劉克思，張遠(yuǎn)東，欒珂，張欣冉

（1 中國鐵路濟(jì)南局集團(tuán)有限公司 青島動(dòng)車段，山東青島 266011；2 中國鐵路北京局集團(tuán)有限公司，北京 100860；3 中車南京浦鎮(zhèn)車輛有限公司，南京 210031；4 中車青島四方車輛研究所有限公司，山東青島 266031）

制動(dòng)安全環(huán)路通過監(jiān)控相關(guān)設(shè)備狀態(tài)，當(dāng)出現(xiàn)不安全因素時(shí)，應(yīng)及時(shí)斷開制動(dòng)安全環(huán)路實(shí)施緊急制動(dòng)，確保動(dòng)車組安全停車［1］。當(dāng)動(dòng)車組在運(yùn)用區(qū)間內(nèi)發(fā)生制動(dòng)安全環(huán)路斷開故障后，應(yīng)及時(shí)查找原因并排除故障點(diǎn)，若短時(shí)間內(nèi)無法排除故障則應(yīng)在確保安全的前提下隔離故障點(diǎn)，重新建立制動(dòng)安全環(huán)路進(jìn)行緩解，維持動(dòng)車組繼續(xù)運(yùn)行，避免動(dòng)車組在區(qū)間救援，減少對(duì)運(yùn)輸秩序的影響［2］。為了解決因制動(dòng)安全環(huán)路斷開不能緩解的問題，采用合理設(shè)置旁路功能屏蔽制動(dòng)安全環(huán)路中的相關(guān)故障點(diǎn)，可有效提高動(dòng)車組繼續(xù)運(yùn)行能力［3-5］。

近年來，CRH5A 動(dòng)車組多次在運(yùn)行途中發(fā)生制動(dòng)安全環(huán)路異常斷開、觸發(fā)緊急制動(dòng)導(dǎo)致區(qū)間停車，在故障檢查處置過程中，涉及的司機(jī)操作設(shè)備、控制繼電器及電氣線路較為復(fù)雜，現(xiàn)有列車中央控制系統(tǒng)無法及時(shí)診斷并準(zhǔn)確報(bào)出具體故障點(diǎn)，監(jiān)控屏僅顯示安全環(huán)路斷開，無其他故障信息提示，隨車機(jī)械師難以查明問題原因并做出快速處置，制動(dòng)安全環(huán)路沒有設(shè)置相關(guān)旁路功能，全列緊急制動(dòng)無法緩解，通過隔離ATP、斷蓄電池復(fù)位等處置均無效，最終需要通過動(dòng)車組救援或重聯(lián)解編后列車分部運(yùn)行的方式調(diào)出區(qū)間，嚴(yán)重影響運(yùn)輸秩序。為了解決上述問題，文中結(jié)合CRH5A動(dòng)車組電氣原理圖，梳理制動(dòng)安全環(huán)路的問題，并研究設(shè)置旁路功能的優(yōu)化方案，分析實(shí)施旁路功能后對(duì)動(dòng)車組行車安全的影響，給出制動(dòng)安全環(huán)路斷開故障后的應(yīng)急處置操作建議。

1 安全環(huán)路

1.1 安全環(huán)路概念

為提升動(dòng)車組安全性和可靠性，動(dòng)車組設(shè)計(jì)了以“故障導(dǎo)向安全”為原則的安全環(huán)路，將影響動(dòng)車組安全運(yùn)行的各種不安全因素串聯(lián)在安全環(huán)路中，動(dòng)車組出現(xiàn)緊急情況時(shí)，不依賴列車中央控制系統(tǒng)的前提下能夠安全停車，為列車提供獨(dú)立于列車中央控制系統(tǒng)之外的安全保護(hù)。

1.2 安全環(huán)路原理

安全環(huán)路由環(huán)路中斷器（LIA）、環(huán)路控制線（LCL）、環(huán)路狀態(tài)線（LSL）及環(huán)路狀態(tài)繼電器（LP）組成。當(dāng)蓄電池打開，電源向安全環(huán)路控制線供電，列車安全環(huán)路的控制通過布置于整列車的監(jiān)控接觸元件（環(huán)路中斷器）實(shí)現(xiàn)。安全環(huán)路控制線的信息傳遞到端車的環(huán)路狀態(tài)線中，該狀態(tài)線按順序?qū)⑿畔鬟f到整列車，并由環(huán)路狀態(tài)評(píng)估元件（環(huán)路狀態(tài)繼電器）執(zhí)行整個(gè)安全環(huán)路的狀態(tài)檢測(cè)。安全環(huán)路斷電時(shí)，環(huán)路控制線及狀態(tài)線也會(huì)失電，環(huán)路狀態(tài)繼電器失電，各車的環(huán)路狀態(tài)繼電器響應(yīng)控制線及狀態(tài)線的變化，并對(duì)列車或單車執(zhí)行相應(yīng)操作。

