電力機車消防安全的幾點思考

黃俊芳 上海鐵路局上海職工培訓基地

電力機車運行于國內乃至世界多個國家的主要干線鐵路上，在客運和貨運運輸領域發揮著重要作用。由于各路段地形各異，特殊路段運行條件復雜，甚至需要穿越隧道運行，一旦發生火災，司機及乘客的財產、人身安全將面臨著嚴峻的威脅。因此，電力機車的消防安全必須引起高度重視，需對其防火措施與防火設計提出嚴格的要求。

1 機車消防中的問題

電力機車的發展經歷了從直流到交流的逐步轉變，車體、轉向架、傳動性能和安全性等多方面都有了明顯提高。在保證機車安全可靠運行的同時，也應給予機車消防功能足夠的重視。

電力機車的發熱部件散熱不良、電氣拉弧等問題會帶來火災的隱患，本文就機車消防問題從以下幾個方面做了思考。

（1）電力機車為大功率、復合型系統，各部件根據布置不同承擔著不同級別的運行責任。尤其是車內用于電力傳輸或通訊傳遞用的線纜需要有足夠高的電性能和阻燃性能，同時，繼電器、開關、端子排等均需要具有無鹵、阻燃等優越的性能，以保證機車在硬件上滿足近乎苛刻的運行要求；

（2）司機室和機械間是機車乘務人員工作、巡察和檢修的必經之處，必須做好消防措施。尤其是司機室內消防材料與消防措施的應用更是直接關系到乘務人員的人身安全；

（3）機車電傳動系統是主要的消防隱患之一。牽引變流系統從有級調壓調速到晶閘管相控調壓調速，再到基于全控型開關器件GTO、IGBT等的無級調速，無論從開關器件角度還是控制策略角度來講，都有了很大的發展。系統的可靠性、安全性直接與機車運行相關，任何微小的失誤都會造成嚴重的后果；

（4）電力機車電氣設計需要合理可靠，并具有完善的保護功能。如果保護功能失效，機車運行將沒有任何安全保證，嚴重時引起火災事故，所以系統需要時刻檢測車內相關部位的電壓、電流信號并及時切除故障部位；

2 電力機車消防措施

基于上述原因，電力機車設計時就應十分重視消防問題。根據前文提出的5點需要重視的問題，本節結合我國鐵路大量運用的HXD1系列交流電力機車，對消防措施的實際應用進行了設計描述和思考。

2.1 電力機車線纜材料

機車車輛用電纜及配線的選取應符合相關標準的規定。對于某些關鍵功能部件應使用帶有特殊結構的電纜、拼接連接器、終端和連接器，且該結構應能在燃燒時有足夠的時間保持電纜的完整性。

以HXD1B型機車為例：根據DIN5510-1，HXD1B機車采用2級防火標準。電纜、電纜護套、橡膠密封件、膠、扎帶等附屬部件均采用耐火、無鹵素材料。電纜密封環的燃燒速度小于1cm/min，以滿足機車防火的要求。

2.2 司機室與機械間消防

2.2.1 司機室消防

司機室柜體的設計必須有良好的防火性能，以便最大限度地防止火災發生。室內設備布置要充分考慮本身的散熱空間要求，室內柜體設計與制造過程涉及的材料、部件符合要求。此外，司機室設計要避免機車停車時所造成的熱量積蓄，還要配有足夠數量的滅火器。

司機室消防材料主要是指地板、司機操作臺以及司機室座椅等部分。司機室的防火安全關乎乘務人員生命財產安全，甚至關乎旅客列車乘客的安全，必須按照相關標準嚴格要求。

2015—2017年，舟山市共發生ILI病例47 543人次，3年發病分別為9 967人次、13 260人次、24 316人次。ILI全年均有發生，高發期主要在每年的冬春季（1—3月）和夏季（7—8月），具體高發時段每年略有不同。2017年夏秋季和冬春季ILI報告數有兩個高峰，說明流感出現暴發。舟山當地全年氣象因素變化不同，其中溫度、氣壓、雨量、日照和水汽壓季節特征明顯，而濕度和風速無明顯季節特征，ILI病例及各氣象因素監測值見表1。

