1. 轨道交通信号系统的基本概念
轨道交通信号系统由正线的列车自动控制系统 (ATC) 、车辆段/停车场信号系统以及必要的维修和培训系统组成。ATC系统包括列车自动监控子系统、列车自动防护子系统、列车自动驾驶子系统和计算机联锁系统。
车辆段/停车场信号系统包括车辆段/停车场计算机联锁设备、微机监测设备、ATS设备以及试车线设备。
2. 轨道交通信号系统可靠性与安全性的意义
2.1 维护整个城市交通系统的安全运营
轨道交通信号系统的可靠性和安全性是保证行车和人身安全的重要保证, 信号系统就是为安全和效率而生的, 在安全的基础上提高运营效率。同时信号系统可靠性是安全性的基础, 信号系统的安全性又是运营安全的基础, 当然运营安全也需要运营组织工作人员的正确操作保证。
2.2 为人们的出行提供方便
轨道交通信号系统为乘客提供安全舒适的乘车环境, 抛开安全性, 就无从谈起出行的便利性。同时信号系统为乘客提供可靠的运行时间间隔, 不晚点不堵车, 这也是乘客依赖的重要一环。从另一方面讲, 轨道交通获得乘客认可的同时, 也减轻了地面交通的拥堵, 减少地面交通出行时间。所以说信号系统的可靠性和安全性为人们的出行便利提供重要保证。
3. 不同阶段轨道交通信号系统的可靠性和安全性的体现
3.1 轨道交通信号系统可靠性和安全性的基本概念
可靠性:指产品在规定条件下和规定时间区间内完成规定功能的能力。
运行故障:由于无法实现某些技术功能, 致使列车延误。包括:
救援:即故障列车应由另一辆列车拖回车辆段;
乘客下车:乘客需要下车, 且列车将返回车辆段;
延误:因出现影响商业运行的故障, 致使列车停在主线上超过两分钟。
列车无法投入商业运行;
列车无法继续保持商业运行状态。
平均故障间隔时间:特定条件下, 运行列车两次故障间的平均连续时间。
平均服务故障间隔时间:特定条件下, 运行列车或子系统两次服务故障间的平均连续时间。
平均故障间隔里程:特定条件下, 运行列车或功能单元两次故障间的平均间隔里程距离。
平均服务故障间隔里程:特定条件下, 运行列车或子系统两次服务故障间的平均间隔里程距离。
安全性是指免除不可接受风险的特性。而轨道交通信号系统的安全性是指保证行车和人身安全的性能。信号系统的独特性在于:产品 (设备、电路、机件、软件等) 发生损毁或故障时, 设备会对行车体现出极大的约制, 避免由于误动或者错误显示引起的行车事故性能, 即故障导向安全性能。
3.2 轨道交通信号系统设计阶段的可靠性和安全性
3.2.1 系统设计阶段的安全性措施, 如:
安全证明的计划和结构。
功能及技术安全性证明。
软件的安全性。
硬件的安全性。
信息交换的安全性。
文档系统的安全性。
3.2.2 系统设计阶段的可靠性措施, 如:
重要设备采用多重冗余技术。
设备设计时应考虑自测试、错误检出和故障诊断, 便于快速进行维修。
故障报警信息能够送到维修中心, 便于维修人员在到达现场前就知道哪种设备发生了故障, 并携带专用的备品和维修工具;在机柜中LED显示机箱中故障板的位置。
使机箱和板更容易更换, 缩短MTTR。
对于有些设备考虑预防性维护设计以避免故障。
1) 按系统分类
(1) 设备级
信号系统的具体设备, 如联锁、轨道占用检测设备、车载设备、电源、转辙机等。通常, 设备的可靠性MTBF设备=2*104h~2*105h。对于可维修系统, MTBF设备按保守值2*104h考虑, MTTR (平均故障修复时间) 。
二乘二取二热备子系统 (可维修)
MTBF二取二= (MTBF设备) 2/ (8*MTTR)
三取二子系统 (可维修)
MTBF三取二= (MTBF设备) 2/ (6*MTTR)
(2) 子系统级
信号系统的子系统按所处地域可以分为:控制中心子系统、车站及轨旁设备子系统、车辆段与试车线子系统和车载子系统。子系统可靠性根据系统规模、设备构成方式等的不同将有不同。通常子系统的可靠性MTBF=3.5*103h~1.5*105h。
