寧波地鐵5號線全自動運行系統人員防護開關設計

常 峰 劉雪萍

(1.中鐵二院工程集團有限責任公司，610031，成都； 2.成都地鐵運營有限公司，610041，成都∥第一作者，工程師)

隨著城市軌道交通信號系統的逐步發展，采用全自動運行系統將成為城市軌道交通建設的趨勢。全自動運行系統需要多系統聯動，信息反饋系統、監督系統、遠程干預系統互相結合，因此更加強調系統的安全性。應用全自動運行系統后對既有運營模式的影響有：減少運營人員總量、強調工作職責一專多能、對運營人員的技能要求有所提高；行車組織和系統維護更需要適應全自動運行的特點，更依賴于中央集中管理。

已有不少科研人員對全自動運行信號系統的SPKS(人員防護開關)設計進行了研究。文獻[1]結合線路配線、道岔設置及列車自動防護原理，根據常規線路運營方式，對SPKS設置方法進行了理論研究，提出SPKS設置方案，但其SPKS的防護應用場景考慮不全面，未對存車線及出入段線等復雜運營場景進行分析。文獻[2]通過對具體全自動運行安全區域防護場景進行分析，結合SPKS的實現原理提出了安全防護策略，但其對涉及安全的SPKS旁路操作只采用總旁路，未實現總旁路和單個開關旁路的雙確認安全操作功能。文獻[3]從列車自動防護角度出發，分析了SPKS的設計原理，研究了不同運營場景下的SPKS設計方案和實現方式，但其在安全型電路設計上存在缺陷。

鑒于此，本文針對全自動運行系統下軌旁作業人員的安全和運營效率矛盾問題，結合寧波地鐵5號線工程的具體實施情況，對全自動運行系統的SPKS應用場景、設計原理、防護區域劃分、與門禁聯鎖等方面進行了分析研究，提出了合理的SPKS整體設計方案。本文研究可為全自動運行線路的建設提供工程經驗與技術指導。

1 人員防護開關應用場景

全自動運行系統需要設置人員防護區域，主要由所設置的SPKS實現區域防護功能。SPKS通常設置于室內或軌旁，為運營及維護人員進入全自動運行區域提供安全防護。SPKS的主要應用場景有庫內計劃或臨時清掃/檢修作業、登乘車場列車、車場自動化區域施工作業、車輛段內從自動化區至非自動化區調車作業、軌行區維檢修作業和區間故障停車等。在上述幾個場景下,需要激活SPKS以建立全自動運行安全防護區域。

2 人員防護開關系統設計

2.1 人員防護開關設計原理

SPKS激活后，全自動運行系統為其建立安全防護分區，分區內的列車立即停車或保持靜止狀態不發生移動，分區外的列車不允許進入分區內。經由安全防護分區的所有列車及調車進路始端信號機不允許開放，已開放的信號應立即關閉。經由安全防護分區的保護區段狀態設置為未鎖閉。

信號聯鎖子系統與SPKS接口，采集SPKS按鈕繼電器，并納入聯鎖進路檢查條件。工作人員通過SPKS實施封鎖區域后，聯鎖不允許辦理經由該封鎖區域的列車進路，對于已辦理的進路立即關閉相應信號，并將封鎖區域的信息發送至軌旁ATP(列車自動防護)設備及ATS(列車自動監控)設備。SPKS采集電路如圖1所示。

圖1 SPKS采集電路Fig.1 SPKS collection circuit

根據TB/T 2615—2018《鐵路信號故障—安全原則》，當SPKS未激活時，SPKS按鈕繼電器常態處于得電勵磁吸起狀態。SPKS控制電路如圖2所示。當把SPKS旋鈕旋至激活狀態時，SPKS按鈕繼電器失電落下，同時當聯鎖條件也滿足時，驅動SPKS繼電器勵磁吸起，接通SPKS指示燈電路，SPKS室內外指示燈(每個開關提供兩組接點)點亮后，表示該防護區域已封鎖。

圖2 SPKS控制電路Fig.2 SPKS control circuit

SPKS控制電路納入聯鎖，其操作及狀態條件直接關系到行車安全，為了防止SPKS因故處于激活狀態或誤操作后影響列車的正常運營，設置SPKS旁路按鈕(帶鉛封的自復式按鈕)和SPKS總旁路按鈕(帶鉛封的非自復式按鈕)。在進行SPKS旁路操作時，需要先按下SPKS總旁路按鈕，再按下對應的SPKS旁路按鈕，實現雙確認安全操作。SPKS總旁路控制電路和旁路控制電路分別如圖3和圖4所示。

圖3 SPKS總旁路控制電路Fig.3 SPKS general bypass control circuit

圖4 SPKS旁路控制電路Fig.4 SPKS bypass control circuit

SPKS故障未恢復前，當聯鎖設備采集到SPKS旁路按鈕繼電器勵磁時，不管SPKS處于什么狀態，將不再驅動SPKS，室內外SPKS指示燈將熄滅。同時，將SPKS非激活狀態發送至ZC(區域控制器)，并在人機界面上顯示SPKS旁路狀態，此時可以辦理并開放相關進路，列車根據移動授權行車。

2.2 正線人員防護區域設計原則

每個站臺的每個區間下軌行區入口設置一個SPKS，防護范圍為本站站臺區域的軌道區段和區間所有軌道區段。本站SPKS防護范圍不能影響其他車站列車正向進站，SPKS的區間防護范圍不對其他車站正向出站信號機的保護區段進行防護。

