大秦線組合列車制動閥切除的故障分析

高 磊

（太原鐵路局 機務處，山西太原030013）

大秦線組合列車制動閥切除的故障分析

高 磊

（太原鐵路局 機務處，山西太原030013）

對2013年1至7月份以來，大秦線重載運輸發生的組合列車制動閥切除故障進行統計分析，查找共性原因，從制動閥切除原理入手，通過對組合列車同步操縱系統在數據、指令傳輸過程的分析，提出科學的解決方法和措施。

和諧型機車；重載運輸；組合列車；同步操縱；制動閥切除

隨著高科技的投入使用，新類型的機車故障、安全隱患也不斷涌現。本文就是針對大秦線重載組合列車同步操縱系統投入使用后，發生的制動閥切除故障進行研究，分析原因，提出解決方案。

1 制動閥切除的概念

制動閥切除是指組合列車從控機車DP控制模式由于意外流量、通訊丟失或其他故障原因從正常模式進入到制動切除模式。制動閥切除是分布式動力系統的一種保護功能，目的在于保證從控單元在非正常情況下的空氣制動功能。

從控單元在制動切除模式下，可以跟隨主控機車執行所有牽引和電制動功能，但空氣制動功能不受主控機車控制。此時從控單元的空氣制動設置為本務，且具有單獨空氣制動和緊急空氣制動控制權。

2 重載組合列車制動閥切除的危害

大秦線東起大同，西至秦皇島，全長653 km，曲線半徑一般地段800 m，困難地段400 m。線路縱斷面為西高東低，連續長大下坡道118.4 km，重車方向線路最大－12‰下坡和4‰。由東向西線路從海拔1 100 m到650 m，重車方向呈一路下坡（圖1）。重載組合列車在調速過程中，如果從控機車制動閥切除，無法響應主控機車制動或緩解指令，整列車車輛的制動或緩解只能靠主控機車通過列車管來傳遞制動波或緩解波，導致制動波或緩解波傳播的時間加長，各車輛制動或緩解的不同時性將加劇，造成強烈的縱向動力作用。特別是在長大下坡區段，給運輸生產帶來了嚴重的安全隱患，主要表現在：

（1）組合列車的主控機車減壓時只能是列車單邊制動，延長制動距離，容易冒進信號。

（2）組合列車在長大下坡減壓時容易造成整列車前堵后擁，發生中部機車脫軌事故。

（3）組合列車在長大下坡緩解時中部機車制動閥如果沒有投入，乘務員再次減壓由于制動力不足會出現放揚事故。

（4）組合列車通信信號丟失情況下，如遇緊急情況，不能實現同步緊急制動，容易造成列車脫軌事故。

3 故障的統計分類

（1）按照列車編組分類統計

大秦線日平均開行2萬t約60列，1.5萬t約11列，1萬t約3列。2013年截止7月份，大秦線重載組合列車在運行過程中共發生中部機車制動閥切除故障252件。其中2萬t列車發生195件，占總數的77.4%；1.5萬t重載組合列車發生32件，占總數的12.7%；1萬t組合列車發生25件，占總數的9.9%，具體情況見表1。

（2）按照發生區段分類統計

大秦線沿線地形復雜，大同—化稍營為盆地，化稍營以東多為山區，橋梁和隧道累計長67.2 km，地形和線路條件復雜，容易造成組合列車在運行中發生DP丟失，制動閥切除。

截止2013年7月份，發生制動閥切除按照發生區段分類見表2，可以看出，大秦線制動閥切除故障主要發生在大同站—茶塢站間，共發生207件，占總數的82.1%，其中主要集中在化稍營站—涿鹿站間，發生99件，占總數的39.3%；延慶站—茶塢站間，發生85件，占總數的33.7%。

（3）按照故障表現分類統計

截止2013年7月，制動閥切除故障主要表現在意外流量240件，占總數的95.2%；機車總風壓力低12件、占4.8%；其中意外流量由于通信良好，從控機車減壓指令滯后81件，占32.1%；G網和RDTE轉換138件，占54.8%；G網數據會議異常中斷20件，占7.9%；OCU注冊失敗1件，占0.4%，具體情況見表3。

4 制動閥切除原因分析

分布式機車控制系統通訊過程見圖2。主控機車CCU（中央控制單元）將采集的機車控制數據通過MIPM（中央集成處理模塊）傳輸給CPM（通信處理模塊），CPM將數據處理后傳輸給OCU（GSM-R車載通信單元），OCU通過GSM-R無線網絡將機車控制數據傳輸給從控機車OCU，從控機車再按照OCU、CPM、MIPM、CCU的順序進行數據傳輸，最后從控機車通過CCU實現對機車的控制。

4.1 意外流量造成制動閥切除

通過大秦線DP組合列車制動閥切除故障分類表3可以看出，從控機車發生制動切除主要集中在“意外流量”，意外流量是指主控機車減壓時，主控向從控發送減壓命令，但因某種異常從控機車未收到減壓命令，6 s以后，制動波到達從控機車，從控機車檢測到意外流量，將制動閥切除。在排除流量傳感器本身故障原因的情況下，其他因素主要集中在以下幾個方面：

