基于三顯示重載鐵路長大坡道技術(shù)研究

鄭亞平 王繼柱

摘 要：國能集團為實現(xiàn)一體化鐵路運輸，緩解朔黃線神池南站兩萬噸列車編組能力，要求神朔鐵路必須開行“3+0”單元萬噸重載列車，確保神華鐵路多拉快跑，由于神朔鐵路由于地處沿線山區(qū)，線路隨山勢蜿蜒起伏，沿途多長大坡道，開行單元萬噸列車存在司機不易操縱列車、列車縱向沖動、充風不足、溜逸、放飏的重大行車安全隱患，因此在信號三顯示進行單元重載列車的控車試驗，提出解決山區(qū)重載鐵路開行單元重載列車控車方法，確保神朔線重載運輸通道安全暢通。

關鍵詞：單元重載列車;長大下坡道;操縱;安全隱患

中圖分類號：U284.92 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）21-0088-03

神朔鐵路屬國家Ⅰ級電氣化重載鐵路，區(qū)間采用信號三顯示，最小曲線半徑為400米，最大限制坡度12‰。其中大柳塔至神木北區(qū)段坡度9‰;神木北至神池南區(qū)段線路坡度12‰;神池南-朔州西區(qū)段線路坡度12‰;坡道隨山勢起伏，又長又大，嚴重制約鐵路運輸?shù)亩嗬炫堋?/p>

國能集團為了確保朔黃鐵路神池南站順利開行2萬噸重載列車，進一步提高線路通過能力，保證機車使用效率及滿足朔黃編組兩萬噸列車需求，集團要求神朔鐵路開行“3+0”單元萬噸重載列車勢在必行，神朔鐵路單元萬噸重載列車必須保證25列，以減少神池南站萬噸列車分解組織作業(yè)，提高到發(fā)線利用率，進一步提升神池南站接發(fā)能力，神朔鐵路由此引發(fā)的行車安全問題無法預估。

1 神朔鐵路概況

1.1 神朔鐵路運輸現(xiàn)狀

按照國能集團一體化運輸要求，神朔鐵路以壓縮列車追蹤間隔、增開萬噸列車對數(shù)為手段，努力提升運能、增加運量。每晝夜線路鋪畫112對貨物列車，其中萬噸列車84對，普通貨物列車28對，朔西口鋪畫12對貨物列車。萬噸列車追蹤間隔壓縮至12分鐘，普列壓縮至9分鐘。全年圖定能力2.86億噸。

1.2 線路主要技術(shù)作業(yè)標準

神朔鐵路屬國家I級電氣化重載鐵路;其中大柳塔至神池南段雙線，神池南至朔州段單線，南坡底至莊兒上段單線;受地形條件限制，線路最小曲線半徑400m;大柳塔至神木北區(qū)段坡度9‰;神木北至神池南區(qū)段坡度12‰;神池南-朔州西區(qū)段坡度12‰;特別是新城川至府谷重車線為超過12‰的連續(xù)長大下坡道，坡長12km。機車牽引以電力機車、內(nèi)燃機車為主，有神8、SS4B、HXD1、HXD2、等十種類型;普通車站到發(fā)線有效長1050m;萬噸站側(cè)線有效長1700m;大柳塔至神池南為雙線自動閉塞，神池南至朔西為單線半自動閉塞，南坡底至莊兒上為單線半自動閉塞，神木北至店塔為單線半自動閉塞;普通貨物列車C70型編組58輛，C80型54輛，C64型66輛;萬噸貨物列車C70型編組116輛，C80型108輛，C64型132輛;大新國鐵小列C80型51/54輛，其他車型60輛，萬噸列車105輛;普通列車牽引重量6000噸;萬噸列車牽引重量11600噸;莊兒上口牽引重量5400噸。

1.3 萬噸貨物列車編組牽引方式

（1）C80型車輛編組108輛，牽引總重為10800噸，載重8640噸，換長1.1。（2）C80B型車輛編組108輛，牽引總重為10800噸，載重8640噸，換長1.1。（3）C70型車輛編組116輛，列車牽引總重為10765噸，載重8120噸，換長1.3。（4）C64型車輛編組132輛（66+66），牽引總重為11299噸，載重為8316噸，換長1.2。

1.4 神朔鐵路區(qū)間信號自動閉塞制式

神朔鐵路區(qū)間自動閉塞采用信號三顯示，監(jiān)督列車占用出清區(qū)間的電務信號設備采用ZPW-2000A型軌道電路，軌道電路的低頻信息特征見表1。

2 基于信號三顯示研判開行重載列車在長大坡道存在的安全風險

（1）研判機車乘務員在各種情況下操縱重載列車存在的安全風險。（2）研判重載列車運行在長大坡道存在的列車縱向沖動、列車斷鉤、列車溜逸、列車放飏等重大行車重大安全風險。

