浅谈铁道信号可靠性与安全性要求与技术措施

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浅谈铁道信号可靠性与安全性要求与技术措

作者:邓小明
来源:《中国科技纵横》2010年第15期

摘 要:本文在简要介绍了可靠性技术的基拙上, 用实践中积累的数据作分析说明了可靠性技
术在指导铁道信号维修工作中的重要作用和取得的效果。

关链词:可靠性;铁路信号;维修分析
1 前言
可靠性技术是一门年轻的科学技术, 它始于本世纪年代, 年代后得到了蓬勃发展。特别是近
年来, 随着高科技的发展, 可靠性技术有了重大的进展, 并开拓了许多新的应用领域。国内外的
铁路部门对可靠性技术一直非常重视, 并在应用可靠性技术方面取得了明显效果。在国外, 如联
邦德国利用可靠性技术对于组匣式电气集中, 从电路设计、施工和器材等方面做了改进, 使其安
全失效率达到了一亿乃至一百亿次信号, 才可能发生一次导致事故的失效。又如国内, 在选择铁
道信号移频自动闭塞的维修方式上, 应用可靠性技术进行研究分析, 确认“设备在偶发故障期即
在稳定工作期间,定期更换报废是无效的”。在移频电子盒采用双机热备用的基础上加装监督设
备后, 选择状态监测维修方式, 优于定期轮换修和故障发生后修的方式, 前者既可节省维修的工
时费, 又可减少故障延时对行车的干扰。本文拟就运用可靠性技术指导铁道信号维修工作及其
效果进行阐述。

2 铁道信号系统可靠性与安全性要求
铁道信号是使列车安全高效、良好运转的列车控制系统。其构成虽因线路区段不同而有些
差别,但都可按如图1 所示分成3 个层面。控制的安全由保安控制水平和现场机器水平来保证,
与上层的运行管理水平无关。因而,列车的进路控制,因有CTC(Centralized TrafficControl:由指令
中心远距离控制多个车站的连动装置)及PRC(Programmed Route Control:根据运转指令员的进
路操作等预先设定的时刻表进行自动控制的装置),即使给错了命令,在连动装置以下仍能确保安
全。

2.1 可靠性要求
高可靠系统应做到主要包括以下部分:(1 )各个部件很难发生故障;(2 )即使出现故障,仍能维
持正常的功能;(3 )即使有故障,仍能维持一部份的重要功能。第(1)点的意义包括高可靠性技术、
元件的高可靠性、用试验的方法排除缺陷等范畴,第(2)、(3)点称为耐故障性能或叫做故障容差
(fault tolerance)。最好的故障容差是将故障完全杜绝,其次是要在允许时间内检出故障,恢复系统
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功能。达到恢复的容许时间因系统而异。这里讲的恢复有完全恢复功能和即使丢失一部份功能,
但仍能保持工作这两种情况。另外也有装置的输出不只取决于输入值,装置内的状态也控制输
出。这时,即使功能恢复,内部状态如果不复原,也会限制与原来一样动作。为了恢复到通常状态,
设有校对转换器,所用方式是使内部状态稳定在适当的位置,在回复时就利用这种稳定状态。虽
然多设几个校对转换器对回复有利,但会牺牲部分平常的性能。总之任何时候都要考虑一旦有
故障,就会有发生多重故障的可能,为了避免带来无法想像的危险,重要的是切实地尽早检知故障,
并进行处理,以免危及整个系统。