（1）G網通訊正常，列車在減壓調速過程中，從控機車減壓指令滯后，檢測到意外流量，造成制動閥切除。主要原因一方面是由于機車在運行中，注冊的GSM-R網絡需要在不同信號基站間進行切換，切換過程中數據傳輸會中斷400 ms左右，如果在主控機車發出減壓指令的同時，GSM-R網絡正處于切換狀態，就會造成主控機車的減壓指令數據丟失。另一方面是分布式機車控制系統的指令重發機制不夠健全，數據收發和交互確認不完善。主控機車對從控機車是否收到指令數據在邏輯判斷上存在缺陷，導致從控機車在未接收到減壓指令的情況下，檢測到意外流量波動，進入制動切除模式。

（2）列車正常運行中，GSM-R網絡與RDTE頻繁切換。主要原因是列車運行區段的GSM-R網絡質量差，通信路徑由G網自動轉為RDTE，但由于RDTE受距離、地形限制信號不穩定，造成通訊丟失，進而從控機車檢測到意外流量，進入制動切除模式。通過表3可以看出，大秦線制動閥切除故障主要發生在化稍營站—涿鹿站（129＋0.020～182＋0.674 km）、延慶站—茶塢站（262＋0.514～327＋0.295 km）間，其中又在K142、K157、K209、K288地段更為集中。

（3）G網數據會議異常中斷或OCU發出“注冊失敗”。主要原因也是GSM-R網絡質量差，GSM-R網絡頻繁進行基站切換、與RDTE通信路徑的切換，造成通訊丟失。根據現場檢查情況還發現存在小部分OCU設備MT模塊射頻和天饋系統指標不達標，致G網信號衰減。

4.2 總風壓力低造成制動閥切除

總風壓力低造成制動閥切除發生12件。基本上都是發生在機車斷電、故障長時間停留的情況下，機車總風低于600 k Pa，系統保護功能切除制動閥。

5 采取的針對性措施

（1）優化重載組合列車操縱

湖東電力機務段在重載組合列車的操縱上進行優化，列車運行在K142、K157、K209、K288區段時，盡量不進行減壓操作。

（2）升級系統軟件，修復存在缺陷

GE公司對分布式機車控制系統的指令傳輸軟件進行重新驗證，徹底解決指令重發機制不夠健全，數據收發和交互確認不完善的問題。

（3）建立檢查機制，更換不達標設備

設備部門加強現場管理，建立日常檢查機制，開展設備平推檢查，對性能指標不過關的OCU設備及時進行更換。

（4）優化區段GSM-R網絡信號

針對制動閥切除較頻繁的化稍營—涿鹿，延慶—茶塢區段，設備部門對基站硬件設備進行優化，在大秦線隧道內使用分布式基站替換直放站，徹底解決原有直放站覆蓋能力弱、延時大、外部干擾大的缺點。

（5）強化重載列車在發生制動閥切除后的應急處置

一方面鐵路局從優化操縱、升級軟件等從技術手段方面減少發生重載組合列車制動閥故障。另一方面突出了對重載組合列車非正常處置的強化。乘務員在列車發生制動閥切除后，必須立即停車檢查，確認機車制動閥、DP連接等狀態，在確認機車各部正常，中部機車制動閥正常投入的情況，才能繼續運行。因采取措施得當，截止2013年7月份，大秦線重載組合列車沒有發生一起因制動閥切除引發的事故。

6 取得的實際效果

針對大秦線重載組合列車發生制動閥切除故障的實際情況。從2013年4月以來，太原鐵路局組織GE公司、北京交通大學等相關單位成立攻關組，取得了實際效果。

2013全年大秦線重載組合列車發生制動閥切除332件。4月份攻關前發生181件，攻關后發生151件。制動閥切除發生日均件數由攻關前的日均1.6件，減少到0.6件，減少了62.5%。制動閥切除故障得到了有效的控制。

［1］ 張曙光.HXD1型電力機車［M］.北京：中國鐵道出版社，2009.

Fault Analysis of Brake Valve Excision for Combined Train of Daqin Railway Line

GAO Lei
（Taiyuan Locomotive Depot，Taiyuan Railway Bureau，Taiyuan 030013 Shanxi，China）

This paper makes statistical analysis for the brake valve excision failures of Daqin heavy haul combined train since January to July 2013，and finds the common reasons.Starting from the principle of brake valve excision，through analysis of the data and command transmission process of the combined train locotrol system，this paper also proposes the scientific and realistic solutions and countermeasures.

HX-type Locomotive；heavy transport；combined train；locotrol；brake valve excision

U260.35

A

10.3969/j.issn.1008－7842.2014.05.25

1008－7842（2014）05－0094－03

?）男，工程師（

2014－03－10）