大秦線組合列車(chē)制動(dòng)閥切除的故障分析

高 磊

（太原鐵路局 機(jī)務(wù)處，山西太原030013）

大秦線組合列車(chē)制動(dòng)閥切除的故障分析

高 磊

（太原鐵路局 機(jī)務(wù)處，山西太原030013）

對(duì)2013年1至7月份以來(lái)，大秦線重載運(yùn)輸發(fā)生的組合列車(chē)制動(dòng)閥切除故障進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，查找共性原因，從制動(dòng)閥切除原理入手，通過(guò)對(duì)組合列車(chē)同步操縱系統(tǒng)在數(shù)據(jù)、指令傳輸過(guò)程的分析，提出科學(xué)的解決方法和措施。

和諧型機(jī)車(chē)；重載運(yùn)輸；組合列車(chē)；同步操縱；制動(dòng)閥切除

隨著高科技的投入使用，新類(lèi)型的機(jī)車(chē)故障、安全隱患也不斷涌現(xiàn)。本文就是針對(duì)大秦線重載組合列車(chē)同步操縱系統(tǒng)投入使用后，發(fā)生的制動(dòng)閥切除故障進(jìn)行研究，分析原因，提出解決方案。

1 制動(dòng)閥切除的概念

制動(dòng)閥切除是指組合列車(chē)從控機(jī)車(chē)DP控制模式由于意外流量、通訊丟失或其他故障原因從正常模式進(jìn)入到制動(dòng)切除模式。制動(dòng)閥切除是分布式動(dòng)力系統(tǒng)的一種保護(hù)功能，目的在于保證從控單元在非正常情況下的空氣制動(dòng)功能。

從控單元在制動(dòng)切除模式下，可以跟隨主控機(jī)車(chē)執(zhí)行所有牽引和電制動(dòng)功能，但空氣制動(dòng)功能不受主控機(jī)車(chē)控制。此時(shí)從控單元的空氣制動(dòng)設(shè)置為本務(wù)，且具有單獨(dú)空氣制動(dòng)和緊急空氣制動(dòng)控制權(quán)。

2 重載組合列車(chē)制動(dòng)閥切除的危害

大秦線東起大同，西至秦皇島，全長(zhǎng)653 km，曲線半徑一般地段800 m，困難地段400 m。線路縱斷面為西高東低，連續(xù)長(zhǎng)大下坡道118.4 km，重車(chē)方向線路最大－12‰下坡和4‰。由東向西線路從海拔1 100 m到650 m，重車(chē)方向呈一路下坡（圖1）。重載組合列車(chē)在調(diào)速過(guò)程中，如果從控機(jī)車(chē)制動(dòng)閥切除，無(wú)法響應(yīng)主控機(jī)車(chē)制動(dòng)或緩解指令，整列車(chē)車(chē)輛的制動(dòng)或緩解只能靠主控機(jī)車(chē)通過(guò)列車(chē)管來(lái)傳遞制動(dòng)波或緩解波，導(dǎo)致制動(dòng)波或緩解波傳播的時(shí)間加長(zhǎng)，各車(chē)輛制動(dòng)或緩解的不同時(shí)性將加劇，造成強(qiáng)烈的縱向動(dòng)力作用。特別是在長(zhǎng)大下坡區(qū)段，給運(yùn)輸生產(chǎn)帶來(lái)了嚴(yán)重的安全隱患，主要表現(xiàn)在：

（1）組合列車(chē)的主控機(jī)車(chē)減壓時(shí)只能是列車(chē)單邊制動(dòng)，延長(zhǎng)制動(dòng)距離，容易冒進(jìn)信號(hào)。

（2）組合列車(chē)在長(zhǎng)大下坡減壓時(shí)容易造成整列車(chē)前堵后擁，發(fā)生中部機(jī)車(chē)脫軌事故。

（3）組合列車(chē)在長(zhǎng)大下坡緩解時(shí)中部機(jī)車(chē)制動(dòng)閥如果沒(méi)有投入，乘務(wù)員再次減壓由于制動(dòng)力不足會(huì)出現(xiàn)放揚(yáng)事故。

