朱杰
南京地铁运营有限责任公司 江苏南京 210000
摘要：针对地铁列车在运行过程中出现的不适时牵引的情况，本文主要考虑在紧急制动时不适时牵引和有车门打开时不适时牵引两种情况，采用 ＦＴＡ 方法进行了安全性分析，得出在上述两种情况下列车不适时牵引发生故障的原因及概率值，并提出了安全关键件，为列车牵引系统的安全设计、维修和选型提供参考依据。
关键词：地铁列车；不适时牵引；安全性
1故障树分析法简介
安全性分析方法有多种，本文对牵引系统不适时牵引的安全性分析采用了故障树分析（FTA）法。FTA是分析复杂系统安全性常用的有效方法，是故障事件在一定条件下的逻辑推理方法。它以图形的方式表明系统是怎样失效的，是一种适用于设计人员、维护人员和管理人员有效地进行系统分析的方法。在FTA中，把系统级上的不期望事件称为顶事件，把每个故障树分支中的低层事件称为基本事件。这些基本事件表示软件、硬件和人为失效。通常还有一种最底层事件称为未展开事件，它表示对该事件进一步分解不能加深对此问题的理解，或者进一步分解对故障树的正确评估没有必要。在分析过程中常用与门和或门表示不同事件之间的关系。与门表示当且仅当所有输入事件发生时输出事件才发生，或门表示当且仅当一个输入事件发生时，输出事件才发生。
2地铁列车不适时牵引的安全性研究
2.1确定顶事件
当地铁列车进行紧急制动时，由于牵引力的施加会导致列车的紧急制动距离延长，停车距离无法保证。该潜在风险的后果为两列车相撞导致乘客失去平衡，乘客在车厢内跌倒或发生伤亡。若列车在车站内至少有１个车门打开而乘客正在上下客时发生列车不适时牵引，则潜在风险的后果为：在没有关门的情况下，列车开始移动导致乘客从列车或站台上跌落到轨道上，从而造成乘客伤亡。因此，确定列车不适时牵引的主要两个顶事件为“紧急制动时不适时牵引”和“至少１个车门打开时牵引”。
2.2列车牵引系统电气控制原理图分析
列车牵引系统电气控制原理图如图１所示。其整个控制回路的指令是通过元器件（继电器、接触器和开关）组成的硬线传输来实现的。当触发紧急制动时，紧急制动接触器（EBK1／EBK2）失电断开，将紧急制动施加命令传递给制动控制单元，施加紧急制动。ＥＢＫ断电后，会使紧急制动继电器（EBK1／EBK2）失电断开，进而使牵引授权控制电路中EBK1／EBK2的相应触点断开，从而禁止牵引授权指令输出。
在图１中，当列车上有车门打开时，车门联锁回路断开，车门联锁继电器（DIR1＿L）失电断开。DIR断电后，使牵引授权控制电路中DIR1＿L的相应触点断开，禁止牵引授权指令输出。同时，该失电信号被送到列车自动控制（ATC）系统。ATC系统检测到车门联锁回路失电时将输出牵引抑制信号，禁止牵引，从而防止车门打开时发生牵引。
2.3建立故障树
从顶事件“紧急制动时不适时牵引”出发，以6节编组中的4个动车为例，根据图１，利用演绎法建造故障树，如图２所示。图２及以下各图中，ｆ为故障率。
在正常运行时，若触发紧急制动，则列车必须以紧急制动率制动；同时所有牵引指令立即中断，直至列车完全停止。牵引指令通过断开EBR来切断牵引授权电路。同时，牵引切除指令和制动施加指令传送到牵引逆变器。
从顶事件“至少１个车门打开时牵引”出发，利用演绎法建立故障树，如图３和图４所示。图３、图４的故障树主要从以下两种情况来考虑：
1）列车在站台准备出发，１个或多个车门未关、未锁闭，但车门联锁机构却检测为关闭、锁好状态，并且ATC接收到此信号，发送出“牵引授权”脉冲信号。
2）列车在站台准备出发，１个或多个车门未关、未锁闭，给ATC发送出门未关、未锁闭的信号，但是ATC设备故障，给牵引系统发出“牵引授权”脉冲信号。如果此时列车起动运行，车门打开处的乘客会坠落到轨道上，导致人身伤亡。
2.4产生最小割集，确定故障模式集合
通过专业的故障树仿真软件Relex分析得出：FTA1的１阶最小割集为Event12，此事件为“在紧急制动情况下，４个动车中至少有１个动车不适时牵引”，无２阶最小割集；FTA２不存在１阶和２阶最小割集。
2.5对于１阶或２阶相匹配的最小割集进行定性综合分析
对于FTA1的Event12，此事件由牵引系统分包商做分析，车辆供应方将其作为未展开事件，直接引用其分析结果。当触发紧急制动后，牵引授权失效，牵引指令切除能够使牵引逆变器实施制动，故不存在单点故障。此外，由FTA可知，EBR、EBK是关键元器件。对于FTA2：虽然导致危害事件发生的最小１阶和２阶割集都没有，但DIR应为安全关键件，DIR的触点粘结在工作位，将误使ATC发出门释放信息，会带来严重的后果；同时列车头、尾司机室中安装的ATC系统（一个启用，另一个备用）也是列车上的关键件，它会进行自检，万一检测到故障，则有故障的ATC关闭，启用备用的ATC系统。
2.6定量评价故障模式，计算事件的发生概率
定量计算的数据来源于标准的计算公式和下级供应商的数据。比如，电子元器件的故障率值来自国家军用标准GJB 299C的公式计算。对于供应商负责分析的零部件，本文中作“未探明事件”处理，直接引用其分析结果。通过专业的故障树仿真软件Relex计算得出：FTA1顶事件发生的故障频率为2.493×10－23次／h，FTA2顶事件发生的故障频率为1.75×10－15次／ｈ，均远远低于标准要求的1×10－6次／ｈ３）熔断器箱到无受电弓的动车高压箱DC1500Ｖ电缆的磁场安全距离为离电缆线束中心１８ｃｍ以外的空间；
2.7分析结论
根据欧洲标准EN 50126-2中风险矩阵的要求，当事件故障频率低于1×10－6次／ｈ时，安全性要求就可以接受。因此，通过上述故障树定量分析后，其顶事件发生的概率完全满足安全性要求，表示这种设计具有非常高的安全性。此外，建议对所有安全关键件（DIR 、EBR等）要进行重点检查和维护。
论文作者:朱杰
论文发表刊物:《基层建设》2016年3期
论文发表时间:2016/5/29
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