延長機車運用交路探討*

趙中喜， 李　雷， 王　靖， 田春飛， 楊　帆

(中國鐵道科學研究院　機車車輛研究所， 北京 100081)

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運用與檢修

延長機車運用交路探討*

趙中喜， 李雷， 王靖， 田春飛， 楊帆

(中國鐵道科學研究院機車車輛研究所， 北京 100081)

交流傳動電力機車可以擔當2 000～3 000 km及以上長交路的列車牽引任務，但是有3個制約因素，一是不良氣象條件下軌面潮濕時沙子可能不夠用，二是空氣嚴重污染潮濕氣溫較低且低速運行時車頂絕緣子可能閃絡，三是機車跨局整備問題。還提出了在有霜期機車后置運行減少用沙量并可節約能源。

延長； 機車； 運用交路

機車交路或稱機車牽引區段，是指機車擔當運輸任務的固定周轉區段，即機車從機務段所在站到折返段所在站之間往返運行的線路區段。世界上最長的機車交路是加拿大蒙特利爾至溫哥華，長達4 691 km。2014年7月1日全國實行新的列車運行圖，昆明至北京3對旅客列車實現全程3 212 km不更換機車，是我國目前最長機車交路。延長機車交路可以減少機務段、折返段(整備場)數量，提高機車運用效率，從而可以節省建設投資，降低運營管理費用；還可提高列車運行速度，增加線路通過能力；提高機車、車輛、線路及整個系統的運輸效率，有明顯的經濟效益。

1　延長機車交路的有利條件

1.1機車基礎質量提高

(1) 電力機車比例提高。隨著我國電氣化鐵路里程增加，新造機車中電力機車數量大于內燃機車，全鐵路電力機車保有量已超過內燃機車。電力機車不受柴油攜帶量的限制，一次整備可靠續行里程大大延長。

(2) 交流傳動機車投入運用。和諧型交流傳動機車自2006年開始投入運用，交流傳動機車總體上基礎質量提升，可靠性提高。交流傳動機車的另一個特點是功率大，對線路限制坡度的適應性更強，有利于減少列車解編次數，延長交路。

1.2檢測、監測及診斷技術的應用

利用檢測、監測及診斷技術，可及時掌握機車及主要零部件的技術狀態，有針對性地進行預防性維修，提高機車可靠性。

(1)便攜式變流器檢測設備

該設備對交流傳動機車變流器狀態進行實時在線非接觸式綜合檢測，生成診斷報告以指導維護保養，自動生成電子檔案，并形成趨勢報表，自動將本次檢測結果與上次檢測數據對比，判斷變流器內部主要器件的劣化程度。

(2)便攜式蓄電池檢測設備

該設備具備機車單節蓄電池和成組蓄電池內阻(電導)在線或離線測量、試驗數據上傳、蓄電池測量數據的存儲分析、蓄電池在浮充狀態下直接檢測功能。

(3)便攜式自動過分相檢測裝置

該裝置用于電力機車車載自動過分相裝置的性能檢測，對測量的數據進行處理并將結果通過屏幕實時顯示。

(4)便攜式電機綜合測試儀

該測試儀適用于機車電機在靜態停機狀態下的快速性能檢測和故障診斷，對電機供電回路、絕緣、定子、轉子等進行綜合性能檢測分析，準確反映電機狀態，檢測PI值并顯示絕緣極化曲線，判斷電機的絕緣狀態。

(5)便攜式風機風量檢測儀

該測量儀適用于機車風機風速、風溫等參數的測量，通過輸入不同類型風機出風口截面積自動計算出風機風量。

(6)便攜式制動機檢測設備

該檢測設備適用于計算機控制制動機的性能試驗，模擬制動機各種運行工況對制動機各個模塊的制動邏輯、制動風壓、充風時間、排風時間及模塊內部限壓閥壓力進行測試，對制動機各個模塊的網絡通訊功能進行檢測。

(7)TWDS 車輛輪對故障、尺寸動態檢測系統

機車車輛輪對外形尺寸在線動態檢測裝置能實現對各種機車車輛運行中的輪對外形輪廓及各種尺寸參數的在線動態檢測。

(8)受電弓及車頂狀態動態檢測

該系統運用圖像測量技術、高清晰視頻錄像監控技術和高精度壓力測量技術實現對受電弓滑板外形尺寸、受電弓中心線偏移、受電弓動態工作位接觸壓力的動態自動檢測以及對車頂質量狀態的監測。