（4）組合列車(chē)通信信號(hào)丟失情況下，如遇緊急情況，不能實(shí)現(xiàn)同步緊急制動(dòng)，容易造成列車(chē)脫軌事故。

3 故障的統(tǒng)計(jì)分類(lèi)

（1）按照列車(chē)編組分類(lèi)統(tǒng)計(jì)

大秦線日平均開(kāi)行2萬(wàn)t約60列，1.5萬(wàn)t約11列，1萬(wàn)t約3列。2013年截止7月份，大秦線重載組合列車(chē)在運(yùn)行過(guò)程中共發(fā)生中部機(jī)車(chē)制動(dòng)閥切除故障252件。其中2萬(wàn)t列車(chē)發(fā)生195件，占總數(shù)的77.4%；1.5萬(wàn)t重載組合列車(chē)發(fā)生32件，占總數(shù)的12.7%；1萬(wàn)t組合列車(chē)發(fā)生25件，占總數(shù)的9.9%，具體情況見(jiàn)表1。

（2）按照發(fā)生區(qū)段分類(lèi)統(tǒng)計(jì)

大秦線沿線地形復(fù)雜，大同—化稍營(yíng)為盆地，化稍營(yíng)以東多為山區(qū)，橋梁和隧道累計(jì)長(zhǎng)67.2 km，地形和線路條件復(fù)雜，容易造成組合列車(chē)在運(yùn)行中發(fā)生DP丟失，制動(dòng)閥切除。

截止2013年7月份，發(fā)生制動(dòng)閥切除按照發(fā)生區(qū)段分類(lèi)見(jiàn)表2，可以看出，大秦線制動(dòng)閥切除故障主要發(fā)生在大同站—茶塢站間，共發(fā)生207件，占總數(shù)的82.1%，其中主要集中在化稍營(yíng)站—涿鹿站間，發(fā)生99件，占總數(shù)的39.3%；延慶站—茶塢站間，發(fā)生85件，占總數(shù)的33.7%。

（3）按照故障表現(xiàn)分類(lèi)統(tǒng)計(jì)

截止2013年7月，制動(dòng)閥切除故障主要表現(xiàn)在意外流量240件，占總數(shù)的95.2%；機(jī)車(chē)總風(fēng)壓力低12件、占4.8%；其中意外流量由于通信良好，從控機(jī)車(chē)減壓指令滯后81件，占32.1%；G網(wǎng)和RDTE轉(zhuǎn)換138件，占54.8%；G網(wǎng)數(shù)據(jù)會(huì)議異常中斷20件，占7.9%；OCU注冊(cè)失敗1件，占0.4%，具體情況見(jiàn)表3。

4 制動(dòng)閥切除原因分析

分布式機(jī)車(chē)控制系統(tǒng)通訊過(guò)程見(jiàn)圖2。主控機(jī)車(chē)CCU（中央控制單元）將采集的機(jī)車(chē)控制數(shù)據(jù)通過(guò)MIPM（中央集成處理模塊）傳輸給CPM（通信處理模塊），CPM將數(shù)據(jù)處理后傳輸給OCU（GSM-R車(chē)載通信單元），OCU通過(guò)GSM-R無(wú)線網(wǎng)絡(luò)將機(jī)車(chē)控制數(shù)據(jù)傳輸給從控機(jī)車(chē)OCU，從控機(jī)車(chē)再按照OCU、CPM、MIPM、CCU的順序進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，最后從控機(jī)車(chē)通過(guò)CCU實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)車(chē)的控制。

