電力機車運用和節能增效的研究

摘 要：重載和高速一直是鐵路運輸的主體。電力機車牽引重載列車在鐵路運輸中的比重越來越大。2016年3月25日，大準鐵路公司首開萬噸列車，拉開了大準線電力機車牽引重載列車運輸的帷幕。電力機車較內燃機車運力大，運費低，電耗是生產成本主要消耗指標之一，近幾年，電耗居高不下，成為公司研究的核心課題之一。無論是電力機車的理論研究，還是模擬操控都給節能工作帶來深深的啟發。根據實際工作經驗，本文立足于一線工作從機車操作技能、控制設備投入、組織管理以及行車組織四個方面對機車節能增效進行了深刻分析。

關鍵詞：電力機車；技能增效；操作技能；行車組織；優化管理

電力機車的出現實現了“以電代油”的鐵路運輸要求，減少了包括CO2氣體在內多種有害氣體的排放，是鐵路運輸行業的一大進步。但是，大準鐵路公司電力機車的電耗處于88度/萬噸公里左右，對電能需求量較大，使其成本一直居高不下。從物理學分析，電力機車的牽引力需要克服摩擦阻力，制動力需要克服列車運動慣性，根據線路縱斷面及行車組織要求，機車操作會影響電能的充分使用；從運輸效率看，電力機車的單機（不牽引車輛）運行次數和行車管理也會影響電能的有效比例。從內部電耗分析，電力機車的自耗和管理會對其產生較大影響。因此，需要從優化機車操作、控制設備投入、加強管理和優化行車組織方面設法節約電能。

一、優化機車操作技能

電力機車的操作技能是否規范對電力機車的電耗有著一定的影響。在停車地段，不能做到一次停車到位，停車再帶，就會使電能轉化的牽引力與制動力相抵消，這部分電能被無用消耗；在臨時慢行地段，過早降低列車速度，或列車速度降幅過大，致使造成電能被無用消耗；在正常行駛路段，應參照列車操作示意圖進行機車操縱，否則不能及時調整車速，無法滿足各個列車的運行要求。因此，電力機車的運行和節能需要建立在優化機車操作技能的基礎上，需要降低牽引力與制動力相互抵消的無用功。

（一）一次停車到位

停車到位是機車操作基本技能之一，也是減少耗能，優化機車操作不可忽視的重要部分。根據現有的機車操作規則和技術要求，停車到位需要做到“站外調速——設定停車位置——選定制動時機”三個步驟。首先，根據線路縱斷面，預判列車停車制動調速地段，在進站前將列車運行速度調整到理想速度。然后，根據列車長度和停車站線長度，在保證全列車能夠停在站線內的情況下，計算出機車距出站信號機最大保持距離作為停車位置。最后，根據機車減壓量和本次列車制動性能，判斷列車制動走行距離，按照設定停車位置選定制動時機，本著初減壓調整列車速度，少追加確定停車位置，做到一次停車到位。總之，整個過程都應提前做好預設，避免因強制制動而引發列車沖動，節約因一停再帶而消耗的電能。

（二）安全高效通過慢行地段

根據線路狀況和施工要求，為了確保列車運行安全，須減速通過的地段，該地段稱為慢行地段。由于慢行地段多為臨時確定，提前沒有制定具體的列車操縱辦法，列車通過慢行地段運行狀態各異，出于安全考慮，不是過早減速，就是速度降幅太大，致使列車動能得不到合理利用，電能白白消耗。針對這一問題，組織機務段運用工程師及指導司機，就慢行地段列車運行操縱辦法進行研討，要求全體機車乘務員必須熟悉路況，對線路縱斷面、曲線等關鍵地段做到心中有數。指導司機根據慢行地段路況和限速要求，制定臨時行車指導辦法，在乘務員出勤時，進行現場交流指導，必要時安排指導司機添乘第一列列車通過慢行地段，將現場經驗及時反饋至機務段行車調度室，制定的臨時行車指導辦法盡可能貼近實際運行操作，安全實用。總之，要根據不同情況下的慢行地段制定合理的機車操作辦法，安全高效通過慢行地段。

（三）仿《列車操縱示意圖》操縱列車

《列車操縱示意圖》是鐵道行車部門重要的行車技術資料。在這份資料中，對列車速度曲線、運行時分曲線、空氣制動減壓和緩解地點以及動力制動使用和退回地點等內容進行了詳細介紹。在編寫《列車操作示意圖》時，本著安全平穩、高效運行的原則進行，同時，兼顧節能增效，充分利用動能闖坡的線路條件，通過列車實際運行確定在變坡點的理想速度，指導在坡前、坡后的操縱方法，根據線路縱斷面和長度，盡可能做到在不影響運輸效率和安全的前提下，優先考慮列車惰性通過起伏坡道，必需采取制動時，要掌握好列車緩解時機（解除動力制動時機），發揮地形優勢，確保動能闖坡后列車速度接近限速值。在機車上安裝一套列車平穩操縱系統，將列車操縱示意圖導入系統，乘務員在駕駛機車時，仿照系統給定運行曲線及相關提示進行操縱，使乘務員操作機車技能提升至同等水平，減少了因操縱原因導致的運時延長、電能浪費、安全隱患。