2.2.1 出/入段線SPKS防護區域

經堂庵跟車輛段與布政站接軌，為了兼顧運行效率，出/入段線處作業不影響布政站正常進/出站作業，將出/入段線分別劃分為兩個防護區域，分別由SPKS0105(其中01為車站編號，05為順序編號，其他同義)和SPKS0106防護，防護區域范圍從交叉渡線岔尖前計軸延伸至轉換軌處正線與車輛段的接口分界點計軸處。正線按照上下行方向分別防護的原則，考慮道岔區離站臺端部較近，SPKS0101防護范圍由布政站進站計軸處延伸至車擋，并延伸至交叉渡線處兩個計軸分界點處。單渡線處的SPKS防護區域劃分與交叉渡線處的原則類似，以單渡線上的分界計軸點作為劃分邊界。出/入段線處SPKS防護區域劃分示意圖如圖5所示。

圖5 出/入段線處SPKS防護區域劃分示意圖

2.2.2 Y型出/入場線SPKS防護區域

前殷停車場由泗港站及曹隘站呈Y形與其接軌，SPKS防護區域劃分原則與車輛段出/入段線一致，Y型出/入場線SPKS防護區域劃分如圖6所示。

圖6 Y型出/入場線SPKS防護區域劃分

2.2.3 無岔站SPKS防護區域

三官堂站正向出站端SPKS2101防護范圍考慮到進入軌行區作業需進入本站站臺的情況，其防護范圍涵蓋本站站臺，并延伸至下一站(盎孟港站)進站計軸處。三官堂站反向出站端SPKS2102防護范圍從本站站臺延伸至盎孟港站保護區段計軸處，當激活SPKS2102時，不影響盎孟港站列車正常作業，極大地提升了運營效率。無岔站SPKS防護區域劃分如圖7所示。

圖7 無岔站SPKS防護區域劃分Fig.7 SPKS protection area division of station without turnout

2.2.4 有岔站(含存車線)SPKS防護區域

考慮到存車線區域運營效率的影響，需要單獨把存車線劃分為一個防護分區，為正線每個站的存車線區域設置單獨的SPKS，防護范圍為存車線區域和存車線的道岔區域(除正線道岔)。例如廟堰站SPKS0605防護分區包含兩條存車線，當需要在存車線作業時，激活SPKS0605并封鎖存車線區域，待作業人員維護檢修完畢，確認安全無誤后復位SPKS0605，保證正線上下行列車的正常進出站作業，提高運營效率。有岔站(含存車線)SPKS防護分區劃分如圖8所示。

圖8 有岔站(含存車線)SPKS防護區域分區劃分

2.3 自動化車輛段/停車場人員防護區域設計原則

2.3.1 SPKS防護分區設置基本原則

經堂庵跟車輛段劃分為自動化區域和非自動化區域，非自動化區因為有司機駕駛列車在段場內低速運行，無需設置SPKS進行防護。根據自動化區作業規則，需設置SPKS對作業人員進行安全防護[4-5]。例如SPKS激活后，車載信號系統切除牽引并施加制動，信號系統在確保SPKS防護區域內列車已停穩且不會有列車闖入時，點亮對應的股道檢修通道入口處指示燈，由系統保證作業人員進入車庫以及上車過程中列車不會移動。

為便于場調操作，人員防護開關按鈕設置于DCC(車場控制中心)室內。運用庫的停車/列檢線每兩股道設置一個SPKS防護分區，其中雙列停車庫的A軌、B軌在同一隔離分區中，防護范圍包含隔離分區內的所有區段。每一條雙周/三月檢線設置一個SPKS防護分區。待修車停放線設置一個SPKS防護分區。咽喉區設置一個SPKS防護分區，防護范圍包括咽喉區、自動化區與非自動化區的轉換軌、洗車線、停車/列檢線的A軌、雙周/三月檢線、待修車停放線。自動化區與非自動化區的轉換軌設置一個SPKS防護分區，防護范圍為轉換軌。洗車線設置一個SPKS防護分區，防護范圍包括洗車庫所在的區段和洗車庫后折返區段。在每個SPKS防護分區的入口處設置SPKS室外指示燈。

2.3.2 自動化區門禁與SPKS聯鎖功能

車輛段自動化區入口處門禁需與SPKS設置聯鎖[6]，信號專業提供SPKS繼電器干接點，門禁系統從該接線端子處用硬線取干接點，串聯接入增加的繼電器控制回路，實現門禁與SPKS開關的聯鎖功能。門禁與SPKS聯鎖控制電路如圖9所示。

圖9 門禁與SPKS聯鎖控制電路

3 結語

城市軌道交通全自動運行系統自動化程度高，需更多的技術系統參與提供服務和安全保障，在提升運營效率的同時更多地需考慮對作業人員的安全防護。人員防護開關為保障作業人員的安全提供一種保障手段。本文結合寧波地鐵5號線一期工程實施情況，對存車線及出入段線等復雜運營場景進行了全面分析，設置了更加合理的防護分區。在人員防護開關采集、驅動和控制電路設計中做了前后接點采集、雙線圈驅動和雙確認操作等方面的優化，提升了人員防護開關電路設計的安全性和可靠性。結合調度、維護等需求，增加了自動化區門禁與SPKS聯鎖功能，進一步提升了人員防護開關的可用性。為后續全自動運行線路人員防護開關的設計提供了有益的借鑒和指導。