2 CRH5A 動(dòng)車組制動(dòng)安全環(huán)路現(xiàn)狀

2.1 緊急制動(dòng)控制原理

CRH5A 動(dòng)車組制動(dòng)系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)控制的電空直通制動(dòng)系統(tǒng)和用于救援回送的備用空氣制動(dòng)系統(tǒng)，常用制動(dòng)為電空復(fù)合制動(dòng)，緊急制動(dòng)為純空氣制動(dòng)，緊急制動(dòng)可由安全環(huán)路直接觸發(fā)，其控制原理如圖1 所示。

圖1 CRH5A 動(dòng)車組緊急制動(dòng)控制原理圖

動(dòng)車組列車正常運(yùn)行時(shí)，安全環(huán)路保持閉合狀態(tài)，兩頭車緊急制動(dòng)閥（N02）得電關(guān)閉，列車管保持定壓狀態(tài)；各車緊急制動(dòng)電磁閥（B60.05）得電，緊急制動(dòng)處于緩解狀態(tài)。當(dāng)列車運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)檢測(cè)到影響運(yùn)行安全的設(shè)備故障或車輛控制器發(fā)出緊急制動(dòng)請(qǐng)求時(shí)，動(dòng)車組安全環(huán)路斷開，N02失電打開，快速排空列車管壓力，此時(shí)，動(dòng)車組各車分配閥（B55）動(dòng)作，向中繼閥（B60.04，B60.19）輸送間接制動(dòng)預(yù)控壓力；同時(shí)，各車緊急制動(dòng)電磁閥（B60.05）失電，向中繼閥（B60.04，B60.19）輸送直接制動(dòng)預(yù)控壓力，兩者互為冗余，較大的預(yù)控壓力經(jīng)空重車調(diào)整閥（B60.06）作用于中繼閥；在預(yù)控壓力作用下，總風(fēng)壓力經(jīng)中繼閥的流量放大后，最終作用于基礎(chǔ)制動(dòng)裝置，從而施加與載荷相對(duì)應(yīng)的緊急制動(dòng)力。另外，CRH5A 動(dòng)車組安全環(huán)路的斷開信號(hào)會(huì)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸給各車制動(dòng)控制裝置（BCU），BCU 會(huì)控制電空轉(zhuǎn)換閥（B60.02）輸出接近于緊急制動(dòng)預(yù)控壓力的備份預(yù)控壓力。

2.2 制動(dòng)安全環(huán)路工作原理

CRH5A 動(dòng)車組安全環(huán)路由尾車司機(jī)室控制柜（QCA 柜）內(nèi)30Q103 斷路器供電，貫穿全列到主控車。安全環(huán)路中斷器（觸發(fā)源）包括牽引制動(dòng)手柄、備用制動(dòng)手柄、緊急制動(dòng)按鈕、停放制動(dòng)、警惕裝置、ATP/LKJ 等。通過操作牽引制動(dòng)手柄至緊急制動(dòng)位、備用制動(dòng)手柄、按下緊急制動(dòng)按鈕、列車運(yùn)行途中停放制動(dòng)非正常施加、司機(jī)警惕裝置動(dòng)作、ATP/LKJ 安全防護(hù)功能觸發(fā)等，均可斷開安全環(huán)路，致使安全環(huán)路狀態(tài)繼電器（30K12）失電，導(dǎo)致緊急制動(dòng)閥（N02）和緊急制動(dòng)電磁閥（B60.05）失電，進(jìn)而觸發(fā)列車緊急制動(dòng)，確保動(dòng)車組安全停車。安全環(huán)路示意圖如圖2 所示。

