地铁信号联锁设备的故障判断分析

地铁信号联锁设备的故障判断分析

魏廷玉

深圳市地铁集团有限公司运营总部通号中心通号一部广东深圳518000

摘要：在地铁信号系统，互锁是信号装置的布置，其作用是防止交叉的轨道的布置冲突运动。信令装置和轨道有时统称为联锁装置。信号联锁设备的定义是：“设置信号装置以使其地铁必须以适当的顺序进行”。本文对地铁信号联锁设备的常见故障及故障原因进行了分析，并提出了相应的解决措施。

关键词：地铁；信号联锁设备；故障判断

1.地铁信号联锁系统

地铁信号是一种用于引导地铁交通的系统。大多数形式的地铁控制系统都涉及运输部门、网络部门（例如信号员或站长）等多个部门。用于完成这一工作的一套规则和物理设备确定了所谓的工作方法（UK）、操作方法（US）或安全作业。并非所有这些方法都需要使用物理信号，一些系统是单轨地铁所特有的。

最小的联锁由信号组成，但通常包括附加的设备，例如点（US：开关）和脱轨，并且可能包括等级和可移动桥梁处的交叉点。联锁的一些基本原则包括：信号可能不会被操作，以允许冲突的火车运动在设定路线上同时发生；路由下的交换机和其他设备在信号可能允许列车运行进入该路线之前必须正确设置（位置）；一旦路线被设置并且列车给出了通过该路线进行的信号，路线中的所有开关和其他可移动的装置被锁定就位，直到列车从受影响的路线部分出发。随着技术进步，地铁信号行业希望将新技术融入联锁中，以提高路线设置速度。

2.信号联锁类型

联锁可以分为机械，电气（机电或继电器）或电子/计算机。

2.1机械联锁

在机械联锁装置中，构成了由形成网格的钢筋组成的锁定床。操作开关、脱轨、信号或其他设备的杠杆连接到沿一个方向运行的杠杆。如果由给定杆控制的功能与由另一个杠杆控制的功能相冲突，则在两个杆之间的交叉锁定中建立机械干涉，从而防止相互矛盾的杠杆运动。

在纯粹的机械设备中，杠杆通过机械杆或电线连接直接操作诸如信号的现场设备，实现了杠杆的交叉锁定，使得额外的杠杆作用不能破坏锁定（初步闩锁）。

2.2机电联锁

动力联锁也可以使用机械锁定来确保杠杆的顺序，但杠杆相当小，因为它们本身不直接控制现场设备。如果杠杆基于锁定板自由移动，则手柄上的触点启动电动或电气操作的开关和信号。在控制杆可以移动到将释放其他杆的位置之前，必须从现场元件接收它已经实际移动到所请求位置的指示。锁定床用于GRS动力互锁机器。

2.3继电器互锁

由电气（有时称为“全电”）构成的互锁包括确定每个信号器具的状态或位置，继电器逻辑装置中的复杂电路。随着电器的操作，它们的位置变化打开一些电路，锁定与新位置相冲突的其他电器。类似地，当控制的电器进行安全操作时，其他电路是关闭的。用于地铁信号的设备由于其专业性和故障安全设计而具有较高的成本。

仅由电路操作的联锁可以在本地或远程操作，其中先前系统的大型机械杠杆由面板或视频接口上的按钮，开关或切换代替。这种联锁也可以被设计成自动操作，被称为自动联锁，列车可以自动设置自己的路线，前提是没有冲突的运动正在进行。

2.4出入口联锁

出入口联锁（NX）是在第一代继电集中控制（CTC）联锁系统基础上引入的（以欧洲为代表的都市维克斯）。所有电气联锁技术的出现允许更多的自动路径设置程序而具有操作线的路线。NX系统允许操作者在一个复杂的接线图简单地推上已知的入口轨道和另一个所需的出口轨道按钮，逻辑电路处理指挥底层的继电联锁信号设置和掷开关的正确顺序，按要求通过联锁设备提供有效的路径所有必要的行动。

其他铁路信号供应商实施其他NX系统。NX型系统和昂贵的预固相控制逻辑往往是安装在繁忙或更复杂的终端，以提高容量和降低人员的要求。整个区域被集合成一个单一的大功率信号系统，这种先进的方案也包括列车车次跟踪和培训跟踪技术。直到20世纪80年代，当固态继电器和控制系统开始取代所有类型的继电器厂时，复杂的终端设备控制系统仍然流行。

2.5电子联锁

现代联锁（自20世纪80年代末以来安装的）通常是固态，其中继电器的有线网络由运行在专用控制硬件上的软件逻辑代替。逻辑由软件而非硬连接电路实现，这极大地提高了重新编程和重新布线时修改水平。在许多应用实例中，这个重要逻辑被存储为固件或ROM，不能轻易地改变以抵抗不安全的修改并满足监管安全测试要求。

