关于CR400BF型动车组安全环路原理解析

关于CR400BF型动车组安全环路原理解析

王磊

身份证号371323198005284017

摘要：为进一步提高制动系统的安全性和可靠性，在CRH3系平台动车组运用的基础上，按照“故障导向安全”的原则，CR400BF型动车组继续沿用了安全环路的电路设计，其基本理念就是将影响动车组安全运行的各种不安全因素串入到各安全环路中，使动车组在出现紧急情况时不依赖计算机系统的前提下能够快速响应，确保运用安全，为列车提供独立于计算机之外的安全保护。本文主要介绍了CR400BF型动车组的各安全环路的控制原理，阐述了各环路间的相互控制关系，为故障排查，应急处置，技术比武培训提供参考依据。

关键词：安全环路紧急制动继电器

一、 研究背景

随着复兴号动车组上线，CR400BF型动车组的配属量越来越多，一方面在各层级技术比武中，CR400BF型动车组将作为主要备考车型，其中制动不缓解作为每年必备项目；二是安全环路类故障时有发生，故障排查时主要以经验为主，缺少系统、全面的基础电路原理储备，所以在故障排查时较为困难。

二、 安全环路介绍

动车组安全环路使用传统的继电器硬线控制技术,实现对动车组车辆状态的实时监控，CR400BF 型动车组在安全环路设计是在 CRH3系动车组六大安全环路的基础上个别调整，主要是取消了转向架监控环路，同时紧急制动环路一分为二，分为EB制动环路和UB安全环路。

动车组六大安全环路分别为：火灾报警环路、乘客紧急制动环路、制动缓解环路、停放制动监控环路、EB 制动环路、UB 制动环路。

安全环路由环路中断器（LIA）、环路控制线（LCL）、环路状态线（LSL）及环路状态继电器（LP）组成。基本结构如下图：

安全环路是由蓄电池供电，环路中断器是环路通断状态的控制点，环路状态继电器是通过自身的得失电情况来反馈环路的通断。

列车环路控制通过布置于整列车直到尾部端车的监控

接触元件（环路中断器）实现，环路控制线的信息传递到尾部端车的环路状态线中，该控制线按顺序将信息传递到整列车，并由环路状态评估元件（环路状态继电器）执行一个实际环路状态探测。

三、 安全环路原理解析

（一）环路基础控制

所谓安全环路就是从占用端头车出发，串联环路中断器 至尾车，然后回转并联环路状态继电器至占用端头车，形成一个环形电路。

同时，为了保证在动车组司机室换端时，安全环路的头尾随之切换，仍然采用了继电器的控制技术，在动车组头车（01、00）设置了 43-K01、02、03、04、05、06、07 七个继电器来完成， 具体如下。

1.正常占用模式下。

当动车组司机室插入主控钥匙，因继电器22-K01为BD供电，直接得电吸合，33/34常开触点闭合导通，当蓄电池开关打开后，BN1电源导通，此时 110V 直流电源向列车进行供电，继电器43-K45得电吸合，进而占用端继电器43-K01、02、03、04、05、06、07全部得电，而尾端因为未占用，22-K01未得电，以上继电器为全失电状态。

2.换端模式下。

当动车组进入换段模式时，换端信号的网络触点闭合，此时两端司机室均未占用，电源通过网络触点，同样使以上继电器全部得电。

3.被救援模式下。

当动车组进入被救援模式时，救援开关28-S10旋至“被救援”位时，电源通过28-S10，使43-K01、02、03、04、05五个继电器得电。

（二）火灾报警环路

动车组火灾控制系统采用每节车厢独立控制诊断、联合响应报警的基本原理，每节车厢客室、卫生间、电器柜等部位的烟雾状态由控制主机实时监测，结果通过继电器 49-K11 得失电表示，该继电器为火灾报警环路的中断器，全列串联形成环路控制线，控制整个环路的通断，同时在头尾车设置继电器 43-K29 为火灾报警环路的状态继电器，并联形成火灾环路状态线，具体结构见下图。

当某一烟火探测器监测烟雾值大于报警值时，控制主机发现网络信号，环路中断器 49-K11 继电器失电，火灾报警环路断开，头尾车环路状态继电器 43-K29 失电，中央控制系统发出相应响应，如全列空调关闭，全列蜂鸣器鸣响，司机室HMI 屏报警标识等。

