铁路信号系统安全理念与实现
2021-11-23牟清国
牟清国
河钢宣钢物流公司 河北张家口 075100
随着社会经济的飞速发展,社会逐渐意识到交通运输对于经济发展的重要性,尤其是铁路交通方面,在国家的重视下,铁路布局四通八达、列车时速再创新高,把铁路打造成国家的一张名片,也为经济的发展和社会的进步起到积极的推动作用。铁路交通系统的组成部分当中,铁路信号系统为列车在铁路上的奔腾保障了安全性,使得乘客乘车放心、货物运输安心。但在实际的工作过程中,铁路信号系统或多或少会出现一些问题和漏洞,系统的运行也不是十全十美。因此,工作人员要重视系统工作过程中出现的问题,并进行深入的探讨和分析,从而创新发展铁路信号系统的安全理念,推动铁路安全性的实现,并最终逐步地提高铁路交通系统的安全性能。
1 铁路信号系统概论
1.1 铁路信号系统
铁路信号系统是铁路信号显示、变化和控制的系统。在铁路上列车运行的过程中,铁路信号系统通过控制铁路信号的显示和变化,从而保障铁路上的列车行车安全、列车调车工作安全,并增强列车在铁路车站或铁路路线区间通过的能力和货车运输编组的能力。在保障铁路交通运输安全性的众多系统中,铁路信号系统占据首要地位。随着科学技术的发展,通信技术和信息技术为铁路信号系统提供了全新的发展方向,为了确保铁路运输系统的可靠性、稳定性和安全性,建设列车能够安全、安心行驶的铁路,发展升级铁路信号系统的各种设备和软件、通过解决实际发生的问题积累系统工作经验是关键。在当今的铁路交通中,经过不断的发展,铁路信号系统已经由“列车行驶的指向标志”变成为“保障铁路列车运行安全的调控中枢”,在铁路交通中占据越来越重要的地位,具有一个科技水平高、创新能力强的铁路信号系统,是一个国家铁路发展达到现代化的标准[1]。
在我国,铁路信号系统具有多种分类,根据实际列车运行的应用场所可以分为车站信号控制系统、区间信号控制系统、行车指挥控制系统以及列车运行控制系统等多项铁路信号系统。而其发展也经历了多个阶段,在2008年之后,国家进行大规模的铁路路线建设,积极发展客运列车与货运列车共线行驶,并逐步的研究和发展高速铁路技术,铺设了大范围的高铁路线网,铁路信号系统也随之而得到了新一阶段的发展。在这一时期中,主要开发出CTCS-2以及CTCS-3铁路信号列控系统,并且在国内的大部分铁路中得到了应用。其主要利用列车车载的信号接收设备,实时地对列车行驶过程中的地面铁路数据进行收集,之后通过预设的算法实时计算列车行驶速度的动态曲线,通过建立的数学模型监控列车的行驶,并及时地对列车运行作出调整。
铁路信号系统也在不断地进行发展和尝试。在2017年,行业人员结合自动控制理论和技术,开发出新型铁路信号控制系统,即列车自动运行系统,并且在珠三角的相关铁路上投入使用,正式在CRH6A型动车组列车进行实践运营。之后在2019年,铁路信号系统又迎来一个新的发展阶段,京张高速铁路正式建设竣工,这条高速铁路是我国第一条智能化铁路,铁路信号系统的技术又得到了长足的发展,并且京张高铁的列车以无人驾驶的形式运行,为铁路信号系统的发展指明了全新的发展方向。
1.2 铁路信号系统安全理念
铁路信号系统是保障铁路交通列车安全性的重要主体,在实际的发展过程中,“故障导向安全”原则应当作为行业人员进行铁路信号系统优化发展的基准,始终以安全理念进行设计和实践。
铁道信号系统具有两项主要的功能。其一是进行资料传输,将列车运行过程中的各项行驶参数和铁路路线数据,通过通信技术反馈至铁路交通指挥中心,以此作为指挥列车运行、调整行驶状况的重要参考,使得铁路列车的指挥调控效率得到提高。其二是维系列车和铁路交通指挥中心之间的通信功能,使列车能够实时地接收指挥中心传递的相关信息,并与外界相连通,保持联络功能。因此,在发展铁路信号系统的安全理念时,需要进一步围绕这两项主要功能进行[2]。既满足列车的数据资料反馈的效率,又要维持列车行驶过程中的与外界通信功能的畅通,并且在基础上保障两项功能的安全性能,之后进一步确保其他部分的安全性能。最终设计完善的铁路信号系统,实现列车的安全行驶。
