地铁站台门安全回路的可靠性研究

地铁站台门安全回路的可靠性研究

文松松

文松松

天津市地下铁道集团有限公司天津市300380

摘要：为降低安全回路故障对列车运行造成的影响，分析了安全回路的工作原理，以及安全回路的常见故障原因。提出了采用固态继电器，加入转换开关的双重安全回路控制方式，以及软件控制安全回路等针对性措施。

关键词：地铁站台门；安全回路；可靠性；行程开关

引言

地铁站台门系统与列车信号系统之间存在联动联锁关系。站台门系统与列车信号系统间有4个接口。信号系统发送给站台门系统的命令有信号开门命令和信号关门命令，站台门系统发送给信号系统的命令有所有门关闭且锁紧命令和互锁解除命令。其中，所有门关闭且锁紧又称作安全回路。站台门系统的每道滑动门和每扇应急门均设置有2个安全回路行程开关。这些行程开关组成1个电路环路。该环路控制站台门设备室PSC（中央接口盘）柜内的2个安全继电器。当所有滑动门和应急门均关闭且锁紧后，常开触点闭合。每扇门上的2个行程开关均为高电平，且所有触点控制2个安全继电器。安全继电器触点输出电平均为高电平。由继电器组向信号机房设备发出“所有门关闭且锁紧”命令，保证列车顺利进入站台或驶出离去。如滑动门应急门正常关闭后，安全回路仍为断路，则为安全回路故障。

1常见故障分析

1.1行程开关触点不可靠

线路压降及触点异常会导致安全回路不稳定。由于全高站台门使用的滚轮行程开关为无源行程开关，一旦发生安全回路断开故障，则行程开关的常开触点会没有闭合或电阻值增大，进而导致安全回路在该触点断开，影响列车运行。根据行程开关出厂参数，一般情况下，新开通车站站台门安全回路行程开关的触点在闭合时电阻约30mΩ。以6节编组列车停靠的站台为例，单侧站台有总计36个行程开关，则行程开关总电阻为1.08Ω。经现场检测，多个车站的安全回路导线、行程开关触点及连接器插针的总电阻平均值为70Ω，导线及连接器插针电阻约为69Ω。安全回路电源输出电压为DC24V。而经现场测量，返回继电器线圈电压为21V。如采用额定电压24V的安全继电器，则继电器工作在正常工作电压下限。地下车站的湿度较大，这会加速触点的氧化，另外地铁的灰尘也会影响行程开关触点的电阻值，故个别车站的安全回路继电器电压仅为19V左右。电压不足会造成继电器触点动作不到位。根据行程开关生产厂家试验结论，行程开关动作约30万次就会出现1次触点电阻大于30mΩ的情况，有时触点电阻甚至大于1000Ω。此时，并非触点损坏或失效，而当下一次动作时，电阻又恢复为30mΩ。经分析，触点的显微结构为凹凸不平的表面，当触点的两极接触时，会产生微小的放电拉弧现象，使得触点的金属表面产生氧化层。另外，行程开关零部件间的间隙，也会造成行程开关滚轮和触点的运行轨迹有偏差。其表现为当触点两极接触时，每次接触的位置不一致，特殊条件下还会有接触面积微小的情况发生，再加上触点氧化膜的影响，就会造成接触电阻增大，甚至大于1000Ω。由于安全回路中继电器线圈的阻抗约为500Ω，因此，当回路中的电阻增大时，会引起行程开关的衔铁不动作或动作幅度小，其表现为安全回路断开。故障发生时持续时间极短，且一般发生在滑动门关闭后。发生故障时，所有滑动门均完全关闭，门状态指示灯也正常，ISCS（综合监控系统）的显示屏也没有任何故障信息。

1.2门控器的设计缺陷

门控单元（DCU）是滑动门的控制核心，主要由接口单元、驱动单元和主控单元组成。DCU原设计中主控单元对进入安全回路的行程开关触点通过同开关的另一对触点的通断进行监视，不直接对实际反馈给PSC安全回路状态的触点进行监视。单个行程开关有2组触点接入到DCU主控板。其中，一组触点为安全回路触点，门扇关闭时触点闭合，再输出指令到下一道滑动门DCU，触点上接入的电源来自于PSC内部的安全回路电源。另一组触点用于采集本道门DCU内部数据，并判断行程开关状态，从而判断门扇的关闭及锁定的状态。2个行程开关触点引出线连接到8P阴连接器上，插入到DCU主控板插座上。其中，SS1A及SS1B为锁到位行程返信触点，用于DCU信息采集；CL1A及CL1B为关到位行程安全回路触点，连接24V的安全回路端，且闭合后输出信息到下道门；SS2A及SS2B为锁到位行程返信触点，用于DCU采集信息；CL2A及CL2B为关到位行程安全回路触点，连接0V安全回路端，且闭合后输出信息到下道门。DCU在开发初期，认为行程开关2组触点状态是一致的，即同时闭合，同时断开；所以仅采集了行程开关返信点状态，而对安全回路触点状态没有进行监视和采集。

这样，只要反馈信息状态正常，即使出现安全回路断路（安全回路触点连接器插针或安全回路电缆线头有松动或虚接）门状态指示灯也会显示正常，且在上位机监视界面上也没有任何提示和报警。并且由于应急门行程开关采用速动型开关，开关不符合IEC60947开关的触点一致性的标准，故摆杆动作时，其内部的2组触点也有5°～10°的摆动，且触点动作有先后。

2安全回路的改进措施

2.1采用固态继电器的安全回路电路

针对安全回路线路压降和行程开关触点电阻异常增大造成的安全回路不稳定现象，可采用直流固态继电器作为安全回路继电器解决方案。本案例采用的固态继电器输入电压为DC5V～24V，开关额定电流为10A，额定电压为DC200V。固态继电器电流值范围宽，故等效电路中的电阻值增大（小于8.33kΩ）时，固态继电器仍然导通。如图1，可见，使用固态继电器后安全回路中允许的电阻值可达8.33kΩ。改进后的安全回路电路为DC24V回路。由单侧站台24个滑动门和12个应急门的共36个行程开关触点串联后，再与固态继电器K13.4的正极输入端串联，接入DC24V回路。

图1采用固态继电器的安全回路电路

2.2加入转换开关的双重安全回路控制方式

针对行程开关和锁体结构造成的安全回路故障，可采用设置双安全回路转换开关的控制方式。如图2，K13.1和K13.2是由固态继电器控制的4NO安全继电器。K13.1和K13.2的触点33及34可将安全回路状态反馈给（SIG）。增加转换开关S17.0，将转换开关置位，并将转换开关的4组常开触点闭合。此时，K13.2的13及14触点与K13.1的33及34触点并联，K13.1的13及14触点与K13.2的33及34触点并联。此时，只要触发单道滑动门或应急门锁机构的2个行程开关中的任意一个，安全回路状态即可正常反馈给信号系统。站台门系统投入使用后，在正常运行过程中一侧站台同时出现2个或2个以上安全回路故障点的情况非常少。当出现安全回路故障且短时间内无法找出故障点时，现场维修人员会先操作该转换开关。

结语

本文主要对地铁站台门安全回路的可靠性进行了研究，希望通过本文的分析，为我国地铁站台门安全回路可靠性的研究做出贡献，同时也希望给行业内人士以借鉴和启发.

参考文献：

［1］谭铁仁，韩玉峰．北京地铁5号线站台门系统安全回路故障对策［J］．现代城市轨道交通，2010（4）：33－37．

［2］谭铁仁，关振宇，张君鹏．地铁站台门的常见故障［J］．现代城市轨道交通，2013（1）：28－31．