3 基于信號三顯示進行“3+0”單元萬噸重載列車牽引試驗

為掌握單元萬噸重載列車牽引制動數(shù)據(jù)，分別于2016年4月20日和4月21日在朱蓋塔—神池南間開行神華號交流機車集中牽引108輛單元萬噸列車試驗，因此基于信號三顯示對集中牽引重載列車的牽引制動性能等方面進行研究試驗。

3.1 試驗要求

為了減少站場作業(yè)時間、提高運輸效率、增加運輸總量，研究在現(xiàn)有區(qū)間信號顯示方式下由組合式分散牽引調(diào)整為集中牽引帶來的對列車運行品質(zhì)和安全風險等影響，重點評估進行集中牽引模式的可行性，并對存在的重大安全風險提出技術(shù)解決方案。

測試集中牽引萬噸列車在長大下坡道、長大上坡道及區(qū)間信號機顯示黃燈時的控速、紅燈前停車、啟動、后溜試驗等，測試不同減壓量下的制動排氣時間及列車再充氣時間等，為列車操縱提供數(shù)據(jù)支持。

3.2 試驗內(nèi)容包括

測試集中牽引萬噸列車的制動性能，測試不同減壓量下的制動排氣時間及列車再充氣時間等，為列車操縱提供數(shù)據(jù)支持。運行試驗時全程記錄運行速度、運行時分、走行距離、機車的牽引能力、電機參數(shù)、網(wǎng)壓、網(wǎng)流等參數(shù)。運行試驗時全程記錄列車在運行過程中的縱向動力學性能，包括縱向車鉤力，縱向加速度和緩沖器位移。

3.3 牽引試驗方法

試驗編組：神華號7035#（主控）+神華號7034#（從一）+神華號7033#（從二）+108輛C80，總重10827噸。

試驗項目：11‰下坡道65km/h速度模擬接黃燈控速試驗。

試驗目的：檢驗在11‰下坡道65km/h速度減壓70kpa，能否滿足黃燈前控速和紅燈前停車。

試驗方法：過神朔鐵路上行線0620信號機列車速度65km/h減壓70kpa，再生制動力500KN控速。

試驗小結(jié)：2016年4月20日列車運行至K62+963m處，65km/h速度常用制動減壓70kPa，再生力300-500KN控速，最高速度69km/h，速度降至60km/h時，走行距離為1288m，停車制動距離為2148m。

以神朔線最短閉塞分區(qū)1400m計算，該次試驗速度降至60km/h以下，走行距離1288m。根據(jù)監(jiān)控控制模式，黃燈前600m限速開始追速，黃燈前200m限速降至60km/h，此過程可能造成監(jiān)控動作，該項試驗不能滿足黃燈前控速。

試驗項目：11.5‰下坡道75km/h速度，黃燈控速和停車試驗。

試驗目的：檢驗75km/h速度接黃燈時，在原初制動的基礎上追加減壓30kpa，能否滿足黃燈前控速和紅燈前停車。

試驗方法：過神朔鐵路上行線0692#信號機后速度65km/h，減壓50kpa，710#信號機處掌握75km/h速度，模擬730#信號黃燈，追加減壓30kpa，再生制動500KN控速。

試驗小結(jié)：2016年4月20日，列車運行在k69+596m處，66km/h速度減壓50kpa，漲速8km/h，排風完畢后74km/h速度追加減壓30kpa，再生力550KN同步控速，速度降至60km/h時，走行距離為863m，停車制動距離為2929m。

在初制動的基礎上75km/h速度接黃燈，追加減壓30kpa，基本能滿足黃燈前控速和紅燈前停車。

試驗項目：長大上坡道15km/h速度，常用減壓停車后溜試驗。

試驗目的：長大上坡道列車惰力運行，15km/h速度減壓70Kpa，停車后測試列車是否后溜。

試驗方法：長大上坡道區(qū)段，第一次在k135處墮力運行，速度降至16km/h時，常用制動減壓70kpa，第二次在k216處墮力運行，速度降至21km/h時，常用制動減壓70kpa。

試驗小結(jié)：運行至k135+552m處16km/h速度，常用制動減壓70kpa，速度變0km/h后開始后溜，司機追加減壓至100kpa，以2km/h速度后溜5m。運行至k215+894m處21km/h速度，常用制動減壓80kpa，停車后未發(fā)生后溜。

牽引3+0單元萬噸重車，在長大上坡道需停車時，撂閘速度不得低于20km/h，減壓量不得低于70kpa。

3.4 試驗結(jié)論

（1）11‰下坡道65km/h速度運行接黃燈，空電配合調(diào)速，減壓70kpa不能滿足黃燈前控速。

（2）11.5‰下坡道75km/h速度接黃燈時，在原初制動的基礎上追加減壓30kpa，基本能滿足黃燈前控速和紅燈前停車，但機車乘務員必須具備平穩(wěn)操縱單元重載列車的控制能力。

