三顯示單元重載列車困難區段技術方案探討

王繼柱，楊瑞清

(1.中國神華能源股份有限公司神朔鐵路分公司，陜西榆林 719316；2.中國鐵路太原局集團有限公司大同電務段，山西大同 038500)

1 概述

神朔鐵路是我國西煤東運的第二條運煤專用鐵路，正線總長270 km，全線地形復雜，橋隧相連，橋、隧、涵約占線路總長的30%，重車方向有多段連續特殊困難區段長大下坡道，是困擾神朔鐵路提高運輸能力，開行單元重載列車的最特殊困難區段。尤其是神朔鐵路重車線新城川站至府谷站的的長大下坡道（簡稱“新-孤”閉塞分區特殊困難區段），最大坡度-12‰，最小曲線半徑350 m，是重載鐵路典型的特殊困難區段，對開行單元重載列車存在重大安全風險隱患，是制約開行“3+0”單元萬噸重載列車的重大技術瓶頸。

神朔鐵路是僅次于大秦鐵路的重載運輸鐵路。列車密度已由最初的2 對提升至現在的112 對，神朔鐵路越來越成為我國推動運輸能力提升的中堅力量。隨著國民經濟的快速發展和企業產能的提升，神朔鐵路現有的運輸能力無法匹配企業自身成長的要求，如何解決提高運輸能力問題已迫在眉睫。

2 運輸目標

神朔鐵路承擔著繁重的煤炭貨物運輸任務，在關系國計民生的大宗物資運輸方面的作用是無可替代的。神華集團要求神朔鐵路開行“3+0”單元萬噸重載列車至少25 列。

3 信號三顯示特殊困難區段開行“3+0”單元重載列車存在的問題

神朔鐵路受地形地貌的制約，沿線多長大下坡道，屬典型的特殊困難區段，而單元重載列車又長又重，致使單元重載列車運行在三顯示狀態下的特殊困難區段時，存在嚴重的安全隱患。

3.1 特殊困難區段運行單元萬噸重載列車存在的安全隱患

由于單元重載列車車體長、重量大，當單元列車在重車線長大下坡道運行時，遇到網壓下降、電機故障、信號突變、自動過分相故障、天氣不良等原因或司機操作方法不當，萬噸重載列車在長大下坡道循環制動需要再充氣和預防縱向沖動，在列車調速制動過程中，導致車鉤力和縱向沖動的劇增，甚至出現車鉤折斷的可能性。同時由于列車縱向沖動增加，制動系統所需的再充氣時間就增長，列車無法有效控制運行速度；隨著列車編組輛數的增加，空氣管系的阻尼作用和充氣容積的擴大必將引起再充氣速度的進一步緩慢。根據試驗結果萬噸單編列車在最小空氣制動減壓量（50 kPa)條件下的尾部再充氣時間應當在5 min 左右，因此需要避免由于再充氣不足導致的列車制動力衰減問題。

再者重載列車重量大、編組車輛數多、車體很長，列車需要制動或緩解時，前后部車輛制動與緩解的時間差較大，造成了縱向沖擊力的加大。此外，由于輛數多、列車長，列車制動管總容積加大，造成初充氣時間長，且沿列車管長度方向有較嚴重的“衰減”。列車的制動延時也越長，對列車的制動效能影響就越大。神朔鐵路10 km 左右的連續下坡區間內，由于距離過長而不可避免地需要多次重復作用。

3.2 三顯示下特殊困難區段開行單元重載列車存在的安全風險

神朔鐵路區間采用三顯示自動閉塞，通過信號機有黃、綠、紅（U、L、H)3 種顏色燈光顯示。綠燈表示列車運行前方至少有2 個閉塞分區空閑。黃燈表示列車運行前方至少有1 個閉塞分區空閑。紅燈表示列車必須在該信號機前停車。神朔鐵路自開行單元萬噸列車以來，由于列車編組長，重量大，當在長大下坡道運行時，機車制動一把閘停不住，列車帶閘走行距離基本在2 500 m 左右，一旦減壓放風后，列車充風時間不足，導致列車風管不能快速達到貫通狀態，列車運行中各種因素的巧合，導致列車不能控速，引發列車縱向沖動，導致車鉤折斷。