HXD1B型電力機車司機室的橡膠地板革、防寒吸音材料、司機室的阻尼材料和司機座椅材料均滿足相關標準要求。其中，司機室的阻尼材料和司機座椅材料還應通過國家防火建材質量監督檢驗中心的材料氧指數測試。該車司機室地板采用復合地板結構，由防滑耐磨橡膠地板革、塑化膠合板、功能隔音材料復合而成。除能承受正常載荷壓力，還具有低磨耗性能和容易更換的優點。如圖1所示。

圖1 復合地板結構

功能隔音板材料也具有很好的阻燃性能，內部含大量阻燃減煙原料，燃燒時產生的煙濃度極低，而且遇火不熔化，不會滴下火球，材料具有自熄滅特征。橡膠地板革位于表面，且具有耐磨、不開裂、防滑等特性（如表1所示）。

表1 橡膠地板革防火性能參數

電力機車上均配備了足夠數量的滅火器。例如：HXD1B型電力機車采用的是手提式水基型滅火器，總容量為3L±0.15L，安裝在機車司機室的正、副司機側后墻柜內各一具。該滅火器可用來熄滅機車上發生的A類（普通固體材料火）、B類（易燃液體火）和C類（氣體和蒸汽火）和E類（帶電電器）的四類初期火災。

此外，編織軟管、密封條、油漆涂料、阻尼漿、膠粘劑類產品、電氣設備線槽、線管等配件均只允許使用防火無鹵材料，并且要求達到標準要求的阻燃性、熔化性和發煙性等指標。

2.2.2 機械間消防

電力機車內部屏柜設計需要布局合理，并達到柜內電氣設備的通風散熱良好的目的，同時避免因灰塵等雜物的堆積造成電氣設備過熱引起火災。

機車用電氣設備中，從高壓設備到低壓設備，從主輔變流器、主輔變壓器、空調系統、通風冷卻系統到檢測系統、電源系統、控制系統等均制定詳細而標準的技術規范，要求各個用電設備滿足相關消防標準。

以HXD1B電力機車為例：機車內屏柜采用了金屬板對電氣設備進行分隔布置。當發生火災時，金屬板可以阻止火焰的蔓延。柜內穿線孔采用橡膠材料作防護，以防止因線纜磨損拉弧造成的火災事故。此外，柜體內過載與短路等電氣參數選擇合理，且加熱取暖設備遠離電氣設備與電纜，進一步降低火災隱患。

2.2.3 熱源與可燃物的隔離

為有效避免火災，司機室和機械間均應注意熱源、高溫部件及其隔熱物的布置問題。既要求車輛內部發熱設備與可燃物的隔離，又要保證設計不造成熱量的積蓄。

HXD1B型電力機車從內部設計，設備布置等方面均達到相關標準的要求，很好的避免了由于熱源與可燃物距離不當造成的消防隱患。同時，合理的通風散熱設計與設備布局，在不影響設備發揮功能的前提下應盡力做好熱源溫度限制。

2.3 機車電傳動系統消防

機車電傳動系統的核心部件主要包括牽引變壓器、變流器和牽引電機，具應有優良的性能和保護功能。

以HXD1型機車為例：其變流器開關器件為IGBT模塊，額定參數為3.3kV/1200A，功率高，開斷穩定性好且無電火花。同時，采用交直交變流方式，前級四象限整流部分實現對網壓和網流的單位功率因數控制，有效削弱了沖擊型網流對電網和機車的影響，減小了電流高次諧波對車載設備的沖擊，同時降低了對周圍通訊的電磁干擾。后級逆變部分實現對交流牽引電機的直接轉矩控制，控制精度高且穩定性好。此外，交流牽引電機較之直流電機不僅擁有更高的功率密度，而且不存在換向火花，提高了消防性能。