（三）制动缓解环路

制动缓解环路负责监控所有的空气制动激活现状（停放制动除外），从而避免因不正确激活空气制动而导致制动盘出现超差磨损或过热现象。

动车组制动缓解环路主要用来判断动车组是否存在单车或全列的制动力，每节车是否施加制动主要由BCU箱的压力开关B12.16开闭状态来判断，动作阈值为30kPa,该环路具体线路为：以没节车的B60.16压力开关（压力低于30kPa，触点闭合）为环路中断器，串联形成环路控制线，控制环路的通断，同时在头尾车设置继电器 43-K26 为环路的状态继电器，并联形成制动缓解环路状态线，具体结构见下图。

当动车组以任何形式触发空气制动施加，制动缸压力大于0.3Kpa 时，环路断开，环路状态继电器 43-K-26 继电器失电， 中央控制单元会发出牵引封锁的指令，直至空气制动缓解， 环路闭合。

（四）乘客紧急制动环路

乘客紧急制动环路是一根独立于列车控制系统的信号线，它通过视听的方式向司机报告乘客的紧急制动要求，并且会促使列车制动管理器进行最大常用制动。

在乘客紧急制动环路中，环路触发的唯一条件就是乘客紧急制动拉手动作，也就是环路中断器，由于该拉手为非自复位设计，当乘客发现紧急危险情况，影响动车组运行安全时，可触发该拉手28-S5X（X 代表 1、2、3、4、5，标识不同位置的紧急制动拉手），中断乘客紧急制动环路，具体结构如下图。

当车厢内任一拉手被动作，乘客紧急制动环路即被触发，司机室发出提示报警声响， 当司机确认运行安全或不具备停车条件时，可切除报警指令,否则动车组触发最大常用制动。

（五）停放制动监控环路

停放制动监视环路负责监控弹簧存储制动的激活状况（停放制动），由此避免出现因不正确激活停放制动而导致制动盘发生超差磨损或过热现象。司机应通过声音信号来判断激活停放制动是否正确，同样在列车启动时也要判断停放制动。若在运行中通过环路报告已激活的停放制动，这会通过紧急制动环路和列车控制技术导致紧急制动起作用。

当动车组运行中，因某一车厢停放制动异常启动或环路控制线出现断点，则导致整个环路断开，全列状态继电器43-K27失电，近而触发全列EB制动。

（六）EB制动环路

1.EB制动请求电路

由43-K04和43-K05两个空开同时提供电源，起到冗余功能，紧急制动EB的请求指令点有：停放制动监控环路状态继电器、ASD警惕装置状态继电器、乘客紧急制动环路状态继电器、地震预警状态继电器、司控器，共计5个，串联控制请求环路状态继电器43-K35的状态。

当上图电路中，任意一个指令触发，即继电器失电或司控器在EB位，即可使EB制动请求继电器43-K35失电，进而发出EB制动请求。

2.EB制动环路

EB紧急制动环路的任务是：通过环路状态继电器将 EB 紧急制动请求传递给列车控制单元。并触发（分散的）EB 紧急制动，从而全面提供最大的常用制动力来实现制动。

由43-K06提供电源，由头尾车的紧急制动EB环路请求继电器43-K35控制，其结果由状态继电器43-K74表示。

当EB制动环路断开，其状态继电器43-K74失电后，该信号直接反馈至BCU单元，由BCU发出并执行全列制动指令。

（七）UB制动环路

1.UB制动请求电路

由43-K04和43-K05两个空开同时提供电源，同样起到冗余功能，正常情况下，各继电器或开关状态及功能如下。

43-K61：零速联锁继电器：常开触点。

43-S32：紧急制动EB转UB故障隔离开关，常开触点，当EB转UB功能故障时，将该开关旋至关位，辅助触点导通，旁路掉下方两条线路。

43-K31：紧急制动EB故障隔离开关，常闭触点，当EB环路故障时，将该开关旋至关位，触点打开，此时EB环路状态继电器43-K35将作为UB环路的中断器，可以控制UB环路的通断，达到EB转UB的目的。

28-K30：紧急制动EB减速度不足继电器，常闭触点，触发时得电，触点断开，控制UB环路。

22-K73：紧急模式继电器，常闭触点，当开启紧急模式时，继电器得电，触点打开。

43-K42：被拖拽继电器，常闭触点，当拖拽开关旋至被拖拽位时，继电器得电。

28-S10：救援开关，有三个位置，救援/被救援/关，当在关位时，常导通，救援/被救援位时断开。

28-K60/28-K64：速度小于5km/h，常开触点，车速小于5km/h时得电，两个继电器并联设置，起冗余功能。

28-K40：UB紧急制动输出继电器，常开触点，由拖拽模块发出。

43-K40：被救援延时断开继电器。常闭触点。

当动车组UB制动输出时，28-K40继电器得电，触点闭合，43-K40延时继电器延时30秒断开，确保被救援时两路至少有一路导通。

28-S01：紧急制动按钮，由动车组司机遇紧急情况使用。

ATP：列车自动控制系统。

（1）正常情况下：电源走向为：43-K04和43-K05，43-K61，43-S31，28-K30，22-K73，43-K42，28-S10，28-S01，ATP，最后到达状态继电器43-K33和43-K34。如下图所示。