當列車運行前方信號機顯示綠燈時，司機僅知道運行前方至少有兩個閉塞分區空閑，不能精確掌握閉塞分區的具體數量，再者地面車載信號設備傳輸的信息量少，致使在操縱列車時，不能良好地操作列車。因此不管區間0730 信號機顯示何種顏色燈光，列車都必須越過0730 信號機停車緩解，存在著極其嚴重的安全隱患。增加列車占用此區間的停留時間，降低鐵路企業的運輸效率。三顯示自動閉塞已不能適應重載鐵路多拉快跑的要求。

4 解決方案

4.1 方案制定

4.1.1 方案一

局部升級“新-孤”閉塞分區自動閉塞三顯示改造為四顯示方案論述如下。

局部進行“新-孤”閉塞分區三顯示無絕緣移頻自動閉塞升級改造為四顯示。工程量較大、投資費用大、施工工期較長，區間信號機需重新布置、需增加地面、車載設備綠黃（LU）信息碼顯示，室內需新增組合柜，需重新改造區間閉塞分區電路、站內電碼化電路、自閉區間結合電路、需增加三接近、三離去接近表示電路，增加站間聯系電路以及引起車站計算機聯鎖軟件的修改等項目，并相應地修改列車運行監控裝置(LKJ)數據。神朔線自動閉塞存在兩種制式。

4.1.2 方案二

維持既有三顯示自動閉塞制式不變，為“新-孤”閉塞分區車載設備增加L2、L3 信息碼。方案論述如下。

“新-孤”閉塞分區信號采用ZPW-2000A 自動閉塞，上行有6 架通過信號機，7 個閉塞分區，維持三顯示制式不變，軌道電路長度不變，區間信號機布點不變、增加地面車載設備綠2(L2)、綠3(L3)信息碼，修改區間編碼電路如圖1 所示，室內結合既有電路，增加部分零散組合，修改新城川、孤山川站內電碼化編碼電路、增加站間聯系電路信息以及室外需重新敷設1 條站間聯系的信號電纜等。相應修改并增加LKJ 數據，機車信號的測試電路等。

圖1 “新-孤”站間地面、車載設備信息顯示關系圖Fig.1 Relation diagram of trackside and onboard equipment information display of between Xinchengchuan station and Fugu station

站聯電纜敷設因新城川至孤山川區間橋隧多、沿途山區蜿蜒曲折、站間長，電纜溝開挖、敷設難度大。

此時“新-孤”閉塞分區各個信息碼表示的含義如下。

L 碼：準許列車按規定速度運行，機車信號顯示1 個綠色燈光，表示列車運行前方至少有2 個閉塞分區空閑。

U 碼：要求列車減速到規定的速度越過接近的信號機，機車信號機顯示1 個黃色燈光，表示列車運行前方有1 個閉塞分區空閑。

L2 碼：準許列車按規定速度運行，機車信號機顯示1 個綠2 燈光，表示列車運行前方至少有3 個閉塞分區空閑。

L3 碼：準許列車按規定速度運行，機車信號機顯示1 個綠3 燈光，表示列車運行前方至少有4 個閉塞分區空閑。

此處L2、L3 信息碼只提示司機精準掌握列車運行前方閉塞分區的確切個數。司機通過列車運行監控裝置可預先知道運行前方空閑閉塞分區的確切個數。“新-孤”站間地面、車載設備顯示信息關系如圖1 所示，“新-孤”站間維持既有三顯示編碼電路如圖2 所示。

4.1.3 方案三

維持既有三顯示制式不變，對“新-孤”閉塞分區上下行線分期施工，并為三顯示該閉塞分區增加L2、L3 信息碼。方案論述如下。

圖2 “新-孤”站間信息碼編碼電路擴容改造圖Fig.2 Expansion diagram of information coding circuit between Xinchengchuan station and Fugu station

鑒于“新—孤”閉塞分區為上行重車線，下坡段、且坡度又長又大；下行線為空車線，為上坡段。維持三顯示方案，只增設L2、L3 碼，電路改造，技術方案同方案2 論述。

4.1.4 方案比選

方案一：編碼符合《機車信號信息定義及分配》，機車可操控性和保證行車安全有很大提高。機車信號能反映前方至少3 個閉塞分區的空閑情況。經過經行計算，信號點重新布置，新城川至孤山川區間調整信號機顯示（黃綠紅U、L、H 燈位變更為綠紅黃L、H、U），室外敷設區間電纜。室內新增區間組合柜，工程量較大，由于區間都采用ZPW-2000A 三顯示無絕緣移頻軌道電路，新城川至孤山川區間改為四顯示后，區間存在兩種制式標準，運營相對繁瑣。