4.1 意外流量造成制動(dòng)閥切除

通過(guò)大秦線DP組合列車(chē)制動(dòng)閥切除故障分類(lèi)表3可以看出，從控機(jī)車(chē)發(fā)生制動(dòng)切除主要集中在“意外流量”，意外流量是指主控機(jī)車(chē)減壓時(shí)，主控向從控發(fā)送減壓命令，但因某種異常從控機(jī)車(chē)未收到減壓命令，6 s以后，制動(dòng)波到達(dá)從控機(jī)車(chē)，從控機(jī)車(chē)檢測(cè)到意外流量，將制動(dòng)閥切除。在排除流量傳感器本身故障原因的情況下，其他因素主要集中在以下幾個(gè)方面：

（1）G網(wǎng)通訊正常，列車(chē)在減壓調(diào)速過(guò)程中，從控機(jī)車(chē)減壓指令滯后，檢測(cè)到意外流量，造成制動(dòng)閥切除。主要原因一方面是由于機(jī)車(chē)在運(yùn)行中，注冊(cè)的GSM-R網(wǎng)絡(luò)需要在不同信號(hào)基站間進(jìn)行切換，切換過(guò)程中數(shù)據(jù)傳輸會(huì)中斷400 ms左右，如果在主控機(jī)車(chē)發(fā)出減壓指令的同時(shí)，GSM-R網(wǎng)絡(luò)正處于切換狀態(tài)，就會(huì)造成主控機(jī)車(chē)的減壓指令數(shù)據(jù)丟失。另一方面是分布式機(jī)車(chē)控制系統(tǒng)的指令重發(fā)機(jī)制不夠健全，數(shù)據(jù)收發(fā)和交互確認(rèn)不完善。主控機(jī)車(chē)對(duì)從控機(jī)車(chē)是否收到指令數(shù)據(jù)在邏輯判斷上存在缺陷，導(dǎo)致從控機(jī)車(chē)在未接收到減壓指令的情況下，檢測(cè)到意外流量波動(dòng)，進(jìn)入制動(dòng)切除模式。

（2）列車(chē)正常運(yùn)行中，GSM-R網(wǎng)絡(luò)與RDTE頻繁切換。主要原因是列車(chē)運(yùn)行區(qū)段的GSM-R網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量差，通信路徑由G網(wǎng)自動(dòng)轉(zhuǎn)為RDTE，但由于RDTE受距離、地形限制信號(hào)不穩(wěn)定，造成通訊丟失，進(jìn)而從控機(jī)車(chē)檢測(cè)到意外流量，進(jìn)入制動(dòng)切除模式。通過(guò)表3可以看出，大秦線制動(dòng)閥切除故障主要發(fā)生在化稍營(yíng)站—涿鹿站（129＋0.020～182＋0.674 km）、延慶站—茶塢站（262＋0.514～327＋0.295 km）間，其中又在K142、K157、K209、K288地段更為集中。

（3）G網(wǎng)數(shù)據(jù)會(huì)議異常中斷或OCU發(fā)出“注冊(cè)失敗”。主要原因也是GSM-R網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量差，GSM-R網(wǎng)絡(luò)頻繁進(jìn)行基站切換、與RDTE通信路徑的切換，造成通訊丟失。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢查情況還發(fā)現(xiàn)存在小部分OCU設(shè)備MT模塊射頻和天饋系統(tǒng)指標(biāo)不達(dá)標(biāo)，致G網(wǎng)信號(hào)衰減。

4.2 總風(fēng)壓力低造成制動(dòng)閥切除

總風(fēng)壓力低造成制動(dòng)閥切除發(fā)生12件。基本上都是發(fā)生在機(jī)車(chē)斷電、故障長(zhǎng)時(shí)間停留的情況下，機(jī)車(chē)總風(fēng)低于600 k Pa，系統(tǒng)保護(hù)功能切除制動(dòng)閥。

5 采取的針對(duì)性措施

（1）優(yōu)化重載組合列車(chē)操縱

湖東電力機(jī)務(wù)段在重載組合列車(chē)的操縱上進(jìn)行優(yōu)化，列車(chē)運(yùn)行在K142、K157、K209、K288區(qū)段時(shí)，盡量不進(jìn)行減壓操作。