圖2 CRH5A 動(dòng)車組安全環(huán)路示意圖

為避免司機(jī)警惕裝置及ATP/LKJ 裝置錯(cuò)誤觸發(fā)造成列車緊急制動(dòng)無法正常緩解，CRH5A 動(dòng)車組增設(shè)了隔離警惕裝置旋鈕及ATP/LKJ 裝置緊急制動(dòng)隔離開關(guān)。將上述開關(guān)操作至隔離位，可旁路相關(guān)設(shè)備，重新建立安全環(huán)路。ATP/LKJ 緊急制動(dòng)旁路后，動(dòng)車組須限速40 km/h 運(yùn)行。

2.3 存在的問題

CRH5A 動(dòng)車組既有制動(dòng)安全環(huán)路涉及的設(shè)備、繼電器及電氣線路比較多，任一單點(diǎn)故障或異常均會(huì)造成整個(gè)安全環(huán)路斷開，但網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)不能做到完全監(jiān)控，無法診斷出故障點(diǎn)，車載裝置沒有故障信息提示，因此現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急處置存在盲點(diǎn)；安全環(huán)路中設(shè)備故障造成環(huán)路斷開后，自動(dòng)觸發(fā)緊急制動(dòng)并無法緩解，此時(shí)需閉合安全環(huán)路方可恢復(fù)行車，目前僅對(duì)司機(jī)警惕裝置、ATP/LKJ 裝置設(shè)有隔離功能，其他點(diǎn)位故障無法直接操作隔離，難以快速應(yīng)急處置。

3 制動(dòng)安全環(huán)路優(yōu)化方案

3.1 增設(shè)旁路開關(guān)及功能分析

為進(jìn)一步提升CRH5A 動(dòng)車組安全環(huán)路的可靠性，以及環(huán)路異常斷開時(shí)應(yīng)急處置的可操作性，基于各鐵路局運(yùn)用實(shí)際情況，在1 車/8 車新增旁路空開1（暫定為30Q107）和新增旁路空開2（暫定為30Q108），實(shí)現(xiàn)對(duì)司機(jī)警惕裝置及ATP/LKJ 裝置以外其他設(shè)備的可靠隔離或旁路。動(dòng)車組正常工作時(shí)，新增旁路空開1 和新增旁路空開2 均處于斷開位（使用鉛封封鎖），應(yīng)急處置時(shí)去除鉛封并閉合開關(guān)。具體工作原理如下：

（1）當(dāng)單獨(dú)閉合占用端新增旁路空開1時(shí)，安全環(huán)路上非主控端和中間車線路及設(shè)備被旁路，此時(shí)非主控端的牽引制動(dòng)手柄、緊急制動(dòng)按鈕、備用制動(dòng)手柄將無法斷開安全環(huán)路，同時(shí)停放制動(dòng)非正常施加也無法自動(dòng)斷開安全環(huán)路。新增旁路空開1 閉合后安全環(huán)路的電氣原理如圖3 所示。

圖3 新增旁路空開1 閉合后安全環(huán)路的電氣原理

（2）當(dāng)單獨(dú)閉合占用端新增旁路空開2時(shí)，安全環(huán)路上主控端線路及設(shè)備被旁路，此時(shí)主控端的牽引制動(dòng)手柄、緊急制動(dòng)按鈕、備用制動(dòng)手柄、司機(jī)警惕裝置將無法斷開安全環(huán)路，同時(shí)牽引傳動(dòng)裝置損壞也無法自動(dòng)斷開安全環(huán)路。新增旁路空開2 閉合后安全環(huán)路的電氣原理如圖4 所示。

圖4 新增旁路空開2 閉合后安全環(huán)路的電氣原理

（3）當(dāng)同時(shí)閉合占用端新增旁路空開1 和新增旁路空開2時(shí)，安全環(huán)路上非主控端、中間車和主控端線路及設(shè)備被旁路，此時(shí)非主控端的牽引制動(dòng)手柄、緊急制動(dòng)按鈕、備用制動(dòng)手柄和主控端的牽引制動(dòng)手柄、緊急制動(dòng)按鈕、備用制動(dòng)手柄、司機(jī)警惕裝置將無法斷開安全環(huán)路，同時(shí)停放制動(dòng)非正常施加和牽引傳動(dòng)裝置損壞也無法自動(dòng)斷開安全環(huán)路。

