HXD1C型機車無電區(qū)自走行裝置運用與維護

摘要 南寧南機務運用段目前有25臺HXD1C型機車擔當貨運主力機型。在南寧南整備作業(yè)區(qū)以及防城港整備作業(yè)區(qū)當前整備棚內并未搭建電力貫通線，電力機車無法直接升弓進入整備棚進行整備作業(yè)，在投入電力機車運用時，整備作業(yè)依靠內燃機車進行庫內調車擺渡，極大影響機車整備效率。文章針對當前整備效率問題提出在機車上加裝無電區(qū)自走行裝置方案。充分利用鈦酸鋰電池蓄電儲能、超級電容放電能力強的特點，滿足了機車牽引變流器在進行出入庫操作時對車載電源裝置的需求。有效解決HXD1C機車原有的出入庫操作繁瑣、占用整備作業(yè)時分長、安全性差的問題。

關鍵詞 機車整備;改進;儲能;移車

中圖分類號 U264.4 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）06-0071-04

引言

當前中國鐵路機務系統(tǒng)大多數(shù)地區(qū)的機務段，在HXD1C型電力機車整備區(qū)搭建的整備作業(yè)平臺均為25萬kV電力線貫通的三層作業(yè)平臺[1]。其優(yōu)點是當電力機車入庫進行整備作業(yè)時，能直接可以升起受電弓取流進入整備臺位進行整備作業(yè);缺點是三層整備作業(yè)平臺頂部的25萬kV的電力貫通線通過整備棚后，整備作業(yè)的安全系數(shù)下降。當作業(yè)人員進入整備區(qū)進行機車整備作業(yè)時，需要登頂作業(yè)必須對高壓電進行斷閘判斷，否則容易受到電擊傷害，危及生命安全。所以針對當前HXD1C型電力機車整備作業(yè)登頂作業(yè)安全控制，需要設計出一個既能降低安全系數(shù)，又不影響機車整備作業(yè)進度的裝置，進一步確保整個機車整備作業(yè)的安全。

1 HXD1C型機車無電區(qū)自走行裝置設計背景及原理

1.1 整備作業(yè)當前現(xiàn)狀

目前南寧南機務運用段兩個主要整備區(qū)無電力貫通線的整備作業(yè)機車的牽車出入檢修、整備作業(yè)庫區(qū)的優(yōu)化方法有以下幾種：

一是采用內燃調車機來進行。這是最常用的方式。但是這種方式存在的最大問題就是調車機需要不停地轉線作業(yè)，效率很低，造成燃油單耗上升，也不環(huán)保。

二是通過拖線式向機車提供電壓恒定的直流電源，加載至機車牽引逆變器的直流電壓環(huán)節(jié)，再通過啟動牽引電機逆變器引車入庫。這種方式需要地面配備專用電源，且當前市面上設備大多數(shù)不能兼容直流傳動機車與交流傳動機車的牽引，且故障率較高，埋地線長時間經(jīng)過大電流容易產生故障，需要挖地布線或進行重新焊接，工程量較大（如圖1）。

三是專用的公鐵兩用牽引車。這種方式的問題在于牽引車的采購單價較高，保養(yǎng)維護的成本也高，對駕駛人員的素質要求較高，對于周邊的環(huán)境條件有一定的要求。而且一旦進入軌道也需要不斷地轉線作業(yè)，效率與調車機相比并未提高，且更適用于機車庫修作業(yè)而不是機車整備作業(yè)。（如圖2）

1.2 HXD1C型機車無電區(qū)自走行裝置的結構組成

以HXD1C型機車為例，從該車型的主電路中可以看出，在牽引變流器上有專用的庫用開關。當=31-S02庫用開關轉至庫用位時，主牽引變流器的中間直流環(huán)節(jié)就接通了車身上的DC600V插座。無電區(qū)自走行裝置就是利用這個電路為牽引變流器提供車載的DC600V的電源，從而使得機車牽引變流器的出庫入牽引功能得到了應用[2]。

