城市地铁工程通信信号系统安全性研究.docx

城市地铁工程通信信号系统安全性研究 现代城市道路交叉纵横，交通日益拥挤。发展以城市地铁为骨干的大运量快速公共交通系统是解决城市客运交通问题的根本途径，这一点已成为业内人士的共识。目前，我国的城市轨道交通(主要是地铁)建设正面临史无前例的高潮。北京、上海、广州等城市每年都以4050千米、一百零一亿元以上的投资速度推动，目前已获批的15个城市也正在进行地铁建设。 但由于地铁运营环境的特别性，地铁如突发平安事故，乘客紧急逃命非常困难，简单造成群死群伤。而通信、信号系统是城市地铁工程中的重要组成部分，用于指挥地铁列车运行、进行运营管理、公务联络和传递语音、文字、数据及图像等各种信息，是保证地铁列车平安、有序、快速、正常运行，提高运输效率，实现列车自动限制的关键系统设备。同时在发生事故状况下，也是应急处理、抢险救灾的基本保障措施之一。 通信系统由专用通信系统、民用通信系统和公安通信系统三部分组成。三套通信系统构成传送语音、文字、数据和图像等各种综合业务通信网，以满意城市地铁运营和管理的要求。 信号系统通常指地铁列车自动限制(ATC)系统。ATC系统可由三个子系统组成，即列车自动监控(ATS)子系统、列车自动防护(ATP)子系统(含联锁功能)和列车自动运行(ATO)子系统。信号系统必需以平安、牢靠、技术先进好用和经济合理为宗旨，必需满意确保行车平安、提高运输效率和改善服务质量的要求。 近年来，因通信、信号系统故障引发的事故时有发生，如：(1)2022年6月底，广州地铁3号线为了压缩行车间隔，在调试过程中系统不稳定，导致列车连续两天因故障停运。(2)2022年6月22日，美国华盛顿哥伦比亚特区发生一起两列地铁列车相撞事故，至少有9人丧生、73余人受伤。事故缘由是电脑自动限制系统故障、刹车失灵等某一缘由或多重因素所致。(3)2022年12月22日，上海地铁1号线发生两车侧撞导致一车冲出轨道和乘客受困的事故，引起地铁全线瘫痪。上海地铁方面称事故缘由为信号或操作问题。 此外，在日常运营中因通信、信号系统故障引发的地铁列车延误等故障也不鲜见。如2022年9月16日上海地铁3号线上海南站往石龙路方向列车因信号故障造成列车晚点，影响时间10分钟以上。 一、通信、信号系统危急、有害因素分析 通信、信号系统可能存在的危急、有害因素主要有： 1)系统失灵影响行车平安。造成系统失灵的缘由有：系统设备受到电机牵引所产生的谐波电流、外界电磁波、静电、雷击、杂散电流腐蚀等干扰或破坏，引起系统故障或损坏，导致信息破坏或丢失。在南方沿海的梅雨季节或台风暴雨季节，地铁内湿度增加，电子元件可能受潮、浸水等引起设备失灵或损坏。过高、过低的温湿度或温度猛烈改变也可能导致元件电参数改变、水汽凝聚及尺寸改变等后果，对设备造成影响。(3)振动易造成弱电设备元件接点脱落、接插件松动、接触不良、部件损坏等。 2)系统硬件设施对系统运行环境的影响主要有：(1)系统设备质量低下、性能不稳定、元器件运用寿命短和抗干扰实力差等，简单使系统设备发生故障或损坏，轻则造成站点与限制中心失去通信联系，重则造成整个地铁线路瘫痪。(2)通信、信号系统均为电子设备和电子计算机设备组成的综合系统。电子元件及其设备由于散热不良、故障、电气线路老化短路及用电不当等人为因素会引起火灾。(3)系统设备接地不当，可能由于外界缘由使通信、信号设备及其元器件损坏或击穿，导致通信、信号系统故障，甚至危及人身平安。(4)线路布置不当，简单引起线路故障。(5)隧道内托板架侵入设备限界或车载天线超出车辆限界等，都会引起车载通信、信号设备发生损坏，导致意外事故的发生。 3)人为因素导致系统故障、影响行车平安：(1)系统电源断电。(2)运营操作人员违章操作或操作失误，引起系统设备故障或烧毁，甚至发生人身伤亡事故。(3)敷设在限制中心及正线地下区段的通信、信号系统内外电缆遇明火、老鼠啮咬短路或其他缘由存在火灾危急。