(3) 信号系统级
本级是信号系统的综合级, 是信号系统的整体可靠性, 包括所有电子设备、机电设备、相关的通道和连接电缆。信号系统的可靠性MTBF不小于1.0*105h。
2) 按信号安全水平等级和运用重要程度分类
信号系统是地铁各业务系统中安全水平等级最高、运用要求最重要的系统。地铁信号系统安全等级以欧洲标准定义为4级, 即最高安全等级, 其故障-安全失效率或故障-安全失效间隔时间为10-8h-1~10-9h-1或108h~109h。国内联锁系统设备的标准为故障-安全失效率或故障-安全失效间隔时间10-11h+或1011h。为把故障-安全失效间隔时间与其可靠性是否成正比纳入考虑。因此若4级安全等级中所含的可靠性指标能够被纳入且作为评估可靠性的标准, 则可靠性的评估将优势尽显无疑。
如上所述, 设计时给定可靠性的计算值形成了固有可靠性, 而该给定值是由产品的可靠工作周期须满足运营的要求为依据和标准而提出的。从而导致不同的信号系统其可靠性, 构成模型, 复杂程度也不尽相同。在这里可建议的信号系统设计可靠工作周期, 按前述信号系统的可靠性值, 可以在10天~83天的范围内选择。并以此值评估供货商提供的MTBF、评估信号系统的故障-安全失效率或故障-安全失效间隔时间。此值将根据具体的信号系统确定。
3.3 轨道交通信号系统安装调试阶段的可靠性和安全性
信号系统安装阶段的可靠性主要体现在施工组织要详细完善, 施工过程和结果要能满足设计真实意图。施工安全主要体现在施工过程安全和施工结果安全。施工过程安全是指在施工单位施工过程中确保施工参与人员的人身安全和设备安全。施工结果安全是指在施工过程中完全按设计意图施工, 施工完成后不遗留安全隐患。施工调试过得的安全性和可靠性措施:
1) 现场集成试验
通过结构化、渐进化系列试验和检查来证明并验证设备和接口均安全运行, 按照预期方式工作。该试验结束时对安全验证报告进行修订, 其中声明设计安全, 可以执行载客服务前的运营验证。
2) 系统实质完工演示:该演示包括执行预定时间的无载客模拟预定运营, 以便证明系统能在更长时间内提供安全、可堪信赖的服务。该演示结束时对安全验证报告进行修订, 其中声明系统验证获得成功。
3) 乘客/商业运营最终安全认证
该安全认证包含所有安全案例文档的收集和组织, 所有危害已减缓至可接受程度并已终结的验证、所有剩余公开操作项的评审和终结, 以及在开始商业运行性载客之前, 所有安全相关的过程/流程/时刻表已传输至操作员。最后一次对安全认证报告进行修订, 其中声明所有安全活动已经成功结束, 所有安全相关公开操作均已充分处置, 系统验证获得成功, 系统安全, 可以进行商业运行性载客服务。
3.4 轨道交通信号系统运营阶段的可靠性和安全性
由环境原因, 行车调度指挥中心操作人员的不当的操作或不谨慎的行为或是干扰、轨道交通控制方面以外原因, 如损毁、事故、供电系统故障引起的干扰或是由于其他系统故障引起的干扰, 以及不可抗力的影响等, 在评估信号系统安全性可靠性是必须剔除的。
4. 结语
轨道交通信号系统的可靠性和安全性具体应体现并把控在信号系统的设计、安装调试和运营的各个阶段, 绝不能孤立地在某一阶段单独考虑信号系统的可靠性和安全性。信号系统可靠性是安全性的基础, 信号系统的安全性又是运营安全的基础。轨道交通信号系统的可靠性和安全性是保证行车和人身安全的重要保证, 是为人们提供出行便利性的最重要前提条件。
摘要：本文主要介绍了轨道交通信号系统的可靠性和安全性概念, 阐述了可靠性和安全性的相互关系及其在设计阶段、安装阶段、运营阶段的可靠性和安全性分析及措施。
关键词：安全性,安全运营,可靠性
参考文献
(1) [GB-T 21562-2008]轨道交通可靠性、可用性、可维修性和安全性规范及示例