地铁联络线的信号系统接口设计与优化

赵媛媛 易希为 周斌

浙江众合科技股份有限公司，中国·浙江 杭州 310051

地铁联络线；信号设计；接口电路；可靠性

1 引言

近年来，中国城市规模不断扩大，人口数量不断增多，这使得地面交通愈加拥堵。为解决城市交通拥堵问题，保障人们出行便利，加快地铁建设显得尤为重要。在进行地铁建设过程中，如何保障地铁信号系统与其他线路信号系统有效连接，关系到地铁运营的安全性与可靠性。

2 地铁联络线的信号系统接口设计要求

在进行地铁联络线的信号系统接口设计时，设计人员要结合线路专业相关知识，包括站台设计内容、线路限速、线路资料等，了解地铁信号系统实际用电量、车站地线的规划建设等情况。设计人员也需对通讯专业相关知识有所涉及，以保证数据传输效率科学合理，信息传输渠道规范有效，并且还要能在设计过程中准确计算出牵引布点与追踪间隔、列车最大加速度、紧急制动减速度等。设计人员需准确计算出以上数据，从而保证接口设计的规范性、合理性[1]。

3 地铁联络线的信号系统接口设计标准

3.1 故障导向安全原则

按照国家与行业相关规定，在进行地铁信号系统接口设计时，需严格遵循故障导向安全原则，确保信号能及时、安全传输。经调查研究发现，在具体设计过程中，故障情况下的处理措施容易被忽视，导致接口的稳定性不高，信号传输的安全性得不到保证，给地铁的运营带来了安全隐患且严重影响地铁运营效率。因此，在接口设计阶段，就应秉承故障导向安全原则，对系统在运行过程中可能会发生的各项意外事故做全面考虑，并结合相关资料对故障情况进行分析，在此基础上合理确定电压、电流等参数，科学确定接口位置与数量以及接口间的联锁关系，从而保证接口设计的科学性、合理性[2]。

3.2 细化接口设计文件

在进行地铁信号系统接口设计时，接口设计文件是各项工作开展的依据，如果接口设计文件中各项内容不详实、数据不准确，界定不明确，就会导致具体的设计工作很难开展，进而对接口设计质量产生直接性影响。因此，要想保证地铁信号系统接口设计的科学性与准确性，就必须将接口文件进行细化。设计时，要增强专业设计者之间的交流与沟通，确保对文件各项内容有一个准确的理解与把握，在之后的设计工作中也认真落实各项规定与要求，从而保证接口设计质量，保证地铁信号系统安全[3]。

4 地铁联络线信号系统接口具体设计

中国杭州地铁6 号线及杭富线工程接口联络线的信号平面布置如图1所示：

图1 与地铁4 号线接口信号布置图

地铁6 号线在中医药大学站通过联络线与4 号线接口，接口采用安全继电方式。两线之间在进行转线作业时，列车驾驶模式采用非限制人工驾驶模式与人工驾驶模式两种。在运行过程中，司机主要按照接发车进路始端信号机显示行车。

经测算确定，地铁6 号线与4 号线联络线路总计长度为163m。在联络线的分界点处，6 号线和4 号线分别设置各自的列车占用检查设备（计轴）和防护进入本线的防护信号机，并纳入各自的联锁控制。在上行线，联络线、信号机X0304、计轴A0304 以及道岔W0302 属于4 号线控制范围；信号机S2604、计轴A2604 和道岔W2602 属于6 号线控制范围[4]。

在设计时，综合考虑到该线路的地形、位置、线路运行需求等各项情况，最终制定出以下设计方案。

4.1 基本原则

地铁6 号线信号系统与4 号线信号系统接口设计的联锁关系需满足以下要求：在非转线作业时，两条线路保持独立性，运营中不相互干扰。两条线路之间在联络线处建立联锁照查关系，在转线作业时，将经过联络线的发车进路和接车进路当作一条进路来处理，保证联络线上列车进路的安全。两条线路联络处的两组道岔分别归各自线路控制。在供电方面，遵循谁采集谁供电原则[5]。

4.2 接口信号

4.2.1 从6 号线联锁到4 号线联锁的接口信号

表1 从6 号线联锁到4 号线联锁的接口信号说明

图2 6 号线安全输出示例

6 号线系统至4 号线系统的安全输出示例如图2所示。6号线系统至4 号线系统的安全输出的电气需求为：6 号线输出的接口信号状态将在4 号线联锁中通过继电器进行复示；复示继电器电路，使用6号线状态输出继电器的两个接点（双断）；该电路所需的直流电源为24V，由4 号线提供。