2.4 電氣設計

相關標準對電纜線路的車內走線布置，電氣設備的布置安裝做了較為詳細的規定。例如：要求電纜線路盡可能在遠離有可能發生火花的地域敷設，電氣設備的安裝應能便于清掃地板等。根據電壓等級的不同，對導線和電氣設備的連接、過流保護、電氣設備的布置與選型、受電弓、采暖裝置、電阻和蓄電池等，都有詳細的設計要求。

以HXD1B電力機車為例：車內電氣部件設計時充分考慮了電壓等級、爬電距離以及可能出現的過載、短路情況，做好參數設計。從滅弧設備、過壓過流保護、電線電纜走線、電磁兼容性等多個方面嚴格要求、盡可能避免一切由于設計失誤而產生的機車安全隱患。此外，還對電氣性能做了周密的保護措施，選擇高精度、可靠性的保護器件，實現對機車的過壓過流等故障的保護，防止事故擴大引起的火災隱患。

2.5 消防監控系統

目前鐵路推廣應用的機車車載安全防護系統（6A系統），是針對機車運行過程中危及安全的重要事件、重點部件和部位，在前期已有的各分散機車安全設備的基礎上，完善功能、綜合集成，形成完整的系統性、平臺化的安全防護裝置。該系統主要包括：機車空氣制動安全監測子系統（ABDR)、機車防火監控子系統 (AFDR)、機車車頂設備絕緣檢測子系統(AGDR)、機車走行部故障監測子系統(ATDR)、機車自動視頻監控及記錄子系統(AVDR)。

其中，機車防火監控子系統(AFDR)在火災預防方面占有重要地位，該系統利用感溫探測器檢測周圍空氣的溫度，利用感煙探測器檢測周圍空氣中是否有煙霧粒子，利用感溫電纜的特性在周圍溫度達到一定程度后發出高溫信號等，提醒乘務人員能夠在早期發現火災的苗頭，及早消除隱患。

例如HXD1D型機車配備的該套子系統，在車內多個位置加裝探測器，實時監控司機室與機械間動態，確保機車安全可靠運行。探測器及感溫電纜功能及布置如表2所示：

表2 探測器及感溫電纜功能及布置表

2.6 其他消防措施

機車應提供應急照明和報警系統。無論是直流電力機車，還是交流電力機車，均應按照要求提供相應的配套設備。每個司機室都應配備機車通訊電話，方便司機在火災或者其他危險事故發生時，及時與附近消防部門及機務調度聯系。司機室兩側的車門便于司乘人員逃生，并且車窗的結構設計的考慮便于人員的緊急逃離。

此外，車載的微波爐、冷藏箱等生活設施安裝位置均做到盡可能遠離易燃材料或設備。機車內蓄電池在主斷路器斷開后仍可以維持一段足夠長的時間正常工作，為車載緊急照明、通訊系統和司機操作臺等緊急設備供電，幫助乘務人員做好應急處理。除此以外，出于安全考慮，車內各高壓柜門、車頂門均設有連鎖保護功能，對主電路電容放電時間及其他高壓、大電流設備做警告標識，提醒乘務人員人身安全。

3 機車消防運用效果

在電力機車采取了上述消防措施后，目前，HXD1系列電力機車的在段運行情況良好。表現在：屏柜、線纜、繼電器、開關等設備和材料的工作狀況良好；合理的布置保證了各個部件在設計范圍內可靠運行；各系統之間相互配合，使得機車各個功能安全工作；機車保護與消防監控系統確保機車運用時無后顧之憂。至今為止，該系列機車從未出現過由于起火故障引起的事故，取得顯著的成果。

4 結束語

做好電力機車消防安全是確保乘務人員、大宗貨物甚至大批乘客安全的可靠保證。設計應從材料、消防設備、電氣設備等多方面綜合考慮，以得出更好、更合理的設計方案，并確保生產、測試環節精益求精，以制造出符合要求的產品。此外，應根據實際情況，積極采用國際更權威更合理的消防標準，爭取在原有標準的基礎上有所創新與提高，作出性能更好，安全系數更高的電力機車。