2.2 安全行要求
铁道信号能明确定义安全方面的控制和状态。例如,要让列车停止,信号机就发出停止信
号。转辙机保持其状态或不转换则是安全的。因此,铁路系统与飞机等其他交通部门相比,安全
状态控制比较容易。为确保铁道信号的安全,采用了故障保险、降低危险故障、防止误操作、
故障弱化(发生故障时,使影响局部化)、备品备份、故障诊断回复、降低额定值(确保对额定值
有充分的余量)等各种技术。特别是早就采用的故障保险(fail safe)概念,在确保安全中发挥了核
心作用。在微机引入这个领域之前,故障保险是采用可靠性高的信号继电器为主要部件来实现
的。为了防止接点动作的故障,采取设定较高的恢复电平、增加接点的断开力、采用不易氧化
或硫化且耐电弧的接点材料等对策。另外,为确保在外加振动情况下能稳定动作,对接点压力、
超程、间隙等的值给予充分的考虑。采用继电器接点断开时,安全侧就输出,由此可实现装置的
故障保险。例如:一旦信号机的继电器接点回复,就构成停止信号。使用计算机的系统,不能期望
有信号继电器那样的特性。这里采取的不是对部件,而是对整个系统的故障保险方法。

3、在信号作业中引进新技术
电务维修部门有众多的指标, 如质量指标、数量指标、经济指标等。但安全生产构成了综
合性指标, 是每个单位的技术管理水平、质量高低、人员素质等的综合体现。铁道信号设备做
为直接参与铁道运输生产的一个系统, 其本身有许多的子系统乃之更小的系统构成。从设备的
制造施工到运营后的使用维修, 每个人每件事各个阶段都可以有意识地应用可靠性技术。将可
靠性技术引进到铁道信号维修工作中去, 其主要目的是研究在现行的条件下, 怎样才能更有效地
使所养护维修的各个信号设备子系统稳定可靠地工作, 不断地提高可靠度值, 从而达到整个信号
系统的安全运行。信号设备属于复杂的技术系统, 而且要有复杂的管理和熟练的技术维护和操
作与之相适应。做为信号设备整体系统所遇到的可靠性问题, 远比某些复杂的电子产品, 如彩色
电视接收机要多, 既要考虑电路设计可靠性, 器件可靠性,又要考虑包括人机关系在内的系统的
可靠性。下面以中铁十二局电气化工程有限公司的做法为例, 作进一步论述。

1. 运用数据分析, 从改进技术管理入手、提高系统的可靠性
该公司对2005-2008年的件信号事故情况进行了统计分析从时间上看5-10月份发生了20
件, 占总件数的58%,从设备的分类上看,信号机、道岔发生18件,占总数的67%,人为的事故24
件,占总数的77%。为了使统计的数据更具有广泛性, 又扩大了数据的采集面。对同期未构成事
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故的故障因素进行了分析五年内总件数为846件,5-10月份繁忙检修作业及施工期间发生685
件占总件数的80%,信号机、道岔设备故障因素448件, 占总件数的52%,人为造成的故障因素
575件,包括外界干扰, 占总件数的68%。

2. 加强检修墓地的建设, 为提高可靠性
创造支持条件由于信器材的失效率高, 使设备的可靠度下降。该段年到年的信号器材失效
总数达到件。这一方面由于段管内的胶济线进行了大规模的技术改造, 由原来的色灯及臂板电
锁器联锁设备, 改建成了电气集中联锁和自动闭塞设备。系统的元件总数增加甚多, 在同样的时
间间隔内, 失效元件数大大增加, 使系统的可靠度下降。另一方面, 信号设备在现场就地检修的
数量大, 其检修质量因受条件的限制, 无法与在信号基地检修的相比。为切实地提高可靠性的支
持条件, 实行了以下技术、组织措施:(1)信号设备尽可能的实行人基地修。(2)对无法人基地修的
设备用轮换修、中修替代现场修加强信号基地的三所一队信号检修所、信号修配所、机车信号
检修所和信号中修队建设,为他们提供良好的人、财、物等生产条件配全。(3)组织机构, 推行设
备质量检验的三级验收个人自验、工区检验, 所或队验收制度不断地推行检修作业标淮化, 采用
新的检修工艺。如安全型继电器千分尺调整法、信号机灯光显示激光定焦调整法等在三所内推
行器材检修高标准, 进一步提高器材检修质量和检修人员的质量意识。