如圖3所示，無電區(qū)自走行裝置由電源模塊、鈦配鋰電池組、升壓模塊、超級電容模組和輸出模塊組成。

鋰電池充電模塊用A模塊表示，A模塊主電路為降壓隔離電路，考慮到機車充電機/蓄電池的功率，A模塊設計的典型功率為1 kW，長時間小電流持續(xù)為鋰電池補充能量，保證牽車的電量儲備。根據(jù)鋰電池的電壓分段，A模塊充電控制模式分為恒功限流充電、恒壓限流充電。由于鋰電池為能量密度儲能器件，移車所需的能量主要保存在鋰電池內，鋰電池的功能是為超級電容補充能量，提供維持機車運行的能量。鋰電池的過壓、過溫保護在系統(tǒng)中實時監(jiān)控。如果有故障，系統(tǒng)能做出相應的故障響應。

超級電容充電模塊用B模塊表示，B模塊為升壓電路，典型功率為6 kW，由于機車牽車動作逆變器的特性，同樣對B模塊過載能力和控制有要求。根據(jù)電壓分段，充電控制模式分為恒流充電、恒壓充電，工作制為間歇性工作制。超級電容放電時能量釋放能力強，提供機車啟動能量。超級電容的過壓、過溫保護在系統(tǒng)中實時監(jiān)控。如果有故障，系統(tǒng)能做出相應的故障響應。

C模塊為輸出模塊，功率典型值為12 kW，過載能力要求達到45 kW。C模塊直接與牽引逆變器、第5牽引電機連接，由于該裝置的運行工況在無電區(qū)，因此C僅在無電區(qū)牽車啟動時工作，為短時間工作。一次移車工作后，超級電容和鋰電池儲存的能量如果消耗過大，裝置由機車110 V或其他列車控制電壓重新充電，直到滿足下次移車能量需求，方可啟動。考慮到冗余，超級電容和鋰電池設計時滿足兩次或兩次以上的機車牽行100 m的能量，或者單次300 m的，甚至機車重聯(lián)運行一次100 m的能量（如圖4）。

1.3 安裝與線路的改造

以HXD1C型機車為例（如圖5），無電區(qū)自走行裝置安裝在機械間內原工具柜位置，原工具柜拆除。微波爐放置于自走行裝置柜體上。原工具柜內部存放兩雙鐵鞋、若干工具雜物，其他層暫時空置，將其改裝成工具盒，滿足以上物品的存放。

車載自走行裝置輸入端連接至蓄電池或充電機輸出位置，輸出端連接至600 V庫用轉換開關切換前端。在開關導軌上增加兩位速斷開關作為自走行裝置電源總開關，電流最大10 A。

2 HXD1C型機車無電區(qū)自走行裝置日常操作及故障維護

2.1 裝置基本操作

在裝置上有一個觸摸屏顯示各種信息，其中主界面提供裝置狀態(tài)的基本信息。左側數(shù)字顯示為C模塊輸出電壓值，電機動畫顯示為C模塊是否處于移車模式。輸入電壓顯示為電池電壓，輸入電流顯示為電池充電電流，輸出電壓顯示為C模塊輸出電壓，輸入電流為C模塊輸出電流。中間橫條框顯示為最近的故障信息，無故障時顯示“非操作人員請勿觸碰顯示屏”。通信連接指示燈顯示各模塊與觸摸屏是否進行通信連接;運行狀態(tài)指示燈顯示各模塊的運行狀態(tài)，運行時為淺綠色，故障時為紅色。電池標志顯示為鈦酸鋰電池剩余電量。“移車”“停止”按鈕可實現(xiàn)無電區(qū)自走行裝置移車狀態(tài)的啟停操作（如圖6）[3]。