除此之外，還有一些檢測、監測及診斷設備正在使用或開發中，如軸承檢測、無損探傷、機車走行部動態監視系統等。隨著技術水平的進步，會誕生更多車載的和地面的檢測、監測及診斷設備，為延長機車一次整備可靠續行里程提供技術支持。

1.3機車車載安全防護系統(6A系統)的應用

沒有機車的安全就談不上可靠續行，6A系統為延長機車一次整備可靠續行里程提供了安全保障。

機車車載安全防護系統(6A系統)包括：

(1) 機車空氣制動安全監測子系統(ABDR)通過壓力監測傳感器和獲取的機車信息，對機車的停放制動異常施加和機后折角塞門關閉進行監測；

(2) 機車防火監控子系統(AFDR)通過火災探頭發出火災報警信息并通知視頻監視子系統，在顯示屏上自動切換至火情發生區域的視頻圖像；

(3) 機車高壓絕緣檢測子系統(AGDR)可檢測電力機車車頂高壓設備狀態；

(4) 機車列車供電監測子系統(APDR)通過485通信線與列車供電控制板通信，獲得列車供電系統當前的電壓、電流等信息，并對機車供電設備進行接地監測；

(5) 機車走行部故障監測子系統(ATDR)通過傳感器和前置處理器對機車的軸承、齒輪和車輪踏面進行溫度和振動沖擊的監測；

(6) 機車自動視頻監控及記錄子系統(AVDR)通過視頻探頭對機車的路況、司機室和機械間等位置進行視頻監控和圖像采集儲存。

2　延長機車交路存在的問題及解決途徑

2.1沙子不夠用問題

軌面狀態是影響機車用沙量的重要因素。軌面潮濕、污穢時，機車空轉嚴重，用沙量增加。其主要原因是濕軌的黏著系數大幅降低。文獻[5]中，式(24)和式(25)給出了濕軌和干軌條件下的(制動)計算黏著系數公式。由此計算結果表明，起動時干軌計算黏著系數比濕軌增加55%，時速100 km時增加85%。

內蒙古集通集團公司的錫林浩特—多倫年無霜期僅100多天，風、雪、沙塵大，坡度大(縱斷面坡度6‰～12‰)，冬季鋼軌結霜嚴重，機車在長大坡道運行用沙量大，已出現了機車運行途中沙子不夠用的狀況，需在中間站補沙作業(錫林浩特機務段所支配機車上均配備了4個20 kg的備用沙桶)[6]。

(1)針對沙子不夠用的對策

目前，針對該問題已經采用的有3種對策，一是天氣不良時在上坡區段增加補機，二是采用輪軌瓷沙噴射裝置代替國內傳統的撒沙裝置，三是機車上放置備用沙桶。

(2)解決沙子不夠用的新思路

機車后置運行時，列車前部的幾十上百個拖車車輪將潮濕的軌面碾壓、粘附后，變為干燥的軌面，此時機車黏著系數提高，即可減少用沙量。除此之外，對無動力的貨車車輪來說，軌面潮濕(結冰、結霜、油污)時，車輪與鋼軌之間的摩擦系數降低，即是運行阻力減小，所需牽引力減小，機車消耗的能源也能減少。

機車后置運行首先要解決的問題是司機觀察行車信號和路況，這也是傳統的列車牽引方式只能采用機車前置的原因。目前的科學技術水平已經可以很好地解決這個問題。

機車信號、列車運行監控裝置(LKJ)的應用使得司機在大多數情況下不必要看地面信號，行車信號在機車的司機室里一目了然。青藏鐵路格爾木—拉薩段和高速鐵路就沒有地面信號，只有機車信號和LKJ。