(4)系统的计算机网络由于存在平安漏洞，很简单受到恶意软件、木马、病毒的破坏和黑客的攻击，可能导致网络系统故障、数据丢失或错乱直至系统瘫痪。(5)系统未经平安检测和调试合格就投入运用，难以保证系统正常运行，简单发生平安事故。 二、通信、信号系统平安性 依据以上危急、有害因素分析，结合现有国家及行业有关平安法律法规标准的要求，对通信、信号系统在系统设计、软硬件配置、安装维护等方面，提出一些合理可行的平安对策措施和建议。 1通信系统 1)系统传输实力要求：地铁各种信息传输要求必需具有大容量、低成本、标准化和高牢靠性的通信传输手段。为满意地铁通信各子系统和信号、电力监控、防灾、环境与设备监控系统和自动售检票等系统信息传输的要求，应建立以光纤通信为主的传输系统网络。 2)自愈性要求：0)系统应具有网络自愈特性，光缆线路、传输设备的重要部件均应具有备份爱护及故障自动切换功能，主要设备和网络需采纳热备冗余配置。(2)传输系统应从网络平安牢靠性考虑，在限制中心、停车场车辆基地、各个车站各设置一套传输设备，通过隧道两侧光缆的光纤隔站跳接，组成两个传输系统自愈环网，确保各种行车平安信息及限制信息不间断地牢靠传送。 3)应急手段要求：(1)在各车站、车辆段综合限制室以及车辆段的消防限制室等地点应设置防灾、环境与设备监控系统调度电话分机。公务电话通信网的程控电话应自动将“119”、“110”等特种业务呼叫转接到市公众电信网的相应特服号，并具备电话跟踪功能。(2)地铁应设置无线通信系统，为限制中心调度员、列车司机、车站、车辆综合基地值班员和现场移动工作人员供应无线通信联络，且必需具有选呼、组呼、全呼几种方式、多级优先呼叫功能和网络管理功能，并具备显示、录音、检索等存储、监测功能。同时应将市网、公安无线系统和消防无线调度系统引入地下，以满意在火灾或紧急事故状况下抢险救灾的要求。 4)系统保障要求：在地铁沿线敷设的光缆、电缆等管线结构，应选择符合杂散电流腐蚀防护的材质、结构设计和施工方法。隧道内的通信电缆、光缆应以绝缘方式进行敷设。地铁敷设光缆不设屏蔽地线，但接头两侧的金属护套及金属加强件应相互绝缘，光缆引人室内应做绝缘接头。(1)系统电源设备应满意通信设备对电源的要求，必需是独立的供电设备并具有集中监控管理功能，保证对通信设备不间断、无瞬变地供电。地铁通信设备应按一级负荷供电，即由变电所接双电源双回路的沟通电源至通信机房沟通配电屏，当一路出现故障时，应能自动切换至另一路。采纳综合不间断电源UPS对各通信设备供电时，不间断电源的蓄电池组容量应保证连续供电不少于4小时。(2)通信设备的接地系统设计，应做到确保人身、通信设备平安和通 信设备的正常工作。建议在限制中心、各车站、停车场车辆基地均设置一组地线接地装置，接地电阻1欧，并采纳反屏蔽接地方式。 2信号系统 1)系统的形式与完整性要求：(1)系统(特殊是最大通过实力不小于30对的运营线路)应采纳完整的ATC闭环系统，以实现列车完整的无人驾驶自动限制，满意行车指挥自动化和列车超速防护的要求。(2)系统设备按所处地域应包括限制中心系统、车站及轨旁系统、车载设备系统和车辆段及停车场系统。若缺少其中任一区域子系统，就无法实现地一车限制结合、现地限制与中心限制结合，也就构不成一个完整的列车自动限制系统。(3)当前地铁信号系统可具有下列主要ATC制式：固定闭塞式、准移动闭塞式和移动闭塞式。固定闭塞和准移动闭塞以轨道电路、信标作为车一地通信媒介，只能实现连续的轨旁至车载的单向通信，无法实现连续的车对地的信息传输，因而地面无法连续、实时地了解列车及设备的运行状况，也就无法实现地面对列车的连续监测，无法满意无人驾驶的要求。所以，为实现地铁交通网络最大限度地互联互通，依据信号技术发展的主流，应选择无线移动闭塞ATC系统。 2)“故障一平安”原则：(1)凡涉及行车平安的信号设备必需满意“故障一平安”原则。即地铁信号设备在发生障碍、错误、失效的状况下，应具有导致减轻以至避开损失的功能，以确保行车平安。