（2）升級(jí)系統(tǒng)軟件，修復(fù)存在缺陷

GE公司對(duì)分布式機(jī)車(chē)控制系統(tǒng)的指令傳輸軟件進(jìn)行重新驗(yàn)證，徹底解決指令重發(fā)機(jī)制不夠健全，數(shù)據(jù)收發(fā)和交互確認(rèn)不完善的問(wèn)題。

（3）建立檢查機(jī)制，更換不達(dá)標(biāo)設(shè)備

設(shè)備部門(mén)加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)管理，建立日常檢查機(jī)制，開(kāi)展設(shè)備平推檢查，對(duì)性能指標(biāo)不過(guò)關(guān)的OCU設(shè)備及時(shí)進(jìn)行更換。

（4）優(yōu)化區(qū)段GSM-R網(wǎng)絡(luò)信號(hào)

針對(duì)制動(dòng)閥切除較頻繁的化稍營(yíng)—涿鹿，延慶—茶塢區(qū)段，設(shè)備部門(mén)對(duì)基站硬件設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化，在大秦線隧道內(nèi)使用分布式基站替換直放站，徹底解決原有直放站覆蓋能力弱、延時(shí)大、外部干擾大的缺點(diǎn)。

（5）強(qiáng)化重載列車(chē)在發(fā)生制動(dòng)閥切除后的應(yīng)急處置

一方面鐵路局從優(yōu)化操縱、升級(jí)軟件等從技術(shù)手段方面減少發(fā)生重載組合列車(chē)制動(dòng)閥故障。另一方面突出了對(duì)重載組合列車(chē)非正常處置的強(qiáng)化。乘務(wù)員在列車(chē)發(fā)生制動(dòng)閥切除后，必須立即停車(chē)檢查，確認(rèn)機(jī)車(chē)制動(dòng)閥、DP連接等狀態(tài)，在確認(rèn)機(jī)車(chē)各部正常，中部機(jī)車(chē)制動(dòng)閥正常投入的情況，才能繼續(xù)運(yùn)行。因采取措施得當(dāng)，截止2013年7月份，大秦線重載組合列車(chē)沒(méi)有發(fā)生一起因制動(dòng)閥切除引發(fā)的事故。

6 取得的實(shí)際效果

針對(duì)大秦線重載組合列車(chē)發(fā)生制動(dòng)閥切除故障的實(shí)際情況。從2013年4月以來(lái)，太原鐵路局組織GE公司、北京交通大學(xué)等相關(guān)單位成立攻關(guān)組，取得了實(shí)際效果。

2013全年大秦線重載組合列車(chē)發(fā)生制動(dòng)閥切除332件。4月份攻關(guān)前發(fā)生181件，攻關(guān)后發(fā)生151件。制動(dòng)閥切除發(fā)生日均件數(shù)由攻關(guān)前的日均1.6件，減少到0.6件，減少了62.5%。制動(dòng)閥切除故障得到了有效的控制。

［1］ 張曙光.HXD1型電力機(jī)車(chē)［M］.北京：中國(guó)鐵道出版社，2009.

Fault Analysis of Brake Valve Excision for Combined Train of Daqin Railway Line

GAO Lei
（Taiyuan Locomotive Depot，Taiyuan Railway Bureau，Taiyuan 030013 Shanxi，China）

This paper makes statistical analysis for the brake valve excision failures of Daqin heavy haul combined train since January to July 2013，and finds the common reasons.Starting from the principle of brake valve excision，through analysis of the data and command transmission process of the combined train locotrol system，this paper also proposes the scientific and realistic solutions and countermeasures.

HX-type Locomotive；heavy transport；combined train；locotrol；brake valve excision

U260.35

A

10.3969/j.issn.1008－7842.2014.05.25

1008－7842（2014）05－0094－03

?）男，工程師（

2014－03－10）