宁波地铁5号线全自动运行系统人员防护开关设计
2023-02-12刘雪萍
常 峰 刘雪萍
(1.中铁二院工程集团有限责任公司，610031，成都； 2.成都地铁运营有限公司，610041，成都∥第一作者，工程师)
随着城市轨道交通信号系统的逐步发展，采用全自动运行系统将成为城市轨道交通建设的趋势。全自动运行系统需要多系统联动，信息反馈系统、监督系统、远程干预系统互相结合，因此更加强调系统的安全性。应用全自动运行系统后对既有运营模式的影响有：减少运营人员总量、强调工作职责一专多能、对运营人员的技能要求有所提高；行车组织和系统维护更需要适应全自动运行的特点，更依赖于中央集中管理。
已有不少科研人员对全自动运行信号系统的SPKS(人员防护开关)设计进行了研究。文献[1]结合线路配线、道岔设置及列车自动防护原理，根据常规线路运营方式，对SPKS设置方法进行了理论研究，提出SPKS设置方案，但其SPKS的防护应用场景考虑不全面，未对存车线及出入段线等复杂运营场景进行分析。文献[2]通过对具体全自动运行安全区域防护场景进行分析，结合SPKS的实现原理提出了安全防护策略，但其对涉及安全的SPKS旁路操作只采用总旁路，未实现总旁路和单个开关旁路的双确认安全操作功能。文献[3]从列车自动防护角度出发，分析了SPKS的设计原理，研究了不同运营场景下的SPKS设计方案和实现方式，但其在安全型电路设计上存在缺陷。
鉴于此，本文针对全自动运行系统下轨旁作业人员的安全和运营效率矛盾问题，结合宁波地铁5号线工程的具体实施情况，对全自动运行系统的SPKS应用场景、设计原理、防护区域划分、与门禁联锁等方面进行了分析研究，提出了合理的SPKS整体设计方案。本文研究可为全自动运行线路的建设提供工程经验与技术指导。
1 人员防护开关应用场景
全自动运行系统需要设置人员防护区域，主要由所设置的SPKS实现区域防护功能。SPKS通常设置于室内或轨旁，为运营及维护人员进入全自动运行区域提供安全防护。SPKS的主要应用场景有库内计划或临时清扫/检修作业、登乘车场列车、车场自动化区域施工作业、车辆段内从自动化区至非自动化区调车作业、轨行区维检修作业和区间故障停车等。在上述几个场景下,需要激活SPKS以建立全自动运行安全防护区域。
2 人员防护开关系统设计
2.1 人员防护开关设计原理
SPKS激活后，全自动运行系统为其建立安全防护分区，分区内的列车立即停车或保持静止状态不发生移动，分区外的列车不允许进入分区内。经由安全防护分区的所有列车及调车进路始端信号机不允许开放，已开放的信号应立即关闭。经由安全防护分区的保护区段状态设置为未锁闭。
信号联锁子系统与SPKS接口，采集SPKS按钮继电器，并纳入联锁进路检查条件。工作人员通过SPKS实施封锁区域后，联锁不允许办理经由该封锁区域的列车进路，对于已办理的进路立即关闭相应信号，并将封锁区域的信息发送至轨旁ATP(列车自动防护)设备及ATS(列车自动监控)设备。SPKS采集电路如图1所示。
图1 SPKS采集电路Fig.1 SPKS collection circuit
根据TB/T 2615—2018《铁路信号故障—安全原则》，当SPKS未激活时，SPKS按钮继电器常态处于得电励磁吸起状态。SPKS控制电路如图2所示。当把SPKS旋钮旋至激活状态时，SPKS按钮继电器失电落下，同时当联锁条件也满足时，驱动SPKS继电器励磁吸起，接通SPKS指示灯电路，SPKS室内外指示灯(每个开关提供两组接点)点亮后，表示该防护区域已封锁。
图2 SPKS控制电路Fig.2 SPKS control circuit
SPKS控制电路纳入联锁，其操作及状态条件直接关系到行车安全，为了防止SPKS因故处于激活状态或误操作后影响列车的正常运营，设置SPKS旁路按钮(带铅封的自复式按钮)和SPKS总旁路按钮(带铅封的非自复式按钮)。在进行SPKS旁路操作时，需要先按下SPKS总旁路按钮，再按下对应的SPKS旁路按钮，实现双确认安全操作。SPKS总旁路控制电路和旁路控制电路分别如图3和图4所示。
图3 SPKS总旁路控制电路Fig.3 SPKS general bypass control circuit
图4 SPKS旁路控制电路Fig.4 SPKS bypass control circuit
SPKS故障未恢复前，当联锁设备采集到SPKS旁路按钮继电器励磁时，不管SPKS处于什么状态，将不再驱动SPKS，室内外SPKS指示灯将熄灭。同时，将SPKS非激活状态发送至ZC(区域控制器)，并在人机界面上显示SPKS旁路状态，此时可以办理并开放相关进路，列车根据移动授权行车。
2.2 正线人员防护区域设计原则
每个站台的每个区间下轨行区入口设置一个SPKS，防护范围为本站站台区域的轨道区段和区间所有轨道区段。本站SPKS防护范围不能影响其他车站列车正向进站，SPKS的区间防护范围不对其他车站正向出站信号机的保护区段进行防护。