二、控制設備投入運用

電力機車除了可以提供牽引力，還可以通過再生饋電技術和直供電系統將部分能量轉移到降溫、降噪、供電方面。通過數據比對發現，電力機車轉化能源利用率遠超柴油以及其他化學能。隨著自動控制技術的發展，控制設備成為行業發展中的熱門，很多控制設備投入運用到電力機車中，通過溫度、光度以及GPS定位傳感器實現自動控制的技術越來越成熟。為了進一步減少電力機車自耗，本節從自動控制機車頭燈、自動控制變壓器風機、選擇牽引設備投入三個方面進行節能增效分析。

（一）自動頭燈

列車在實際運行中進出隧道需要開閉頭燈，人為控制開關有時會忘記。進入隧道不能及時開啟頭燈，由于光線不好，瞭望距離短，埋下行車隱患；駛出隧道忘記關閉頭燈，造成電能浪費（頭燈功率為800W）。為了行車安全和節省電能，設計使用自動頭燈，自動頭燈也叫自動感應式自動大燈，相當于為大燈安裝了感光控制系統，中央智能控制盒根據光線傳感器來判斷光線亮度變化，從而控制自動點亮或熄滅頭燈。

（二）自動控制變壓器冷卻風機

電力機車電器工作會隨著機車操作級位和電流不同引起變壓器溫度變化。為了防止變壓器溫度太高（不超過80℃），燒損部件或引發火災，須對變壓器進行冷卻，目前，變壓器冷卻方式采用強迫油循環風冷，風機對油散熱器進行冷卻。SS4機車最初出廠時設計為變壓器風機在手柄級位超過1.5級自動啟動，不考慮變壓器溫度受環境溫度變化的影響。冬季變壓器溫度一般在30℃以下，不需要風機啟動進行冷卻油散熱器，由于起初設計原因，變壓器風機依舊啟動，造成風機使用壽命縮短，電能浪費。經過研究論證，對變壓器冷卻風機自動控制電路進行了技術改造，在電路中增加了溫控開關，控制風機在變壓器油溫達到60℃開啟，低于55℃關停。風機額定功率15KW，通過技術改造，變壓器風機的耗能會有效地減少。endprint

（三）選擇牽引設備投入

目前，大準鐵路公司開行萬噸列車牽引方式：上行重車為雙SS4重聯（2+0）和單SH8牽引；下行空車為單SS4、雙SS4和單SH8。抽查2017年5月份大準鐵路公司機車用電統計：大準線交路運行的SS4G耗電83.5度/萬噸公里，SS4B耗電88.6度/萬噸公里，SH8耗電85.6度/萬噸公里，發現SS4G、SH8較SS4B機車省電。通過機車實際運用發現萬噸空車由單SS4牽引比雙SS4牽引省電。根據統計和實際運用結論，采取具體措施減少電能消耗，一是根據SS4G和SS4B機車構造，切除SS4B機車一臺劈相機投入運用。二是雙SS4機車重聯牽引空車時，切除補機牽引動力和輔機，僅為司機室提供制熱、制冷功能。三是根據機車發展和運用趨勢，逐漸由SH8機車取代SS4機車。

三、優化行車組織

行車組織是機車運用管理的重點和難點，也是節能增效的另一個突破口。行車組織難點在于變化快，壓力大。一方面鐵路線路基礎數據在不斷改變，列車數量、支干線路不斷增加，行車調度存在著調度不合理情況；另一方面鐵路運輸壓力有增無減，選擇火車出行的人數還在增加，尤其在重大節日期間。再加上其他多種外界原因，電力機車在運行過程中停頓時間、次數增加，運輸效率降低，往往達不到較為理想的行車效果。本節就行車組織對能耗的影響，從減少單機運行次數和優先空車等會重車兩方面進行分析，

（一）減少單機運行次數

根據大準鐵路公司現在的機車交路及機車運轉制，有計劃、合理的運用機車，減少單機開行次數，降低無用功能耗。大準鐵路公司點岱溝機務段作為本段，具備機車檢修能力，并集中指揮運用機車，南坪、周家灣具備機車整備能力，遇機車疑難故障、定期檢修需要單機運行回點岱溝機務段。提高行修工日常維修機車技能，減少因處理機車臨時故障而開行單機，提前根據車流及去向，安排好牽引機車，提高機車計劃兌現率，減少因計劃不準、變更而增開單機。從節能的角度看，單機運行次數減少，距離縮短，可以有效減少無用功能源消耗。因此，需要結合大準鐵路公司實際運輸情況，對單機運行情況進行優化。

