1. 軌道交通信號系統的基本概念
軌道交通信號系統由正線的列車自動控制系統 (ATC) 、車輛段/停車場信號系統以及必要的維修和培訓系統組成。ATC系統包括列車自動監控子系統、列車自動防護子系統、列車自動駕駛子系統和計算機聯鎖系統。
車輛段/停車場信號系統包括車輛段/停車場計算機聯鎖設備、微機監測設備、ATS設備以及試車線設備。
2. 軌道交通信號系統可靠性與安全性的意義
2.1 維護整個城市交通系統的安全運營
軌道交通信號系統的可靠性和安全性是保證行車和人身安全的重要保證, 信號系統就是為安全和效率而生的, 在安全的基礎上提高運營效率。同時信號系統可靠性是安全性的基礎, 信號系統的安全性又是運營安全的基礎, 當然運營安全也需要運營組織工作人員的正確操作保證。
2.2 為人們的出行提供方便
軌道交通信號系統為乘客提供安全舒適的乘車環境, 拋開安全性, 就無從談起出行的便利性。同時信號系統為乘客提供可靠的運行時間間隔, 不晚點不堵車, 這也是乘客依賴的重要一環。從另一方面講, 軌道交通獲得乘客認可的同時, 也減輕了地面交通的擁堵, 減少地面交通出行時間。所以說信號系統的可靠性和安全性為人們的出行便利提供重要保證。
3. 不同階段軌道交通信號系統的可靠性和安全性的體現
3.1 軌道交通信號系統可靠性和安全性的基本概念
可靠性:指產品在規定條件下和規定時間區間內完成規定功能的能力。
運行故障:由于無法實現某些技術功能, 致使列車延誤。包括:
救援:即故障列車應由另一輛列車拖回車輛段;
乘客下車:乘客需要下車, 且列車將返回車輛段;
延誤:因出現影響商業運行的故障, 致使列車停在主線上超過兩分鐘。
列車無法投入商業運行;
列車無法繼續保持商業運行狀態。
平均故障間隔時間:特定條件下, 運行列車兩次故障間的平均連續時間。
平均服務故障間隔時間:特定條件下, 運行列車或子系統兩次服務故障間的平均連續時間。
平均故障間隔里程:特定條件下, 運行列車或功能單元兩次故障間的平均間隔里程距離。
平均服務故障間隔里程:特定條件下, 運行列車或子系統兩次服務故障間的平均間隔里程距離。
安全性是指免除不可接受風險的特性。而軌道交通信號系統的安全性是指保證行車和人身安全的性能。信號系統的獨特性在于:產品 (設備、電路、機件、軟件等) 發生損毀或故障時, 設備會對行車體現出極大的約制, 避免由于誤動或者錯誤顯示引起的行車事故性能, 即故障導向安全性能。
3.2 軌道交通信號系統設計階段的可靠性和安全性
3.2.1 系統設計階段的安全性措施, 如:
安全證明的計劃和結構。
功能及技術安全性證明。
軟件的安全性。
硬件的安全性。
信息交換的安全性。
文檔系統的安全性。
3.2.2 系統設計階段的可靠性措施, 如:
重要設備采用多重冗余技術。
設備設計時應考慮自測試、錯誤檢出和故障診斷, 便于快速進行維修。
故障報警信息能夠送到維修中心, 便于維修人員在到達現場前就知道哪種設備發生了故障, 并攜帶專用的備品和維修工具;在機柜中LED顯示機箱中故障板的位置。
使機箱和板更容易更換, 縮短MTTR。
對于有些設備考慮預防性維護設計以避免故障。
1) 按系統分類
(1) 設備級
信號系統的具體設備, 如聯鎖、軌道占用檢測設備、車載設備、電源、轉轍機等。通常, 設備的可靠性MTBF設備=2*104h~2*105h。對于可維修系統, MTBF設備按保守值2*104h考慮, MTTR (平均故障修復時間) 。
二乘二取二熱備子系統 (可維修)
MTBF二取二= (MTBF設備) 2/ (8*MTTR)
三取二子系統 (可維修)
MTBF三取二= (MTBF設備) 2/ (6*MTTR)
(2) 子系統級
信號系統的子系統按所處地域可以分為:控制中心子系統、車站及軌旁設備子系統、車輛段與試車線子系統和車載子系統。子系統可靠性根據系統規模、設備構成方式等的不同將有不同。通常子系統的可靠性MTBF=3.5*103h~1.5*105h。