4.2.2 从4 号线联锁到6 号线联锁的接口信号

表2 从4 号线联锁到6 号线联锁的接口信号说明

图3 6 号线安全输入示例

4 号线系统至6 号线系统的安全输出（即6 号线的安全输入）示例如图3所示。4 号线系统至6 号线系统的安全输出的电气需求为：4 号线输出的接口信号状态将在6 号线联锁中通过继电器进行复示；复示继电器电路，使用4 号线状态输出继电器的两个接点（双断）；该电路所需的直流电源为24V，由6 号线提供[6]。

4.2.3 接口电路可靠性分析

（1）接口电路的可靠性计算公式

采用《电子设备可靠性预计手册》（GJB/Z229C-2006）中所列的计算方法老计算联络线接口电路的可靠度，可采用的设备失效率计算公式为：

式中：λGS——设备的总失效率（10-6/h）;

λGi——第i 中元器件的通用失效率（10-6/h）;

πQi——第i 种元器件的通用质量系数；

Ni——第i 种元器件的数量；

n——设备所用元器件的种类数。

（2）接口电路的可靠性失效率计算

图中直流可调电源，主要为桥式整流电路，一般由6 个二极管和1 个电阻组成。根据《电子设备可靠性预计手册》，二极管的相关参数为：

将上述参数带入公式（1）中，可计算出电源总失效率为：

根据《电子设备可靠性预计手册》，继电器的相关参数为：

将上述参数带入公式（1）中，可计算出继电器总失效率为：

综上所述，图2和图3中，联络线接口电路由2 个专用安全型继电器、一个直流可调电源组成。将λGS电源、λGS继电器带入公式（1），计算可得接口电路的失效率为：

根据《电子设备可靠性预计手册》，系统可靠度计算公式为：

根据公式（2）可计算出1～5年联络线接口电路的可靠度，如表3所示。

表3 联络线接口电路的可靠度

根据表3可知，联络线接口电路的可靠度逐年下降，在五年之后可靠度为96.464%，故障率达到3.536%。

4.3 两条联络线之间的联锁关系

4.3.1 转线作业的办理

正常情况下，接车进路和发车进路都空闲，当6 号线向联络线办理发车进路时，必须在4 号线先行办理了自联络线的同向接车进路，锁闭道岔W0302，并相应地开放X0304 的前提下，6 号线才能办理至联络线的发车进路和开放信号机。当4 号线向联络线办理发车进路时，必须在6 号线先行办理了自联络线的同向接车进路、锁闭道岔W2602，并相应地开放S2604 的前提下，4 号线才能办理至联络线的发车进路和开放信号机。考虑到限速要求，若接车进路开放引导信号，则发车进路只能开放引导。

4.3.2 转线进路的解锁

一旦接车进路和发车进路都锁闭后，以从6 号线到4 号线的转线运行为例，4 号线的接车进路不能随意解锁，必须6号线的发车进路先解锁，4 号线的接车进路才能解锁，防止因发车进路未解锁，接车已进路解锁的情况，导致列车冲进已解锁的进路内，造成事故。正常情况下，接车进路和发车进路随列车经过，区段顺序解锁。

在无列车占用发车进路的接近区段时，取消发车进路无需延时解锁。先取消发车进路，发车进路解锁后，再取消接车进路。如列车已进入发车进路的接近区段，取消发车进路需延时，如果延时后，列车停在发车信号机前未闯入发车进路，则发车进路解锁，否则发车进路不能解锁，待发车进路解锁后，接车进路办理取消进路。如未办理发车进路，接车进路的接近区段故障占用，则取消接车进路后，接车进路延时180s解锁。

4.4 优化设计

正常情况下，4 号线X0304 ZCJ 落下，6 号线接车进路不允许取消。鉴于表3中联络线接口电路的故障率随时间增加而增大，会出现4 号线因故障X0304 ZCJ 落下或采集不到X0304 ZCJ 的状态，导致6 号线接车进路无法取消，影响6 号线正线正常运营。为解决此故障产生的影响，且考虑安全性能，6 号线在采集到X0304 ZCJ 落下时，若能采集到W0302 道岔DBJ 吸起，则允许通过人工延时解锁的方式取消接车进路，保证6 号线正线正常运行，缩小故障影响范围，提高故障情况下的运营效率。

5 结语

综上所述，作为城市轨道交通的重要组成部分，联络线的信号系统接口在地铁运行过程中发挥着重要作用。因此，在进行地铁联络线信号系统接口设计时，相关单位与人员应严格按照国家与行业要求，遵循故障导向安全原则，根据工程实际情况采取有效措施优化设计，确保地铁信号系统接口的功能安全性、可靠性性得到充分发挥。