3.2 對(duì)行車安全影響分析

新增旁路開關(guān)閉合后，對(duì)安全環(huán)路各個(gè)觸發(fā)源動(dòng)作后動(dòng)車組的響應(yīng)和行車安全影響進(jìn)行了評(píng)估分析，并提出了應(yīng)急操作建議。

3.2.1 旁路從控車的安全環(huán)路控制

動(dòng)車組閉合新增旁路空開1后，此時(shí)主控端的牽引/制動(dòng)手柄、緊急制動(dòng)按鈕、備用制動(dòng)手柄、司機(jī)警惕裝置、牽引傳動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)報(bào)警、ATP/LKJ 裝置緊急制動(dòng)觸發(fā)可以斷開安全環(huán)路，觸發(fā)動(dòng)車組緊急制動(dòng)。但以下觸發(fā)源的功能將受限：非主控端的牽引/制動(dòng)手柄、緊急制動(dòng)按鈕、備用制動(dòng)手柄無法斷開動(dòng)車組安全環(huán)路，帶有停放制動(dòng)的車輛停放制動(dòng)非正常施加后也無法自動(dòng)斷開動(dòng)車組安全環(huán)路。

在尾車安全環(huán)路供電失效情況下，單獨(dú)閉合新增旁路空開1，此時(shí)，操作主控車牽引制動(dòng)手柄至緊急制動(dòng)位、備用制動(dòng)手柄、緊急制動(dòng)按鈕、列車運(yùn)行途中主控車停放制動(dòng)非正常施加、司機(jī)警惕裝置動(dòng)作、ATP/LKJ 安全防護(hù)功能觸發(fā)，均可斷開安全環(huán)路，觸發(fā)動(dòng)車組緊急制動(dòng)停車，列車安全運(yùn)行不受影響。但須密切關(guān)注其他車輛（除主控車以外）停放制動(dòng)緩解狀態(tài)，如TD 屏彈出“列車運(yùn)行過程中，停放制動(dòng)非正常施加，安全環(huán)路斷開”的報(bào)文信息，需人工干預(yù)并制動(dòng)停車，可使用最大常用制動(dòng)，也可通過按下緊急制動(dòng)按鈕。

在退行情況下，遇突發(fā)情況時(shí)列車工作人員操作非主控車牽引制動(dòng)手柄置緊急制動(dòng)位、備用制動(dòng)手柄、緊急制動(dòng)按鈕均無法斷開安全環(huán)路?？紤]CRH5A 動(dòng)車組設(shè)有基于列車管排風(fēng)的備用空氣制動(dòng)系統(tǒng)，緊急制動(dòng)按鈕又具備機(jī)械排風(fēng)功能，可通過緊急制動(dòng)按鈕排空列車管，實(shí)現(xiàn)動(dòng)車組緊急制動(dòng)施加。

另外，為避免動(dòng)車組高速運(yùn)行時(shí)停放制動(dòng)異常施加導(dǎo)致車輪擦傷的風(fēng)險(xiǎn)，新增旁路空開1 閉合后，可按限速120 km/h 維持運(yùn)行，動(dòng)車組終到停車換端前，須斷開被操作的旁路開關(guān)，并重新評(píng)估安全環(huán)路情況。

3.2.2 旁路主控車的安全環(huán)路控制

動(dòng)車組閉合新增旁路空開2后，此時(shí)僅主控端的ATP/LKJ 可以斷開安全環(huán)路，觸發(fā)動(dòng)車組緊急制動(dòng)。但下列觸發(fā)源的功能將受限：主控端的牽引/制動(dòng)手柄、緊急制動(dòng)按鈕、備用制動(dòng)手柄、司機(jī)警惕裝置、牽引傳動(dòng)裝置損壞等均無法斷開安全環(huán)路。當(dāng)遇到特殊情況需要?jiǎng)榆嚱M輸出緊急制動(dòng)時(shí)，可通過按下緊急制動(dòng)按鈕（機(jī)械式排風(fēng)功能）排空列車管風(fēng)壓施加緊急制動(dòng)停車。在退行情況下，遇突發(fā)情況時(shí)列車工作人員操作非主控車牽引制動(dòng)手柄置緊急制動(dòng)位，備用制動(dòng)手柄、緊急制動(dòng)按鈕均可斷開安全環(huán)路，退行安全不受影響。