（2）EB转UB环路时：电源走向为：43-K04和43-K05，43-K61，43-K35，28-S10，28-S01，ATP，最后到达状态继电器43-K33和43-K34。如下图所示。

EB转UB条件：即为43-K35的得失电可以控制UB环路的通断。

（1）EB环路故障隔开开关旋至“关”位。43-S31触点断开。

（2）EB制动减速度不足时，当BCU检测到车组施加EB制动后，实际减速度小于系统设定减速度时，28-K30继电器得电，触点断开。

（3）紧急模式启动，当紧急模式启动时，22-K73继电器得电，触点断开。

（4）被拖拽模式启动，当动车组进入被拖拽模式时，43-K42继电器得电，触点断开。

2.EB制动环路

UB 紧急制动环路的任务是：独立于其它指令将紧急制动请求传递给列车内各制动部件。各制动部件分析紧急制动环路（UBL）状态，并触发（分散的）紧急制动，从而全面提 供最大的制动力来实现制动。

UB 紧急制动是以UB制动请求继电器43-K33/34为环路中断器，控制环路通断，并且每节车设置一个状态继电器43-K24，其得失电状态直接进行单车紧急制动硬线控制，直接作用于BCU箱内的紧急制动电磁阀B12.03，进而触发紧急制动。

UB紧急制动环路断开，环路状态继电器43-K24失电，进而使各车BCU箱内的紧急制动电磁阀B12.03失电，进而触发紧急制动，具体见下图。

继电器43-K24及43-K13均为常开触点，当环路建立正常时，43-K24为得电状态，触点闭合，紧急电磁阀B12.03为得电状态。

当环路异常断开时，43-K24为失电状态，触点断开，紧急电磁阀B12.03失电，触发UB紧急制动。

当对环路隔离时，43-K13得电，紧急电磁阀B12.03得电，UB制动缓解。

四、 制动发生机理

动车组制动系统的作用就是通过一系列电子控制元件执行动车组制动请求、产生制动力，达到动车组速度降低的过程。动车组的制动分为常用制动和紧急制动力，通常情况下，动车组运行过程中实现列车减速或停车均采用常用制动系统，当出现紧急情况时（动车组司机或列车自身判断），动车组需第一时间停车时才会触发紧急制动，而紧急制动区别于常用制动的重要一点就是缓解条件中包含了速度小于 5km\h，即“零速联锁”。

（一）常用制动

动车组常用制动主要依赖于制动控制单元的直通式电空制动模式，正常情况下，制动系统的指令管理模式为：占用端头车BCU 为头BCU,主要负责整列车的制动管理；两端带司机室车的 BCU 为端 BCU,主要负责本单元的制动管理。头BCU 接受网络或电子手柄的制动指令，并进行相关计算，再将需要制动力分配到两个端BCU，最后由端BCU向本单车BCU单元进行分配。

当单车BCU单元接收到常用制动指令时，B12.04-1电磁阀得电，总风风压通过到达 B12.20 减压阀，将总风压力减压至500kpa左右，再经过B12.05 压力传感器(用来反馈该位置的压力值)，到达中继阀B60.13，形成 Cv 预控制先导压力，作用于中继阀， 使中继阀上口（R）、下口（C）导通，形成 C (制动缸)压力，作用于制动缸，产生制动力，起到列车减速的目的。

（二）紧急制动

动车组紧急制动主要依赖于紧急制动环路触发，当紧急制动环路断开，其状态继电器 43-K24 失电，该继电器每节车厢各设置一个，环路断开后，各个车厢同时动作。

触发紧急制动电磁阀（B12.03）失电后，通过重车调整阀的总风压力通过紧急制动电磁阀，在经过B12.05压力传感器，到达中继阀的右口，形成Cv预控制先导压力，作用于中继阀RV,后续制动力的产生于常用制动相同。

五、结束语

在中国铁路高速发现的新时期，动车组的运营数量越来越多，选择动车组出行越来越被更多人接受，那么如何保证动车组的运行安全，是每一个铁路人的历史责任，虽然安全保障涉及方方面面，但动车组本身的设计层面的安全理念更为重要，自安全环路引入动车组电路控制系统以来，越来越被更多人认可，对“故障导向安全”的原则运用的更为深入，动车组的安全运行也更有保障。

参考文献：

[1]CR400BF 型动车组电路（第 43 功能组）、气路图.

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