對韶山系電力機車操縱控制電路的改進建議

謝春華

(鄭州鐵路局 洛陽機務段,河南洛陽471002)

隨著長交路輪乘制和雙班單司機值乘在全路機務系統全面推廣,傳統機車操縱控制方式顯現弊端,給運輸暢通帶來威脅。表現在實行單司機值乘后原有的機械間巡視作業的頻次大幅減少,對機械間巡視能夠發現的故障隱患無法及時排除。另一方面,交路延長后一次乘務作業時間延長,乘務員精力下降,由于傳統操縱控制方式的操縱開關較多,乘務員誤操縱的幾率大幅度上升。洛陽機務段電力機車運行中曾因蓄電池充電自動開關跳斷未及時發現導致蓄電池虧電,造成機車過絕緣分相時受電弓無法升弓而發生機車故障;因乘務員精力不集中過絕緣分相后、未閉合“壓縮機”琴鍵開關導致機車總風下降過低,造成列車制動停車、受電弓自動下落。

1 機車操縱控制電路現狀

我國各型內燃、電力機車的操縱控制方式一直沿用20世紀60年代設計時的模式。近幾年,標準化司機室設計也僅僅是將琴鍵開關改為扳鍵開關;將副臺開關箱移到主臺。這種操縱控制方式存在如下問題:

(1)操縱開關眾多,自動化程度低。韶山系列電力機車共有主斷路器斷電、閉合開關;前、后受電弓升弓開關;劈相機、壓縮機、通風機、制動風機、強泵風開關等主控制開關及前照燈、副前照燈、標志燈、儀表燈、司機室燈、電扇等輔控制開關,以及風笛閥、撒沙閥等。乘務員值乘中既要瞭望信號、線路、接觸網,還要進行“運器”人機對話、車機聯控和觀察機車儀表顯示,在這種情況下再操縱眾多的開關,經常是手忙腳亂。

(2)機車電氣自動保護不足,人工檢查干預多。目前韶山系列電力機車控制電路電氣自動保護執行控制普遍采用3種形式。①直接開斷主斷路器的重故障、系統性故障電氣保護,包括原邊過流、次邊過流、牽引電機過載、輔助系統過流、主電路接地、輔電路接地、緊急制動、零壓等。②斷開勵磁接觸器或自動開關的輕故障、局部故障電氣保護,包括勵磁過流、制動過流及輔助回路各機組、控制電路、照明、取暖設備的短路過載等。③通過預備完成或順序控制、故障提示的一般性故障保護,包括通風機風速保護、風壓保護、防空轉保護及控制電路接地保護等。這些保護功能正常發揮作用要求各保護檢測、執行電氣性能良好、乘務員無誤操作。并且,乘務員需要在機車通過絕緣分相或故障保護后及時進行走廊巡視;頻繁檢查各自動開關、電器、儀表狀態;故障發生后及時進行人工干預處理。

如果因檢測儀器、控制電氣故障或乘務員檢查、操縱疏忽極有可能造成機車保護失控、故障擴大而影響運輸生產。特別是當前推行單司機、長交路輪乘制后,乘務員一次作業時間長,單司機走廊巡視和檢查無法按照原有要求和頻次進行,乘務員因精神狀態不佳難免發生漏操作。而SS4型和SS3B型等雙節重聯機車的全面投入運用,后節機車長時間無人監控條件下的電氣運轉存在安全隱患,就迫切需要增加自動保護功能。

(3)儀表顯示少,故障診斷、顯示、存儲、指導不足。為及時掌握機車運行狀態,韶山系列電力機車司機室設有顯示儀表、信號顯示燈(狀態指示燈)或智能顯示單元。司機室儀表、信號燈布置普通機車為主、副臺設置,標準化司機室機車按單司機值乘設計、取消了副臺。受安裝位置限制和傳統設計思想影響,操縱臺顯示儀表不能顯示變壓器油溫、蓄電池電流、控制電壓及后節車牽引電機電壓、電流等。除安裝有智能顯示單元的網絡機車外,其他韶山系列機車均沒有故障診斷、存儲及故障處理指導功能。在單司機值乘、多機型機車混用輪乘的新形勢下,對乘務員及時掌握機車各部件運行狀態、迅速正確處理機車故障極為不利。

2 改進建議

為適應長交路輪乘制和雙班單司機值乘需要,減少乘務員走廊巡視和人工干預作業,杜絕因乘務員誤操縱造成的運輸、安全隱患。建議對韶山系列電力機車進行如下改進:

(1)減少司機操縱開關,增加自動控制功能。通過改進控制電路取消劈相機、壓縮機、通風機、制動風機操縱開關,主控制操作僅設受電弓、主斷路器斷電、閉合開關及壓縮機強泵風開關。將劈相機扳鍵開關取消,更換為主斷路器輔助聯鎖,在主斷路器閉合后劈相機自動啟動,劈相機啟動完成后向輔機控制電路供電,自動開啟各輔機的控制。壓縮機強泵風扳鍵開關改為自復式,取消壓縮機扳鍵開關,控制電路上對壓縮機扳鍵開關直接短接。通風機在司機控制器調速手柄離開“0”位后自動順序啟動,制動風機在司機控制器調速手柄離“0”進入“制”區后順序啟動。改造電路可將通風機扳鍵開關直接更換為零位中間繼電器聯鎖,將制動通風機扳鍵開關更換為零位中間繼電器與牽引制動轉換中間繼電器聯鎖串聯。邏輯控制機車可直接更改控制邏輯,或做相應改造。

