半年，这也从一定程度上印证了在我院的培训效果。作为城市轨道交通系统的一个重要组成部分，城市轨道交通车辆在运输过程中起着至关重要的作用。司机作为控制列车的专业人员，他的准确操纵对乘客以及设备的安全具有决定性的作用。为了避免司机的误操作，设计人员从不同的方面进行了改进：如在不同设备间增加互锁，改善司机工作条件(加装脚炉、空调等设备)。

夜间或地下线路行车时，城轨车辆运行过程中为了便于司机观察线路信号，必须将司机室灯关掉。当列车进出站台时，司机必须进行解除牵引力、施加常用制动等速度控制操作，并在列车听闻的基础上进行车门开关作业。由于车辆停靠站台的时间短，司机来不及找到司机室照明开关，只能在没有照明的环境下进行操作，这样增加了误操作的可能性，给列车行车以及乘客的安全乘车带来了安全隐患。目前，地铁车辆、轻轨车辆以及低地板车辆司机室照明均采用人为操控开关进行控制。在黑暗环境下找到开关，开启照明就是一个很大的问题。

2司机室照明电路分析

司机室照明采用交流灯管照明-直流供电的方式，直流电通过一个集成的小逆变器逆变后供给交流灯管使用。当司机闭合驾驶台上的蓄电池开关时，蓄电池通过空气开关QF13向司机室照明供电。通过电路分析可知，司机室照明不受司机室电钥匙的控制。只要确保照明电路空气开关闭合、蓄电池开关闭合，通过操纵司机室照明开关CLS，就可以开启司机室照明。

蓄电池开关闭合后，闭合司机室电钥匙，通过操纵驾驶台上的升弓按钮升起受电弓。此时静态逆变器SIV(static inverter)开始工作，通过其中的一条线路向蓄电池充电(此时蓄电池成为负载，不再供电)，另一条线路向直流负载设备(包括司机室照明)供电。当静态逆变器SIV出现故障时，蓄电池会自动向司机室照明设备供电，来保证司机室照明的正常使用。

QF13-空气开关；LGS(low voltage grounding switch)-低压接地开关；

通过对以上电路的分析可以发现：司机室照明的开启是由司机手动完成的；司机室照明设备采用静态逆变器和蓄电池双路供电。白天高架线路上行车时，司机室照明不必开启。但是在夜间或地下线路行车时，当列车停车或发车时，司机为了能够快速准确的操纵车辆，需要开启司机室照明设备。黑暗环境下，找到司机室照明开关很不容易，加之城轨车辆停站时间短，司机除了进行列车操纵外还要观察乘客上下车情况，很容易出现误操作。因此，目前的司机室照明电路存在一定缺陷。

在夜间或地下线路行车时，当列车停车或接近停车时，司机室照明能够自动开启；当列车启动后随着速度升高，当超过一定速度值时，司机室照明能够自动关闭。只有这样，司机室照明才能满足司机操纵城轨车辆的要求。

3司机室照明电路要求分析

为了满足夜间或地下线路行车时，司机室照明的自动开启和关闭，必须增加一些新的控制电路。与此同时，必须保留手动开关，以备在某些情况下手动开启司机室照明。因此，对司机室照明控制我们需要设计双路供电，一路满足手动控制(原有线路)，另一路满足自动控制(新线路)。

列车运行和进站停车这两种工况的主要区别就是列车的速度，所以设计新线路时可以采用速度继电器来控制电能供给。

白天和晚上或高架线路和地下线路，主要是光线强弱不同，采用光敏元件可以满足控制要求。对于光敏元件，其控制精度太低，可靠性太差，因此不采用光敏元件。列车配备客室照明设备满足乘客照明需要，在白天高架线路行车时，客室照明关闭；在夜间或地下线路行车时，客室照明开启。客室照明的控制，是司机通过驾驶台上的客室照明开关来实现的。当开启或关闭客室照明时，行车或进出站时，不会频繁操纵开关。当客室照明开启时，这说明是夜间或地下线路行车；当客室照明关闭时，这说明是白天高架线路行车。因此，新线路设计时，可以采用客室照明开关或客室照明线路的其他控制元件来控制新线路的电能供给。

4司机室照明电路的改进设计

在改进电路时，不仅要满足司机操纵列车的求，而且要尽量降低车辆的改造成本。城轨车辆上车门系统一般采用5km/h速度信号进行车门锁闭/解锁控制。因此，在进行车辆改造时不必增加新的速度继电器，直接采用门控系统的5km/h速度继电器的信号进行司机室照明的控制即可。

客室照明开关的控制触点数目一般不会有预留，因此如果想通过客室照明开关控制司机室照明，则需要更换客室照明控制开关。通过对客室照明电路进行分析，客室照明控制是通过照明开关控制继电器，进而通过继电器控制接触器来实现对客室照明的控制。继电器或接触器的控制触点一般都有预留，因此可以采用继电器或接触器来实现司机室照明的控制。