路況圖像可以用紅外相機(攝像頭)獲取，有線(固定編組的客車或專用貨車)或無線(4G等)傳送到司機室的顯示屏上。路況圖像獲取與傳送裝置可與目前的列尾裝置集成安裝。

2.2絕緣子閃絡問題

空氣嚴重污染潮濕氣溫較低且低速運行時，電力機車車頂絕緣子容易發生閃絡、擊穿而造成機破。2013年1月14～15日兩天全路就發生機車車頂閃絡18件[4]。

為解決絕緣子閃絡問題目前采取的措施是：

(1) 加強清潔絕緣子。盡量在有條件的地方入庫進行整備，及時清理車頂污染物。

(2) 減少車頂絕緣子的數量。如HXD3B、HXD3C型電力機車將真空主斷路器、高壓接地開關、高壓隔離開關、避雷器、電壓互感器等從車頂移至車內的高壓電器柜，減少了相關的絕緣子閃絡。

(3) 瓷絕緣子噴涂防污閃涂料。

(4) 車頂涂絕緣漆。將集中安裝車頂高壓電器的頂蓋上面涂上絕緣漆。

2.3機車跨局整備問題

一次整備可靠續行里程的延長，會出現更多的跨鐵路局運用機車，跨鐵路局整備不可避免。而高質量又及時的整備也是延長可靠續行里程的必要條件。目前，由于費用清算機制不夠完善，整備標準不統一，普遍存在著其他鐵路局、其他機務段重使用輕整備的現象，這就造成了機車特別是貨運機車整備質量得不到有效保證的隱患。解決問題的辦法是建立完善合理的整備作業標準、財務清算、責任追究等制度。全鐵路大整備也是一個選項。

3　結　論

解決好機車跨鐵路局整備問題后，交流傳動電力機車一般情況可以牽引2 000～3 000 km及以上長交路列車。在軌面潮濕、結霜時沙子可能不夠用，在空氣嚴重污染潮濕氣溫較低且低速運行時車頂絕緣子閃絡的可能性增加。哈爾濱、沈陽、呼和浩特鐵路局管內大部分線路一年中有一半以上的結霜期，用沙量大，若采用機車后置運行，不僅可有效解決沙子不夠用問題，還可顯著節約能源。

[1]趙中喜，文禮，李忠厚，王華勝，等. 影響機車一次裝備可靠續行里程的因素分析[J].鐵道機車車輛，2015,35(4):99-101.

[2]申瑞源.構建大功率機車整備體系的研究與思考[J].中國鐵路,2012,(6):7-11.

[3]陳博.冰雪低溫天氣對電力機車的影響[J]. 鐵道機車車輛，2008,28(5):51-54.

[4]袁日東，郝鵬，王昊.電力機車遇霧霾天氣安全運行預防措施[J]. 鐵道機車車輛,2013,33(5):101-102.

[5]黃問盈.鐵道輪軌黏著系數[J]. 鐵道機車車輛,2010,30(5):17-25.

[6]陳宇，張凌毅，陳賽清.TPS-1型輪軌瓷砂噴射裝置在集通鐵路(集團)公司配屬機車上的應用[J]. 鐵道機車車輛，2012,(4):117-119.

[7]劉鵬飛.CRH2型動車組受電弓支撐絕緣子霧霾天氣檢修運用管理[J].中國鐵路，2013,(8):24-26.

[8]任廣慧.關于和諧型機車車頂防霧閃問題的研究[J]. 鐵道機車車輛，2014,34(4):117-119.

[9]劉志峰,朱世坤，樊永智，等.6A系統數據的綜合分析使用[J]. 鐵道機車車輛，2014,34(5):72-73.

[10]劉繼永.黃驊港地區接觸網絕緣子污(霧)閃問題分析與對策[J].中國鐵路，2014,(11):37-41.

Discussion on Extending the Locomotive Routing

ZHAOZhongxi,LILei,WANGJing,TIANChunfei,YANGFan

(Locomotive & Car Research Institute, China Academy of Railway Sciences, Beijing 100081, China)

This paper considers that AC drive electric locomotive can undertake the train traction task of 2000～3000 km or more long routing, but there are three restricting factors: (1) the sand may be not enough due to humidity of rail surface; (2) the roof insulator may flashover under the condition of serious air pollution, humid air, low air temperature and low speed; (3) the locomotive servicing cross different bureaus is a problem. It also puts forward the rear locomotive running which can reduce sand usage and energy consumption during the frost season.

extension; locomotive; routing

1008-7842 (2016) 02-0056-03

??)男，副研究員(

2015-10-19)

U268.2

Adoi:10.3969/j.issn.1008-7842.2016.02.13

*中國鐵路總公司科技研究開發計劃課題(Z2013-J004)