由于技术的发展、铁路的种类、铁路交通的需求,铁路信号系统的安全理念会有所不同,工作人员需要及时地做出变化。对于普速铁路,发展时间长,信号系统已经基本成熟,并且普速铁路的列车行驶速度规定最高不得超过160千米每小时,较低的行驶速度决定其信号系统不会高度复杂,常规的普速铁路信号系统都基本由电气电路构成。因此,普速铁路的信号安全理念可以关注于指挥列车停止行驶,保障列车平稳运行的状态。对于高速铁路,自2008年以来,高速铁路信号系统全面配备列控系统,以CTCS-2级与CTCS-3级型号为主,融合了信息技术和通信技术进行优化升级,系统呈现了软件化和网络化的主要特征,能够适应高速铁路上列车较高的行驶速度以及具备较高的指挥调控效率。但信息技术在带来优势的同时,也造成了相应的不足,由于高速铁路信号系统依赖设备,多个设备之间的接口数量众多,导致系统运行过程中的信号安全无法得到完备的保障。在高速铁路信号系统的安全理念中,不仅要指挥列车的停止行驶状态,还要实时监测高铁列车在行驶中的速度,及时进行速度调控,避免列车超出铁路设计的最高限制速度,造成安全事故。在其中,高速铁路信号系统的安全理念以列车行驶速度的控制为主,与普速铁路相比,安全理念得到了一定的发展进步,更适应时代的变化。
在建设和应用铁路信号系统的初始阶段,铁路部门的目的是利用铁路信号对列车进行实时的行驶指挥和通信联络,从而保障列车行驶的安全性。但随着技术的发展和时代的需求,铁路的列车行驶速度不断地提高,信息技术逐渐应用于铁路信号系统,铁路也朝着自动化、智能化的方向不断发展,信号系统的安全理念也应当作出进步,适应变化。
2 铁路信号系统安全理念的实现策略
2.1 普速铁路
普速铁路发展时间久、存在时间长,虽然在大部分地区,高速铁路承担了主要的交通运输任务,但是在高速铁路没有覆盖到的相对落后的地区,普速铁路仍然承担着连接外部世界的作用,对当地居民意义重大。对于普速铁路,由于列车行驶速度较低,其信号系统的组成内容相对简单,以指挥列车停止行驶为主要目的。在有关列车行驶安全性的部分中,只包括铁路连锁和行车闭塞两套子系统,两者之间的接口单一,整体构成为电气电路,系统结构并不复杂。因此,普速铁路能够更好地将“故障导向安全”作为系统运行过程中的准则,安全性能较强。在普速铁路的列车行驶过程中,列车的信号接收和判断凭证以铁路地面的信号为主[3]。其中将铁路地面信号的关闭或次级显示,作为安全状态的信号表示,列车根据信号显示和行车准则进行操作和调控。在常规的普速铁路信号系统中,根据信号显示的状态、铁路轨道电路和行车闭塞之间的联系和影响,在这些组成部分发生故障的情况下,可以将安全状态的信号显示分别定义为多种形式:
首先,在信号显示阶段,如果车站所属信号机出现问题,需要进行维修,则地面信号的安全状态应该显示为关闭状态;如果铁路区间内信号机出现问题,需要将绿灯、黄灯信号统一降级到黄灯信号,其他种类信号都显示为关闭状态,列车从而判定为安全状态。其次,对于行车闭塞系统,如果其设备在铁路区间内出现问题,当铁路区间内有列车正处于行驶状态时,系统应当提示区间内被列车占用,同时阻止其他列车驶入该区间,必要时停止发车。最后,对于铁路上轨道电路,当设备出现问题时,处理情况类似于行车闭塞系统,提示区间内的轨道电路已被占用,同时禁止其他列车进入该区间。
继电电路的信号安全:
对于普速铁路信号系统的主要组成部分:连锁和闭塞,从本质上分析,二者都属于继电电路,以继电器为主体搭建而成。在列车行驶过程中,存在着继电电路发生故障的可能性,需要工作人员进行重视。其中继电电路的常规故障分为:
(1)继电电路断线故障。电路在各种自然因素的影响下,处于外界环境的继电电路可能会出现断线故障的问题。在处理措施上,需要选择闭合电路的形式,如果出现断线故障,则电路中无电流通过,继电器因此而失去磁性,将电路导向安全侧。
(2)继电电路混线故障。在普速铁路信号系统的电气电路中,其导线与列车电缆通常在同一区域搭建,在列车行驶过程中就可能出现二者混线的故障。继电电路如果发生混线故障,会导致继电器错误地产生磁性,将电路导向危险侧,进而造成安全事故。在处理措施上,对于室内继电电路,要减少或禁止多个电路共用接点的现象;对于室外电路,工作人员可以选择位置法、双断法等多种方法进行故障预防。
2.2 高速铁路
在高速铁路领域,国家逐步投入了大量的人力物力推动高铁事业的蓬勃发展,时至今日,高速铁路已经成为了彰显我国大国实力和高新技术的一张名片。由于高速铁路的优异性能,和已经逐渐扩大的铁路覆盖范围,高速铁路已经在交通运输的多个领域内取代了传统的普速铁路,成为了行业的主力。在高速铁路信号系统当中,由于高铁列车的高行驶速度和众多高新技术,信号系统的组成相较于普速铁路更为复杂。其子系统包括铁路联锁系统、列车运行控制系统、调度集中系统以及集中监测系统,不同子系统之间相互联系和作用,共同构成高速铁路信号系统。因此,在信号系统进行信息显示和数据输出时,往往需要多个子系统进行联合处理、配合运行,这种复杂的系统运行方式,会导致网络方面、信息方面和集成方面等出现故障的概率增加,信号系统的安全性能也因之而减弱。而且在事故的严重性角度,高速铁路一旦出现故障,导致发生安全事故,造成的伤亡和影响都会极其严重,所以工作人员需要尽快对高铁信号系统进行优化和升级,提高其安全性能。
单体信号设备的信号安全:
单体信号设备是构成高速铁路信号系统的基础,要实现信号系统的安全,工作人员首先要重视和保障单体信号设备的信号安全。
(1)升级优化安全技术。在安全技术层面,主要对信号设备的硬件和软件两个方面提出要求。在硬件方面,根据规定,在高铁控制系统的信号设备当中,硬件应当选择具有高可靠性和安全性的类型,比如二乘二取二冗余技术硬件;在软件方面,工作人员可以对设备添加一定的监督机制进行约束,并结合实际运行过程中出现的问题进行优化。
(2)加强完善管理制度。信号设备的安全性能对于整个高铁行车安全具有重要意义,其基础在于对信号设备进行严格的管理,防止资质不合格的设备投入信号系统的使用。在具体实施过程中,国家对信号设备的资质具有严格的管理制度,在进行高铁信号设备的选择和购买的过程中需要仔细甄别,拒绝购买不合格的产品,在根本上进行信号系统安全性能的防护。
2.3 智能铁路
智能铁路是我国新一代高新技术产物,集合应用了多种智能化系统,在一步提高列车运行时速,构建新型的铁路网络。对于其信号系统,技术人员需要重视铁路交通传感器、列车视频监控、固定基础设施、智能检测分析等多个方面,结合智能化技术和自动化技术,实现信号系统的实时监测、自动控制、及时处理,保障信号安全,并进一步促进铁路交通运输事业的发展。
3 结语
在发展铁路信号系统安全理念的过程中,需要始终围绕着“故障导向安全”的基本准则。在普速铁路、高速铁路等现阶段的主要铁路交通方面,对其信号系统进行优化升级,结合系统运行中出现的故障和问题,完善系统的构造和管理措施。对于仍处在初始发展阶段的智能铁路,工作人员则需要结合铁路智能化的特点,采用智能化的信号设备和监测设备,利用智能技术的辅助作用进行信号的决策,并逐渐地将其发展为信号系统的主体部分,从而最大程度的保障信号安全,提高系统的安全水平。