基于以上两点，对司机室照明控制电路进行了改进设计，改进后控制电路如下：

(a)利用接触器控制

(b)利用继电器控制

其中，

ZVR1-Zero velocity relay，为零速继电器的常开触点；

KM1,KM2为客室照明控制接触器的常开触点，客室左右两侧的照明设备分别由KM1及KM2控制；

KA1,KA2为客室照明中间继电器的常开触点，KA1,KA2分别控制接触器KM1,KM2线圈的得失电；

5司机室照明改进电路控制原理

改进电路中，增加了中间继电器KA1,KA2的常闭触点和接触器KM1,KM2的常开触点，这些触点由其对应的线圈来控制进行开闭动作。为方便分析，命名以下三个条件：

(1)零速继电器ZVR1线圈得电。

(2)接触器KM1线圈接触器或KM2线圈得电。

(3)中间继电器KA1线圈或中间继电器KA2线圈得电。

对改进电路(a)，通过分析可知：当条件(1)和(2)同时满足时，司机室照明设备自动开启；当条件(1)或(2)不满足时，司机室照明设备自动关闭。

对改进电路(b)，通过分析可知：当条件(1)和(3)同时满足时，司机室照明设备自动开启；当条件(1)或(3)不满足时，司机室照明设备自动关闭。

零速继电器的控制继电器VZVR由牵引控制单元TCU控制，每一个牵引控制单元由四个速度传感器为其提供速度信号。当列车速度V小于5km/h时，牵引控制单元内部程序控制中继驱动器使零速继电器的控制继电器VZVR线圈得电；当列车速度V大于等于5km/h时，牵引控制单元内部程序控制中继驱动器使零速继电器的控制继电器VZVR线圈失电。牵引控制单元部分电路如图3所示。

图3　牵引控制单元部分电路

当列车速度V小于km/h时，零速继电器的控制继电器VZVR线圈得电，此时其常开触点闭合，零速继电器ZVR1的线圈得电，其得电线路为：

103●TLN●VZVR●●LGS(接地)

其中：103-列车直流110V供电线(由蓄电池或辅助供电单元供电)；TLN(train line no fuse circuit breaker)-列车线保护用空气开关；-零速继电器的线圈；VZVR-零速继电器的控制继电器常开触点。

通过以上分析可知：当列车速度V小于5km/h时，条件(1)就可以满足。

客室照明部分控制电路如图4所示：

白天高架线路行车时，客室照明常闭控制开关SB3，SB4仍保持闭合状态。此时，中间继电器KA1，KA2的线圈同时得电，其常闭触点处于断开状态；接触器KM1，KM2的线圈同时失电，其常开触点处于断开状态。所以，不管是改进电路(a)还是改进电路(b)，司机室照明设备均处于断电状态。

夜间或地下线路行车时，当司机操纵客室照明常闭控制开关SB3或SB4，其常闭触点处于断开状态；中间继电器KA1或KA2的线圈同时失电，其常闭触点闭合；接触器KM1或KM2的线圈得电，其常开触点闭合。因此，不管是改进电路(a)还是改进电路(b)，司机室照明均处于得电工作状态。

6结论

通过以上分析，当以下两个条件：

其一，城轨车辆的运行速度V小于5km/h;

其二，客室照明设备单侧开启或双侧同时开启。

同时满足时，司机室照明设备自动开启；当两个条件中至少有一个不满足时，司机室照明自动关闭。

当列车进站时，车辆的运行速度逐渐降低。当运行速度V小于5km/h时，条件其一满足。如果此时是晚间或地下线路行车，客室照明设备单侧开启或双侧开启，司机室照明设备开启的第二个条件其二也满足，司机室照明设备就会自动开启，为司机开关门操作及车辆牵引制动控制操作提供照明；如果此时是白天高架线路行车，客室照明设备两侧均处于关闭状态，司机室照明开启的第二个条件其二不满足，司机室照明设备自动关闭关闭。

当列车离开站台时，随着车辆运行速度逐渐升高，当运行速度V大于等于5km/h时，条件其一不满足。此时不管是白天高架线路行车还是晚间或地下线路行车，司机室照明设备均会自动关闭，保证司机能够准确地观察列车运行线路信号。

原有控制线路的保留，可以实现司机室照明的人为控制。司机室照明设备开关CLS可用于列车照明设备试验时，强行开启司机室照明(不管其一、其二是否满足)。本文所提出的改进思路，同样适用于地铁和低地板车辆的司机室照明电路。

参考文献：

[1]李飞, 李元元.SS4G电力机车受电弓控制气路分析[J].科技创新导报，2012，(26).

[2]李元元, 李飞.SS4G电力机车受电弓控制电路分析[J].中国科技信息，2013，(06).

[3]李飞.CRH2型动车组常用制动控制电路分析[J].价值工程，2014，(36).

Modified Design of Cab Lighting Circuit of Urban Rail Vehicles

LI Fei

(TianjinRailwayVocationalTechnicalCollege,Tianjin, 300240)

Abstract:lights in cab are the important lighting equipment for drivers to drive the vehicles, its error free work can provide guarantee for safe operation of urban rail vehicles when in and out of station. This paper takes some light rail vehicle as research objective to detailed analyzes cab lighting circuit, and it further conduct circuit modified design combining the analysis result and requirement of cab lighting circuit of urban rail vehicles during driving.

Key words:urban rail vehicles; cab; lighting circuit

中图分类号：U260.4+1

文献标识码：A

文章编号：1673-582X(2016)02-0109-05

作者简介：李飞(1983-)，男，河南省人，天津铁道职业技术学院动力系讲师，主要从事铁道机车车辆电气控制、制动及总体等课程的教学与研究。

收稿日期：2015-09-21