2.1.1 機車準備必須滿足的條件

（1）自走行裝置已儲存足夠能量，滿足牽車的能量條件（建議用戶界面電量顯示大于70%）。

（2）機車滿足制動所需的氣壓條件（大于750 kPa），或者外部具備機車制動的條件。

（3）主斷斷開，禁止升弓。

2.1.2 移車操作

切換600 V庫用開關，將自走行裝置輸出連接的600 V庫用開關=31-S02切換至庫用位。啟用牽引電機風機將牽引風機開關5閉合，其他牽引風機開關1、2、3、4、6均斷開。啟動無電區(qū)自走行裝置在機車完成上述操作后，啟動無電區(qū)自走行裝置，觸摸屏顯示用戶界面。按“2.2.2. 快捷移車”進行操作，則設備會進入牽車準備階段，輸出600 V給牽引逆變器中間電壓充電，約10 s達到600 V。將機車模式轉換開關=21-S54從正常模式切換至庫內動車模式。檢查牽引逆變器中間電壓，在司機屏幕上檢查主變流器中間直流電壓，其中一個升至600 V左右（如圖7）。

緩解制動按照正常機車工作程序操作緩解制動。操縱手柄進行移車動作，即可進行移車。注意：庫內限速為5 km/h，不要超速工作，否則牽引逆變器會轉到保護模式（即：無電流并進行制動）。移車完畢后按照正常機車工作程序操作進行機車制動;點擊無電區(qū)自走行裝置用戶界面的“停止”按鍵，停止輸出600 V;斷開無電區(qū)自走行裝置輸入端連接的110 V開關; 將開關=21-S54切換至正常模式;將庫用開關=31-S02切換至正常位;微機顯示屏上顯示信息“正常運行”。

2.2 故障分析與排除

無電區(qū)自走行裝置在使用過程中，可能會出現(xiàn)的故障主要分為軟件故障與硬件故障兩類。軟件故障有：輸入欠壓故障、輸入過壓故障、輸入過流故障、過熱故障、輸出過壓故障、輸出過流故障、通信中斷故障、開機輸入欠壓故障。硬件故障有：驅動故障、硬件過流。在設備故障情況下，檢查故障類型。如果系統(tǒng)出現(xiàn)軟件故障，可以通過操作顯示屏“故障”界面對應故障模塊中的“故障清除”，來消除故障。如果故障仍未能夠消除，檢查外圍系統(tǒng)條件是否在合理范圍內。

2.3 保養(yǎng)與維護

按照HXD1C機車的檢修修程，執(zhí)行機車設備檢修與保養(yǎng)工作。注意無電區(qū)自走行裝置在斷開輸入輸出開關連接后，鋰電池、超級電容仍然有高壓，檢修時須做好防護，佩戴絕緣手套。日常維護檢查裝置表面有無臟物，檢查標識、銘牌有無破損現(xiàn)象，檢查裝置B、C模塊螺絲是否緊固，有無異常振動、聲響、氣味，風扇運轉是否正常。配件損壞時應嚴格按原型號進行更換，不得擅自用其他器件替代。同時，對拆卸掉的導線進行防護，避免與外殼或其他器件接觸放電[4]。

3 結語

南寧南機務運用段25臺HXD1C型機車通過加裝無電區(qū)自走行裝置后，在南寧南整備點以及防城港整備點和諧型機車整備作業(yè)時分平均一臺優(yōu)化調車作業(yè)時間約20 min，提升兩個主要整備點的整備作業(yè)效率近20%，也消除了庫內登頂作業(yè)電擊隱患，為生產運輸提供了強有力的保證。

參考文獻

[1]鐵道部. HXD1C型電力機車[S]. 北京：中國鐵道出版社， 2012.

[2]中國中車. HXD1C型電力機車使用維護說明書[S]. 株洲：中國中車， 2017.

[3]高首聰， 劉可安， 李鵬. HXD1C型電力機車電傳動系統(tǒng)設計及運用[J].機車電傳動， 2012（2）： 70-74.

[4]株洲南車時代電器股份有限公司.HXD1C型電力機車電器系統(tǒng)故障處理手冊[S]. 株洲：南車株洲電力機車研究所有限公司， 2011.

收稿日期：2022-01-06

作者簡介：曾真（1986—），男，本科，工程師，從事中國鐵路機務系統(tǒng)機車檢修、技術方面工作及研究。