（3）11.5‰下坡道過45km/h慢行地段，追加減壓至80kpa停車，開車后再次撂閘滿足充風要求，撂閘后可以控制不超45km/h。

（4）牽引“3+0”單元萬噸重車，在長大上坡道需停車時，撂閘速度不得低于20km/h，減壓量不得低于70kpa，存在一定的安全風險。

4 基于信號三顯示存在問題分析及解決方案

區(qū)間自動閉塞采用信號三顯示，信號機有黃、綠、紅三種顯示，從信號顯示含義上看，信號機顯示黃燈指示列車注意運行，一個閉塞分區(qū)長度能滿足普通編組列車從規(guī)定速度到零的制動距離，列車可以按規(guī)定速度通過黃色燈光后再開始進行減速。但神朔鐵路自開行萬噸列車以來，當萬噸列車運行在長大下坡道區(qū)間，遇到區(qū)間通過信號機顯示黃色燈光時，需要停車緩解確認信號，需要圖停7分鐘，因萬噸列車編組長、重量大，機車制動一把閘停不住，列車帶閘走行距離基本在2500米左右，三顯示區(qū)間對800米緊急制動距離已不能滿足重載鐵路長大下坡道對運輸?shù)陌踩?。機車緩解重新起動需要一定的充風時間，如果減壓放風后，充風時間不足，列車運行中各種因素的巧合，導致列車牽引力不足造成列車長大上坡道起車困難，長大下坡道遇黃燈不能控速，不能保證紅色信號燈光前安全停車，存在極其嚴重的安全隱患。

經(jīng)過多次添乘，掌握了線路情況、列車長大坡道制動充風情況、機車乘務員操縱列車情況等關鍵要素。提出在新城川至孤山川長大下坡道重車線，依據(jù)《鐵路自動閉塞技術(shù)條件》、《機車信號信息定義及分配》鐵路行業(yè)相關標準要求，針對神朔線自動閉塞分區(qū)特殊困難區(qū)段線路情況，維持既有信號三顯示自動閉塞制式不變，為“新-孤”閉塞分區(qū)地面、車載系統(tǒng)增加L2、L3信息碼。保證機車乘務員提前預知列車運行前方空閑閉塞分區(qū)的空閑情況，從而平穩(wěn)操縱列車運行。

此時三顯示自動閉塞分區(qū)各個信息碼的表示及含義如下，見表2。

L碼：準許列車按規(guī)定速度運行，機車信號機顯示一個綠色燈光，表示列車運行前方至少有二個閉塞分區(qū)空閑;

U碼：要求列車減速到規(guī)定的速度越過接近的信號機，機車信號機顯示一個黃色燈光，表示列車運行前方有一個閉塞分區(qū)空閑;

L2碼：準許列車按規(guī)定速度運行，機車信號機顯示一個綠2燈光，表示列車運行前方至少有三個閉塞分區(qū)空閑;

L3碼：準許列車按規(guī)定速度運行，機車信號機顯示一個綠3燈光，表示列車運行前方至少有四個閉塞分區(qū)空閑。

新增加的L2、L3信息碼僅維持L碼規(guī)定的走行速度，只提示司機精準掌握列車運行前方空閑閉塞分區(qū)的確切個數(shù)。司機通過列車運行監(jiān)控裝置（LKJ）收到的L2或L3信息碼，可預先知道運行前方空閑閉塞分區(qū)的確切個數(shù)。

5 效果及展望

（1）徹底解決了神朔鐵路重車線特殊困難區(qū)段長大下坡道對單元萬噸重載列車運輸瓶頸的制約，填補了國內(nèi)重載鐵路解決列車長大下坡道運行的技術(shù)空白，實現(xiàn)了單元萬噸重載列車在長大下坡道運行時的風險預控。

（2）運能提高，運量屢創(chuàng)歷史新高，經(jīng)濟效益顯著。信息碼擴容改造后，神朔線從最初的7列單元萬噸重載列車增至現(xiàn)在的38列。未進行信息碼擴容改造前，單元重載列車必須越過地面0730信號機緩解，一般圖停7分鐘，如果按運行最初的25列“3+0”單元萬噸列車計算，則圖停175分鐘;對照神朔線萬噸列車13分鐘追蹤間隔，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=4745萬噸。2019年運行圖單元萬噸重載列車已開行至38列。

（3）提高車站、區(qū)間通過能力。信息碼擴容改造后，單元重載列車運行到該區(qū)段，遇施工慢行時，減少區(qū)間圖停，大大提高車站、區(qū)間通過能力。

（4）緩解了機車乘務員操縱“3+0”單元萬噸重載列車的緊張度，達到了指路行車目的。信息碼擴容改造后，機車乘務員減少了對列車制動的頻繁操作，能夠提前預想操作流程，緩解操縱重載列車的緊張度，避免了操作失誤而引發(fā)的其他后果。

參考文獻

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