其措施主要有：为防止人的错误操作而出现的各种联锁及闭塞技术等。故障后使功能软化或降级运用技术，满意故障复原的须要。如自动闭塞中绿灯烧坏改亮黄灯的技术。应急顶替技术，如电源故障时利用蓄电池供电的技术。检测、报警和预防性养护的技术。冗余技术，如多重设备。器件的降额运用技术，如信号灯泡的降压运用等。(2)系统应具有较高的平安性和牢靠性，并具备多级后备降级模式。当信号系统发生故障时，ATC系统限制等级应遵循降级运行，按车站人工限制优先于限制中心人工限制、限制中心人工限制优先于限制中心的自动限制或车站自动限制的原则来确保运营平安。系统须经平安检测、认证并批准后运用。(3)在ATC限制区域内运用限制模式或非限制模式时，应有破铅封、记录或特别限制指令授权等技术措施。(4)导致列车停车是ATP系统设计的最高平安准则。任何车一地通信中断以及列车非预期移动(含退行)、列车完整性电路的中断、列车超速(含临时限速)、车载设备故障等应产生平安性制动。在车站站台及车站限制室应设置站台紧急关闭按钮：在车站限制室应设置具有备份、监视和紧急处理功能的综合后备限制IBP盘，以支持发生紧急事务时的限制。(5)ATO系统在ATP系统的平安防护下实现列车自动驾驶、完成运行自动调整，在设有屏蔽门的状况下，应能限制站台屏蔽门与列车车门的开、闭按预定依次动作，ATO的定点停车精度要求在±0.25米以内，以免发生上下车的乘客被车门或屏蔽门夹住等机械伤人事故。 3)系统保障要求：(1)系统设备应由综合不间断电源UPS设备统一供电，并按一级负荷供电。车上设备应由车上直流电源干脆供电或经变流设备供电。(2)为防止火灾发生时引起电线电缆燃烧，产生浓烟雾、毒气等，给救援和乘客逃命带来严峻困难，信号系统线路宜采纳阻燃、低毒、防腐蚀护套电缆。地面电缆应采纳直埋或管道方式敷设。(3)高架和地面线的室外信号设备、与外线连接的室内信号设备必需设置防雷设施。信号设备应设工作地线、爱护地线、屏蔽地线和防雷地线等；地铁信号设备的接地宜接入综合接地系统，也可采纳分设接地方式；信号设备室应通过主接地板接地。室外电缆屏蔽和防雷器的接地，宜通过设于电缆引入口的接地板与主接地板相连。车载信号设备的地线应经车辆的接地装置接地。限制中心、车站、车辆综合基地、停车场信号系统地线应接人各系统共用的综合接地系统，综合接地系统接地电阻值应1欧。 三、通信、信号设备用房平安性 良好的机房环境是通信、信号系统正常运行的重要保证。合理有效地充分利用通信机房，提高通信、信号网络平安防护水平，对于设备的运行维护、快速处理设备故障、降低成本等具有非常重要的意义。 设备用房可能存在的缺陷有：(1)机房环境不符合或者达不到要求，可能存在粉尘、潮湿、静电、火灾和振动等危害。(2)平安配套设施跟不上通信建设扩容或超负荷运行的要求。(3)人为因素造成损害，如维护不良、操作不当和人为破坏等。 针对可能存在的平安问题，应实行的平安技术措施主要有：(1)设备用房的位置支配，应做到经济合理、运转平安，并考虑满意线路远期扩展的须要，预留适当的运营间隔，以备设备增加、更新倒换等。(2)在机房装修、平安设施配置等方面，应满意设备及各种元器件的防尘、防潮、隔音、防火、防震和防静电等要求。特殊是应设置通风空调系统，在区间堵塞和火灾时与事故风机联合运行，保证区间事故通风要求。(3)设置火灾报警探测器和气体自动灭火装置。(4)加强对机房环境的维护管理。 四、结束语 城市地铁工程具有周期长、技术困难、不行预见风险因素多和对社会环境影响大等特点，属于高风险工程。只有进行科学的规划、设计和施工，构建通信、信号系统的本质平安，加强通信、信号系统日常管理，并建立突发事务的应急救援体系，才能削减甚至杜绝城市地铁工程平安事故的发生，降低事故灾难造成的危害和损失，确保城市地铁的可持续发展。 (编辑陈志华) 第10页 共10页第 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