方案二：地面、機車增加L2、L3 信息碼。室外增加站聯電纜，結合室內電路，增加部分組合修改區間自動閉塞編碼電路、站內電碼化編碼電路，投資費用低。雖然“L2 碼、L3 信息碼”符合《機車信號信息定義及分配》特殊定義，但神朔鐵路需制定機車管理辦法、操縱制度，以區別于不同線別的L2 碼、L3 碼，避免司機混淆。項目施工工期短，投資費用較低。

方案三：較方案二費用高一些，能夠在滿足機車運行需要，同方案二，但LKJ 數據需修改兩次。

從上述三個方案比選不難看出，方案二是最佳最優選擇，為此，神朔鐵路依照方案二，對“新-孤”閉塞分區重車線特殊困難區段的地面信息進行擴容升級改造，能夠為單元重載列車乘務員精確掌握列車運行前方閉塞分區的確切個數，提供技術上的支持和安全平穩操縱機車的前瞻性、可操作性、可控性，緩解了司機的壓力，達到指路行車的目的。

5 方案實施

按照方案二，決定在新城川至孤山川區間軌道電路的ZPW-2000A 設備，為列車增加地面、車載信息，即綠2(L2)、綠3(L3)信息碼，修改站內、區間電碼化編碼電路，如圖1、2、表1 所示。對新城川、孤山川上行正線接近電路、接發車電路和運行監控裝置均增加L2 和L3 信息，并增加部分零散組合，增加站間聯系電路信息，室外需另外敷設一條供站間聯系使用的信號傳輸電纜。當機車收到運行前方傳來的L2、L3 信息碼時，其列車運行裝置的表示器只顯示1 個帶有L2 或L3 字樣的綠（L）色燈光。此時L2、L3 信息碼只表示列車運行前方閉塞分區的空閑數量，不包含其他的含義。LKJ 收到的L2 或L3 信息碼，可預先知道運行列車前方閉塞分區空閑的確切個數。此時三顯示自動閉塞分區各個信息碼所表示的含義如表2 所示。

表1 “新-孤”閉塞分區地面、車載設備顯示關系表Tab.1 Relation table of trackside and onboard equipment display in Xinchengchuan-Fugu block section

表2 信息碼含義Tab.2 Meaning of information codes

6 方案效果

6.1 機車操縱安全平穩，運能提高

神朔鐵路通過對“新-孤”閉塞分區重車線特殊困難區段進行地面信息擴容升級改造，不僅確保司機能夠精準掌握列車運行前方閉塞分區的具體數量，而且減少了機車乘務員對列車制動的頻繁操作，有利于機車乘務員平穩操控列車，避免運行至特殊困難區段產生制動，保持列車在特殊困難區段車站勻速平穩運行，減少操作失誤，整體把控機車運行，為機車的安全運行提供了基礎保證，并提高區間通過能力，通過技術手段徹底解決長大下坡道對“3+0”重載列車運輸瓶頸的制約，實現特殊困難區段長大下坡道運行單元萬噸重載列車重大安全風險的預控，降低列車制動使用頻率，大大降低因制動機使用不合理導致的突發事件發生。增加運輸能力，避免區間圖停的發生，縮短區間運行時間，避免因單元重載列車自動機使用不當引發的列車斷鉤分離事故，保證行車安全。增加列車行駛的安全性和舒適性并填補重載鐵路特殊困難區段開行單元萬噸重載列車的技術空白。

6.2 運量屢創歷史新高，神朔鐵路經濟效益創收不菲

三顯示特殊困難區段長大下坡道信息碼擴容改造前，單元重載列車需要進行停車緩解操作，區間圖停7 min，如果按運行25 列單元重載列車計算，則圖停175 min；對照萬噸列車13 min 開行追蹤間隔，至少每天多運行13 列“3+0”單元萬噸重載列車。按一年365 天計算，則神朔線年運量最少提高365×13=4 745 萬t。目前，神朔鐵路單元萬噸重載列車已開行至32 列。神朔鐵路在現有三顯示自動閉塞條件下，運能運量開創歷史新高。每年至少創收18.87 億元經濟效益。

6.3 運能前景展望

在現有三顯示條件下，通過對特殊困難區段進行信息碼擴容改造，預計神朔鐵路的運量還會屢創新高，加快推進神華鐵路的一體化進程，緩解神朔鐵路的貨物運輸壓力，而且也能提高當地人民的生活水平，為社會和全體員工創造效益，并真正實現三顯示下特殊困難區段單元重載列車“指路行車”的目的。