(3) 信號系統級
本級是信號系統的綜合級, 是信號系統的整體可靠性, 包括所有電子設備、機電設備、相關的通道和連接電纜。信號系統的可靠性MTBF不小于1.0*105h。
2) 按信號安全水平等級和運用重要程度分類
信號系統是地鐵各業務系統中安全水平等級最高、運用要求最重要的系統。地鐵信號系統安全等級以歐洲標準定義為4級, 即最高安全等級, 其故障-安全失效率或故障-安全失效間隔時間為10-8h-1~10-9h-1或108h~109h。國內聯鎖系統設備的標準為故障-安全失效率或故障-安全失效間隔時間10-11h+或1011h。為把故障-安全失效間隔時間與其可靠性是否成正比納入考慮。因此若4級安全等級中所含的可靠性指標能夠被納入且作為評估可靠性的標準, 則可靠性的評估將優勢盡顯無疑。
如上所述, 設計時給定可靠性的計算值形成了固有可靠性, 而該給定值是由產品的可靠工作周期須滿足運營的要求為依據和標準而提出的。從而導致不同的信號系統其可靠性, 構成模型, 復雜程度也不盡相同。在這里可建議的信號系統設計可靠工作周期, 按前述信號系統的可靠性值, 可以在10天~83天的范圍內選擇。并以此值評估供貨商提供的MTBF、評估信號系統的故障-安全失效率或故障-安全失效間隔時間。此值將根據具體的信號系統確定。
3.3 軌道交通信號系統安裝調試階段的可靠性和安全性
信號系統安裝階段的可靠性主要體現在施工組織要詳細完善, 施工過程和結果要能滿足設計真實意圖。施工安全主要體現在施工過程安全和施工結果安全。施工過程安全是指在施工單位施工過程中確保施工參與人員的人身安全和設備安全。施工結果安全是指在施工過程中完全按設計意圖施工, 施工完成后不遺留安全隱患。施工調試過得的安全性和可靠性措施:
1) 現場集成試驗
通過結構化、漸進化系列試驗和檢查來證明并驗證設備和接口均安全運行, 按照預期方式工作。該試驗結束時對安全驗證報告進行修訂, 其中聲明設計安全, 可以執行載客服務前的運營驗證。
2) 系統實質完工演示:該演示包括執行預定時間的無載客模擬預定運營, 以便證明系統能在更長時間內提供安全、可堪信賴的服務。該演示結束時對安全驗證報告進行修訂, 其中聲明系統驗證獲得成功。
3) 乘客/商業運營最終安全認證
該安全認證包含所有安全案例文檔的收集和組織, 所有危害已減緩至可接受程度并已終結的驗證、所有剩余公開操作項的評審和終結, 以及在開始商業運行性載客之前, 所有安全相關的過程/流程/時刻表已傳輸至操作員。最后一次對安全認證報告進行修訂, 其中聲明所有安全活動已經成功結束, 所有安全相關公開操作均已充分處置, 系統驗證獲得成功, 系統安全, 可以進行商業運行性載客服務。
3.4 軌道交通信號系統運營階段的可靠性和安全性
由環境原因, 行車調度指揮中心操作人員的不當的操作或不謹慎的行為或是干擾、軌道交通控制方面以外原因, 如損毀、事故、供電系統故障引起的干擾或是由于其他系統故障引起的干擾, 以及不可抗力的影響等, 在評估信號系統安全性可靠性是必須剔除的。
4. 結語
軌道交通信號系統的可靠性和安全性具體應體現并把控在信號系統的設計、安裝調試和運營的各個階段, 絕不能孤立地在某一階段單獨考慮信號系統的可靠性和安全性。信號系統可靠性是安全性的基礎, 信號系統的安全性又是運營安全的基礎。軌道交通信號系統的可靠性和安全性是保證行車和人身安全的重要保證, 是為人們提供出行便利性的最重要前提條件。
摘要：本文主要介紹了軌道交通信號系統的可靠性和安全性概念, 闡述了可靠性和安全性的相互關系及其在設計階段、安裝階段、運營階段的可靠性和安全性分析及措施。
關鍵詞：安全性,安全運營,可靠性
參考文獻
(1) [GB-T 21562-2008]軌道交通可靠性、可用性、可維修性和安全性規范及示例