2.2.1 出/入段线SPKS防护区域
经堂庵跟车辆段与布政站接轨，为了兼顾运行效率，出/入段线处作业不影响布政站正常进/出站作业，将出/入段线分别划分为两个防护区域，分别由SPKS0105(其中01为车站编号，05为顺序编号，其他同义)和SPKS0106防护，防护区域范围从交叉渡线岔尖前计轴延伸至转换轨处正线与车辆段的接口分界点计轴处。正线按照上下行方向分别防护的原则，考虑道岔区离站台端部较近，SPKS0101防护范围由布政站进站计轴处延伸至车挡，并延伸至交叉渡线处两个计轴分界点处。单渡线处的SPKS防护区域划分与交叉渡线处的原则类似，以单渡线上的分界计轴点作为划分边界。出/入段线处SPKS防护区域划分示意图如图5所示。
图5 出/入段线处SPKS防护区域划分示意图
2.2.2 Y型出/入场线SPKS防护区域
前殷停车场由泗港站及曹隘站呈Y形与其接轨，SPKS防护区域划分原则与车辆段出/入段线一致，Y型出/入场线SPKS防护区域划分如图6所示。
图6 Y型出/入场线SPKS防护区域划分
2.2.3 无岔站SPKS防护区域
三官堂站正向出站端SPKS2101防护范围考虑到进入轨行区作业需进入本站站台的情况，其防护范围涵盖本站站台，并延伸至下一站(盎孟港站)进站计轴处。三官堂站反向出站端SPKS2102防护范围从本站站台延伸至盎孟港站保护区段计轴处，当激活SPKS2102时，不影响盎孟港站列车正常作业，极大地提升了运营效率。无岔站SPKS防护区域划分如图7所示。
图7 无岔站SPKS防护区域划分Fig.7 SPKS protection area division of station without turnout
2.2.4 有岔站(含存车线)SPKS防护区域
考虑到存车线区域运营效率的影响，需要单独把存车线划分为一个防护分区，为正线每个站的存车线区域设置单独的SPKS，防护范围为存车线区域和存车线的道岔区域(除正线道岔)。例如庙堰站SPKS0605防护分区包含两条存车线，当需要在存车线作业时，激活SPKS0605并封锁存车线区域，待作业人员维护检修完毕，确认安全无误后复位SPKS0605，保证正线上下行列车的正常进出站作业，提高运营效率。有岔站(含存车线)SPKS防护分区划分如图8所示。
图8 有岔站(含存车线)SPKS防护区域分区划分
2.3 自动化车辆段/停车场人员防护区域设计原则
2.3.1 SPKS防护分区设置基本原则
经堂庵跟车辆段划分为自动化区域和非自动化区域，非自动化区因为有司机驾驶列车在段场内低速运行，无需设置SPKS进行防护。根据自动化区作业规则，需设置SPKS对作业人员进行安全防护[4-5]。例如SPKS激活后，车载信号系统切除牵引并施加制动，信号系统在确保SPKS防护区域内列车已停稳且不会有列车闯入时，点亮对应的股道检修通道入口处指示灯，由系统保证作业人员进入车库以及上车过程中列车不会移动。
为便于场调操作，人员防护开关按钮设置于DCC(车场控制中心)室内。运用库的停车/列检线每两股道设置一个SPKS防护分区，其中双列停车库的A轨、B轨在同一隔离分区中，防护范围包含隔离分区内的所有区段。每一条双周/三月检线设置一个SPKS防护分区。待修车停放线设置一个SPKS防护分区。咽喉区设置一个SPKS防护分区，防护范围包括咽喉区、自动化区与非自动化区的转换轨、洗车线、停车/列检线的A轨、双周/三月检线、待修车停放线。自动化区与非自动化区的转换轨设置一个SPKS防护分区，防护范围为转换轨。洗车线设置一个SPKS防护分区，防护范围包括洗车库所在的区段和洗车库后折返区段。在每个SPKS防护分区的入口处设置SPKS室外指示灯。
2.3.2 自动化区门禁与SPKS联锁功能
车辆段自动化区入口处门禁需与SPKS设置联锁[6]，信号专业提供SPKS继电器干接点，门禁系统从该接线端子处用硬线取干接点，串联接入增加的继电器控制回路，实现门禁与SPKS开关的联锁功能。门禁与SPKS联锁控制电路如图9所示。
图9 门禁与SPKS联锁控制电路
3 结语
城市轨道交通全自动运行系统自动化程度高，需更多的技术系统参与提供服务和安全保障，在提升运营效率的同时更多地需考虑对作业人员的安全防护。人员防护开关为保障作业人员的安全提供一种保障手段。本文结合宁波地铁5号线一期工程实施情况，对存车线及出入段线等复杂运营场景进行了全面分析，设置了更加合理的防护分区。在人员防护开关采集、驱动和控制电路设计中做了前后接点采集、双线圈驱动和双确认操作等方面的优化，提升了人员防护开关电路设计的安全性和可靠性。结合调度、维护等需求，增加了自动化区门禁与SPKS联锁功能，进一步提升了人员防护开关的可用性。为后续全自动运行线路人员防护开关的设计提供了有益的借鉴和指导。