綜合評(píng)估各種運(yùn)行工況，考慮主控車緊急制動(dòng)功能嚴(yán)重受限時(shí)對(duì)安全行車的影響，可選擇進(jìn)一步降低運(yùn)行速度，并維持運(yùn)行至具備條件的車站更換車底。遇有特殊情況，基于安全考慮，可通過臨時(shí)恢復(fù)主控車新增旁路空開2，斷開安全環(huán)路，重新觸發(fā)緊急制動(dòng)停車。

3.2.3 旁路全部環(huán)路控制

安全環(huán)路特定故障工況下，需同時(shí)閉合新增旁路空開1 和新增旁路空開2，相比上述2 種單獨(dú)閉合情況，動(dòng)車組緊急制動(dòng)功能將進(jìn)一步失效，全列僅剩ATP/LKJ 可斷開安全環(huán)路，車輛停放制動(dòng)異常施加導(dǎo)致車輪擦傷的風(fēng)險(xiǎn)將增加，可選擇低速運(yùn)行至最近車站更換車底。當(dāng)遇到特殊情況需要?jiǎng)榆嚱M輸出緊急制動(dòng)時(shí)，可通過按下緊急制動(dòng)按鈕（機(jī)械式排風(fēng)功能）排空列車管風(fēng)壓施加緊急制動(dòng)停車。

3.3 對(duì)檢修維護(hù)影響分析

動(dòng)車組日常檢修作業(yè)時(shí)，需檢查確認(rèn)新增旁路空開1 和新增旁路空開2 是否處于斷開狀態(tài)，旁路開關(guān)的鉛封處于正常狀態(tài)。動(dòng)車組因安全環(huán)路故障而啟用旁路開關(guān)時(shí)，回庫后應(yīng)處理故障并恢復(fù)旁路開關(guān)，并重新設(shè)置鉛封。

3.4 應(yīng)急處置操作建議

CRH5A 動(dòng)車組出現(xiàn)安全環(huán)路無法建立故障時(shí)，閉合占用端新增旁路空開1后，如安全環(huán)路能夠建立，則限速120 km/h 維持運(yùn)行；如安全環(huán)路仍無法建立，則繼續(xù)閉合占用端新增旁路空開2，如安全環(huán)路能夠建立，則限速120 km/h 維持運(yùn)行。后續(xù)動(dòng)車組停車換端前，需恢復(fù)所有旁路開關(guān)。此外，如出現(xiàn)停放制動(dòng)非正常施加故障提示或牽引傳動(dòng)裝置損壞故障提示時(shí)，需人工干預(yù)并制動(dòng)停車，避免進(jìn)一步擴(kuò)大故障風(fēng)險(xiǎn)。

4 結(jié)論

在CRH5A 動(dòng)車組制動(dòng)安全環(huán)路上新增旁路空開1 和旁路空開2，可以在制動(dòng)安全環(huán)路因特定故障斷開導(dǎo)致列車緊急制動(dòng)且無法緩解情況下，通過閉合旁路開關(guān)可以屏蔽相關(guān)觸發(fā)源故障重新建立安全環(huán)路以實(shí)現(xiàn)列車緩解，其中新增旁路空開1閉合時(shí)可以對(duì)非主控端車輛的相關(guān)觸發(fā)源故障進(jìn)行屏蔽、新增旁路空開2 閉合時(shí)可以對(duì)主控端車輛的相關(guān)觸發(fā)源故障進(jìn)行屏蔽，此時(shí)動(dòng)車組可以自走行至前方車站，避免在區(qū)間內(nèi)停車等待救援，對(duì)保障高鐵運(yùn)輸秩序意義重大。

同時(shí)，鑒于操作新增旁路開關(guān)后對(duì)動(dòng)車組運(yùn)行有限制條件，下一步可結(jié)合列車軟件升級(jí)，研究增加特定診斷代碼，完善相關(guān)操作提示，為司機(jī)及隨車機(jī)械師應(yīng)急處置提供操作明確的指導(dǎo)意見。后續(xù)，還可結(jié)合動(dòng)車組壽命中期整修進(jìn)一步研究增加安全環(huán)路監(jiān)控及檢測(cè)設(shè)備，用于準(zhǔn)確判斷安全環(huán)路斷點(diǎn)位置，自動(dòng)識(shí)別并隔離相關(guān)故障點(diǎn)，進(jìn)一步提升動(dòng)車組應(yīng)急處置效率。