（二）合理安排等會列車

機車從停車到啟動消耗的能量比勻速通過相同路段消耗的能量大得多。為了優化整個線路的節能效果，需要通過行車組織調節列車等會情況。重車承載著遠超空車的重量，停車、啟動都需要消耗大量能量，上坡道車站遠超平道或下坡道車站的起動列車消耗的能量。因此，需要通過行車組織制定列車等會策略。首先，盡最大可能調節空車與重車的運行時分，減少在單線的等會機率；然后，遇單線等會列車時，通過調整運行時分，盡量安排空車等會重車；最后，根據線路縱斷面合理安排列車等會車站，減少在上坡道車站等會列車機率。通過行車組織優化，合理安排等會列車，可以減少無功能耗。

四、加強節能教育、管理與考核

節能教育、管理與考核是實現節能的必要手段。電力機車的運用和節能增效都需要落實在機車運行的各個細節中。做好細節節能工作，才能夠實現電力機車的節能目標。無論是在列車運行的不同階段，還是控制設備的改造，都需要工作人員的參與，都需要列車所有員工的支持。因此，在開展節能增效研究中，需要對工作人員的節能意識、行為進行培訓和再教育，以便切實落實好各項節能理念和技術。本節從以上幾個方面進行了深入分析。

（一）進行宣傳教育節電的意義

宣傳教育節電看起來是一件容易的事，卻難以落實到工作實處。一方面傳統的宣傳教育方式沒有吸引力，缺乏教育力度；另一方面機車運行中的差別比較大，沒有進行統一要求的標準，無法實現有效監管。因此，為了進行宣傳教育節電的意義，需要做好以下幾點工作。首先，在機務段運轉車間進進行節電提醒，明確部分電器的節電使用方法，這將有效地改變部分電器的使用習慣，從而達到節電目的；然后，通過視頻、網絡向工作人員進行節電工作培訓，分析電力機車的功能結構、節電方法以及節電意義，將節電意識灌輸到每一位工作人員的內心，成為其工作準則；最后，對由工作人員造成的列車耗能進行統計，通過大量數據分析，研究出合理的能源消耗，并向工作人員進行定期播放查看結果，通過數據讓工作人員看到節電的意義。如此一來，惡意耗電、不規范操作浪費電能情況便會大大減少。

（二）加強LKJ文件分析

機務段運轉車間針對列車操縱情況，要求指導司機認真分析LKJ文件，對重點地段、重點時刻要重點分析，分析項點既要涵蓋安全因素，又要有考慮節能因素，對違反操縱辦法而明顯增加能耗的乘務員采取添乘指導、警告、考核等手段，促使其提高操縱水平，本著列車操縱示意圖的要求駕駛列車，達到安全高效、節能增效的目的。

（三）認真落實《電力機車節電獎罰辦法》

為了進一步推進節能增效工作，使節能落在實處，機務段制定了《電力機車節電獎罰辦法》，使全體乘務員及相關管理人員參與到節電隊伍中，節電與個人密切聯系在一起，激勵員工自覺的節省電能消耗，感受到節能獎勵、浪費處罰的貼身利益。長時間以來，這一獎罰辦法執行效果不佳，導致越來越多的員工違反操縱辦法，違反制度，致使節能效果不明顯。為了解決此問題，研究制定以下措施。首先，向所有員工傳達學習《電力機車節電獎罰辦法》，引起人們思想上的重視，尤其引起管理人員高度重視，積極主動推進該項工作；然后，加強對電能消耗的統計、分析，落實每一階段的責任者，確保責任追究到人，做到有獎有罰，杜絕只獎不罰。最后，將《電力機車節電獎罰辦法》列入企業爭先評優活動中，讓更多人感受到節電的重要性，看到這一制度的公平性、有效性。因此，需要對這一獎罰辦法進行長期管理，讓參與人員認識到這一辦法的有效性、持久性，從而達到節能目的。

五、結語

電力機車運用和節能增效的研究十分豐富。本文以一線工作視角分析了電力機車的操作技能、控制設備投入使用、節電管理和培訓以及優化行車組織四個方面。這些內容與實際操作聯系緊密，發揮的節能效果突出。因此，希望本文的研究對一線工作者有所啟發，規范工作行為，為節能奉獻個人力量。

參考文獻：

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作者簡介：李俊成（1976-），男，本科，工程師，從事機車車輛運用研究。endprint