為保證制動電阻、電機、變壓器等充分冷卻,可在司機控制器調速手柄回“0”位后增加一定延時(50～100 s),再斷開各通風機接觸器。電路改造需要增設兩個時間繼電器。

(2)增加故障監控功能,減少人工檢查干預。為方便單司機值乘中及時掌握機車各部運行狀態,對乘務員走廊巡視的主要內容及機車重要質量安全隱患增加監控裝置。將機車各狀態顯示儀表、信號指示燈盡可能設置在司機室,按照關注重要程度及顯示量變化快慢分別布置在主臺、副臺或后墻、側墻等位置,便于乘務員及時查看、定時查看或需要時查看。就當前機車狀態而言,在司機室可增加各主變壓器油溫表、蓄電池電壓表、輔助風缸風壓表、各牽引電機電壓、電流表、軸溫檢測各軸位各軸承溫度表(固定重聯機車包括后節機車)等儀表;增加各自動開關跳斷后的狀態顯示及報警提示;增加對各高壓室、機械間的視頻監控顯示或火災煙霧報警。

(3)完善機車保護控制,杜絕乘務員誤操縱。對機車故障按照重故障、輕故障和一般性故障進行分層次管理。對可能引起機車主要電氣部件嚴重損壞及電線路燒損的重故障實行立即斷開主斷路器進行保護,對影響機車牽引、制動電路的輕故障及需要切除機車動力時可采取斷開線路接觸器進行保護,對不影響機車短時運用的機車電氣部件不良的一般性故障實行報警提示,由機車乘務員迅速恢復處理。

現有機車有必要增加對機車各節的蓄電池電壓、總風缸風壓、變壓器油溫、風冷平波電抗器溫度、制動電阻溫度、整流柜硅元件溫度等的檢測、保護,超過設定門檻值時采取報警提示或斷開線路接觸器保護。將磁場削弱統一由司機控制器換向手柄改為調速手柄高級位控制,但在準恒速特性控制模式下仍會發生低速使用削磁問題,建議在電子柜增加電機滿電壓狀態檢測,在電機滿電壓狀態下才可進行削磁控制。線路接觸器控制存在缺陷,位置轉換開關誤轉換或轉換不到位時,調速手柄進級線路接觸器能夠閉合,極易因“剩磁發電”而造成牽引電機、位置轉換開關嚴重燒損和動輪擦傷的機車部件破損事故。對線路接觸器的控制有必要增加位置轉換中間繼電器聯鎖(如SS3型4000系),確保兩位置轉換開關轉換到位后,線路接觸器才能閉合。

(4)增設故障存儲診斷功能,方便故障快速處理。網絡通訊、邏輯控制、微機控制及智能顯示技術在機車上推廣使用,給機車故障存儲、診斷功能的實現帶來了可能。新型網絡機車的智能顯示單元已具備了基本的故障存儲和診斷功能。機車運行中發生故障后,智能顯示單元的“故障及操作提示區”就會顯示當前系統中存在的故障情況及簡單處理方法,對當前混機型輪乘條件下乘務員快速判斷、處理機車故障提供了很好的幫助。進入顯示器菜單“故障頁”能夠隨時查詢機車已存儲的故障級別、故障內容及發生時間,給檢修人員、地勤人員及時掌握機車質量狀態,進行有針對性的整修提供了方便。但是,由于對故障發生時機車網絡、輔助系統各輔助機組、控制系統各隔離開關、主電路各主要電器的工作狀態及故障前后速度、電壓、電流等數據信息沒有記錄,無法實現更深入的故障分析及全面的故障診斷和具體的故障處理指導功能。

對既有非網絡機車有必要增加故障存儲診斷裝置。故障存儲主要記錄故障名稱、發生時間、故障時各開關、各主要電器工作狀態及故障前后2 s間速度、電壓、電流等數據。故障診斷依據現行的應急故障處理辦法,結合故障發生時機車工作狀態等進行智能化判斷,給乘務員提供操作指導。這既有利于輪乘制乘務員快速、正確處理機車故障,同時,也能夠給跨鐵路局、跨機務段輪乘條件下機車質量事故的分析定責提供有力幫助。

[1] 張友松,朱龍駒.韶山4型電力機車[M].北京:中國鐵道出版社,1998.

[2] 劉友梅.韶山3型4000系電力機車[M].北京:中國鐵道出版社,1996.

[3] 黃振文.6K型電力機車[M].北京:中國鐵道出版社,1992.

[4] 株洲電力機車廠軌道電力牽引技術中心.SS3B型電力機車檢修手冊[Z].株洲電力機車廠,2004.