此时，控制互锁的系统也发生了变化。而在诸如NX和自动路由设置之类的技术需要继电器和其他设备的机架和机架之前，基于固态软件的系统可以以更低的成本和物理足迹来处理这些功能。最初处理器驱动的单元杆和NX面板可以设置为指定电子或继电器类型的现场设备;然而，随着显示技术的改进，这些硬连线的物理设备可以用可视化显示单元进行更新，这使得现场设备的改变可以在没有任何硬件修改的情况下被传输到信号器。

3.地铁信号联锁设备故障产生原因

干扰协调的设备也会妨碍地铁信号联锁系统的正常运行。具有瞬时短路跳闸特性（LI或LIG跳闸系统）的上游设备会干扰协调。这意味着上游设备可能在下游设备有机会中断故障之前打开，这导致更多的系统被关闭，而不是清除故障。

尽管配电盘在出厂前已经过测试，但运输、存储和安装损坏可能导致系统无法正常工作。运输部分、系统的远程部件之间的接线连接也可以使ZSI系统被禁用。进行连续性检查，以验证控制接线是否已正确安装；二次测试单元可以测试一些电子设备的ZSI输出信号。

使用SquareD?设备设计ZSI系统时，应遵循以下步骤：验证协调；安装ZSI接线；测试系统。

4.地铁信号联锁设备故障解决办法

4.1协调性检查

地铁信号联锁设备故障解决的最重要环节是系统协调性的检查。在协调的系统中，只有最接近故障的设备会跳闸，系统的其余部分将继续运行负载。为了确保协调存在，必须进行协调性检查。协调性检查将建立设置，并验证拾取电平和延迟时间向下逐级——主断路器上的最大值和分支电路电平的最小值。必须协调配电系统，以便任何区域选择性互锁方案正常工作。

4.2控制接线

信号联锁系统使用控制线（称为约束线）来提供电子跳闸装置之间的通信链路。客户可以选择布线约束线，或者将施耐德电线的功能放在组装的设备中。在设备之间使用18AWG至14AWG双绞线或屏蔽电缆进行ZSI接线。电缆的屏蔽只能在一点接地。信号联锁布线应与配电导线或总线分开运行，以防止对信号联锁约束信号的干扰。如果约束线的长度超过1000英尺（304.8米），则必须使用约束接口模块（RIM）来提升约束信号。

4.3现场测试

虽然配电板在出厂前已经过测试，但是一旦交换机离开制造工厂，可能会出现其他因素导致系统故障。为确保系统正常运行，建议在启动时进行性能测试。需要迅速采取行动以消除故障，提供协调保护的需要。然而，通过使用具有区域选择性互锁的电子跳闸装置，不需要妥协，并且可以在不牺牲协调的情况下快速清除故障。具有区域选择性联锁的系统与任何其他配电系统协调一致。通过为上游断路器选择更长的延迟时间，允许下游断路器首先跳闸。此外，联锁通信会使最接近故障的断路器上的预设延时失效，然后无故意延时跳闸。更快的跳闸减少了电流在故障状态下流动的时间。因此，区域选择性联锁减少了系统在故障条件下遭受的应力（I2t能量），从而延长了设备使用寿命。

4.4全功能跳闸单元

具有Micrologic全功能跳闸单元的LE断路器能够进行短路、接地故障区选择性联锁。作为标准功能，具有可调短时（LS跳闸系统）、可调接地故障保护（LSG或LIG跳闸系统）的全功能跳闸单元配备了区域选择性互锁功能。

在长时间、短时或接地故障（LSG）跳闸系统中使用联锁功能意味着当发生短路或接地故障时，存在以下条件：当断路器不是故障上游最近的断路器时，跳闸单元预设延时允许下游设备清除故障，保持协调；当断路器是故障上游最近的断路器时，电子跳闸单元忽略预设的时间延迟和跳闸，而无需有意的延迟；根据故障位置和限制信号，跳闸单元电子设备进行有故障延迟或无故障跳闸的决定。它不需要由系统设计师，承包商或维修电工进行。

联锁信号系统布线在下游设备的输出端子与上游设备的输入端子之间运行。所有联锁信号系统公共端子之间也接线。微型全功能跳闸单元具有短时间限制IN和OUT，接地故障抑制IN和OUT以及约束公共端。

如果约束线长度超过1000英尺（304.8米），沿着控制线的电压降将削弱信号，直到不能再激活上游设备的时间延迟。如果导线长度必须超过1000英尺（304.8米），则必须将RIM模块放置在电路中以提高约束信号的电压电平。

请勿将电源的正或负直流输出接地；电源不能与未与RIM或断路器跳闸单元电气连接的附件共享（即分流跳闸，分路闭合，UVR等）；RIM模块可以与用于为上游或下游框架断路器共享电子跳闸单元。

5.结语

对地铁信号联锁设备的故障进行及时的解决可以有效的提高地铁运行的安全稳定性。为此，需要对地铁联锁系统故障类型及其产生原因进行全面、深入的分析，并制定相应的解决方案。应当加强地铁信号联锁系统在地铁运行中的应用，提高智能化诊断水平，利用智能化技术判断设备故障，实现自动报警，提高地铁信号的稳定性。

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