地铁列车紧急制动环路研究及优化

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摘要：摘 要：结合郑州地铁列车紧急制动不缓解的案例，通过对各线路紧急制动环路进行研究，并分析其设计缺陷，从而优化紧急制动接触器选型及环路设计方案，最终形成郑州地铁列车通用的紧急制动环路方案，也可为其他地铁公司设计紧急制动环路提供参考。 关键词：地

　　摘 要：结合郑州地铁列车紧急制动不缓解的案例，通过对各线路紧急制动环路进行研究，并分析其设计缺陷，从而优化紧急制动接触器选型及环路设计方案，最终形成郑州地铁列车通用的紧急制动环路方案，也可为其他地铁公司设计紧急制动环路提供参考。

　　关键词：地铁;紧急制动环路;接触器选型;设计优化

　　紧急制动环路的设置旨在列车发生紧急情况时可以在最短时间内停车，最大限度地保障乘客人身及财产安全;但该环路若因故障断开，列车无法缓解紧急制动则会造成列车清客、救援事件，对正线运营产生重大影响。因此，紧急制动环路不仅是应对外界不安全因素的重要保障，还是因内在故障严重影响正线运营的重大隐患，具有两面性。本文通过梳理郑州地铁各条线路中紧急制动环路的安全性问题，并针对相应的问题提出优化意见，设计出适合郑州地铁列车通用的紧急制动环路方案。

　　1 列车紧急制动不缓解案例

　　2019年7月1日，郑州地铁1号线0111车发生紧急制动无法缓解故障，司机转换至紧急牵引位仍无法动车，当换端后故障消失。2018年11月16日，2号线0229车发生紧急制动无法缓解故障，司机依次降级至非限制人工驾驶模式(NRM)、紧急牵引位仍无法动车，最终列车清客后进行救援，造成正线晚点、抽线、下线、加开等重大影响。经分析，这2起故障原因均为紧急制动接触器触点卡滞造成缓解指令无法传输至制动阀体。同类案例在上海地铁7号线、宁波地铁1号线、杭州地铁2号线等多家地铁公司均有发生，对正线运营产生严重影响。

　　2 紧急制动环路控制原理

　　列车紧急制动环路包含控制回路和指令回路，控制回路通过串联车辆和信号系统中影响行车安全的设备反馈点(如车辆超速保护、总风压力监控、司控器等)控制紧急制动接触器;指令回路串联紧急制动接触器触点和制动阀，将控制回路的指令通过接触器触点最终传输至制动阀体，实现列车紧急制动。通常，紧急制动环路的设计理念分为2种：①保制动缓解，即通过接触器触点并联方式增加紧急制动缓解的概率，以列车运营为导向;② 保制动施加，即通过接触器多对触点串联方式增加紧急制动施加的概率，以列车安全为导向。接触器触点并联方式可降低其工作电流，串联方式可降低制动阀体的工作电压，实际应用中各有利弊。通过调研，一些项目/线路的紧急制动环路接触器连接方式如表1所示。

　　郑州地铁1号(0101～0125车)、2号及5号线列车紧急制动环路设计理念为保制动施加，而1号线(0126～0155车)和城郊线列车为保制动缓解，环路中部件及接线顺序大同小异。

　　2.1 1 号线(0101～0125车)列车环路控制

　　1号线紧急制动控制环路中依次串联司机室占有、司控器方向、信号紧急制动(EBR)、网络(VCU)紧急制动、紧急牵引超速、紧急停车、总风压力低、零速、紧急制动等设备及接线;其中自动折返(ATB)与司控器方向并联、列车自动防护(ATP)与信号EBR并联、紧急牵引与VCU紧急制动和紧急牵引超速并联，总风压力低有旁路开关，警惕按钮和紧急制动接触器与零速继电器并联。指令回路中将紧急制动接触器的3对触点串联于紧急制动列车线，最后连接至制动阀，如图1所示。

　　2.2 2 号、5 号线列车环路控制

　　2号、5号线列车紧急制动环路中所包含的设备及接线与1号线相同，仅继电器位置和触点个数稍有差别，结构的主要区别在于：①控制回路中信号EBR后置，增设在指令回路中;②紧急停车继电器提前，设在司控器方向之后;③指令回路中制动阀后增设信号和ATP切除并联触点、3对紧急制动接触器触点。

　　2.3 城郊线和1号线(0126～0155 车)列车环路控制

　　城郊线紧急制动环路中同样包含司机室占有、司控器方向、信号EBR、VCU紧急制动、紧急牵引超速、紧急停车、总风压力低、零速、紧急制动等设备及接线，但设备的供电方式、表述方式、设置顺序和数量与1号、2号、5 号线均有所不同，主要体现在：①城郊线紧急制动控制回路及指令回路由2路空气开关(也称空气断路器)单独供电，1 号、2号和5号线则由1路空气开关供电;②1号线(0126～0155车)由2个紧急制动接触器分别提供1对触点并联接入紧急制动指令回路中;③城郊线列车由2个紧急制动接触器分别提供1对触点串联接入紧急制动指令回路中。

　　3 紧急制动环路存在的问题

　　通过分析，郑州地铁列车紧急制动环路设计中存在以下问题：

　　(1)西门子3RT1017-2KF42

　　型接触器出现触点烧熔现象，使用寿命无法满足紧急制动环路的实际需求;

　　(2)1号线(0101～0125车)列车的信号EBR设置在紧急制动控制回路中，信号系统产生紧急制动时会使紧急制动接触器动作，增加其动作频次，从而提升了卡滞的概率;

　　(3)2号、5号线列车的指令回路中，在制动阀体前后分别设置3对接触器触点串联，增加了接触器卡滞导致无法缓解紧急制动的概率;

　　(4)1号线(0126～0155车)列车的紧急制动环路采用2对触点并联方式，与多对触点串联方式相比，增加了紧急制动无法施加的概率，运营安全性降低;

　　(5)设计中均未对紧急制动接触器卡滞设置旁路功能，一旦出现接触器卡滞紧急制动无法缓解只能等待救援，严重影响正线运营。

　　4 地鐵列车紧急制动环路优化

　　4.1 接触器选型优化

　　紧急制动接触器是列车紧急制动施加和缓解的关键部件，其选型是首先需要考虑的问题。紧急制动接触器负载为制动阀体，施加和缓解时冲击电流集中在70～90 A之间，持续时间约为100 μs ，每次紧急制动施加时接触器会动作1次。如果接触器容量不足，反复大电流冲击将造成接触器触点烧熔。例如，宁波地铁1号线、杭州地铁2号线、成都地铁1号线曾出现紧急制动接触器烧熔故障;宁波地铁2号线、郑州地铁1号线出现过接触器触点卡滞的故障。当发生紧急制动接触器触点烧熔现象后，将原西门子3RT1017-2KF42型接触器统一更换为施耐德LC1D326FLS207型接触器。该接触器3对触点串联的额定工作电流为50 A，分断接通能力大于200 A，其容量满足实际需求。

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