HXD1C型機車無電區(qū)自走行裝置運用研究

曾 真

（廣西鐵路沿海股份有限公司 南寧南機務運用段，工程師，廣西 南寧 530045）

引言

當前鐵路局集團公司中大多數(shù)機務段在HXD1C型電力機車整備區(qū)搭建的整備三層作業(yè)平臺均有25萬千伏電力貫通線，優(yōu)點是當機車入庫進行整備作業(yè)時，可直接升弓取流進入整備臺位進行整備作業(yè)，缺點是作業(yè)人員登頂作業(yè)時電力貫通線帶高壓，存在勞動安全隱患。考慮勞動安全隱患因數(shù)，廣西鐵路沿海股份有限公司南寧南機務運用段南寧南整備作業(yè)區(qū)和防城港整備作業(yè)區(qū)未采用電力貫通線方式，HXD1C型機車無法直接升弓進入整備棚進行整備作業(yè)，需要依靠內(nèi)燃機車調(diào)車擺渡，極大影響機車整備效率。針對HXD1C型電力機車整備作業(yè)現(xiàn)狀，急需設計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，確保整個機車整備作業(yè)安全、高效。

1 無電區(qū)機車整備作業(yè)現(xiàn)狀

目前整備區(qū)無電力貫通線的整備調(diào)車作業(yè)方式有以下幾種：

①采用內(nèi)然調(diào)車機是最常用的方式。這種方式存在最大問題是調(diào)車機需要不停轉線作業(yè)，效率低，燃油單耗大，不環(huán)保。

②通過拖線式向機車提供電壓恒定直流電源，加載至機車牽引逆變器直流電壓環(huán)節(jié)，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，且大多數(shù)設備不能兼容直流傳動機車與交流傳動機車的牽引，埋地線長時間經(jīng)過大電流易產(chǎn)生故障，需要挖地布線或重新焊接，工程量大。

③專用的公鐵兩用牽引車。這種方式缺點是牽引車采購單價高，保養(yǎng)維護成本高，要求駕駛人員具有較高駕駛技術，對周邊環(huán)境條件有要求，一旦進入軌道上同樣需要不斷進行轉線作業(yè)，效率與調(diào)車機等同，更適用于機車庫修作業(yè)而不是機車整備作業(yè)。

2 無電區(qū)自走行裝置結構組成

無電區(qū)自走行裝置安裝在機車機械間內(nèi)原工具柜位置，將原工具柜拆除，裝置輸入端連接至蓄電池輸出或充電機輸出位置，輸出端連接至DC600V 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10A，無電區(qū)自走行裝置組成由電源模塊、鋰電池組、升壓模塊、超級電容模組和輸出模塊組成，如圖1所示。

圖1 裝置與牽引變流器關系圖

①電源模塊與鋰電池組用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功率，A模塊設計功率為1kW，長時間小電流持續(xù)為鋰電池補充能量，保證牽車電量儲備。根據(jù)鋰電池電壓分段，A 模塊充電控制模式分為恒功限流充電和恒壓限流充電。鋰電池是能量密度儲能器件，移車所需能量保存在鋰電池內(nèi)，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。鋰電池過壓、過溫保護在系統(tǒng)中實時監(jiān)控，如有故障，系統(tǒng)能做出相應的故障響應。

②升壓模塊與超級電容組用B 模塊表示，B 模塊為升壓電路，設計功率為6kW，因機車牽車動作逆變器特性，對B 模塊過載能力和控制有所要求。根據(jù)電壓分段，充電控制模式分為恒流充電和恒壓充電，采用間歇性工作制，超級電容放電時能量釋放能力強，用于提供機車啟動能量。超級電容過壓、過溫保護在系統(tǒng)中實時監(jiān)控，如有故障，系統(tǒng)能做出相應的故障響應。

③C 模塊為輸出模塊，設計功率值為12kW，過載能力達到45kW，直接與牽引逆變器相連，運行工況為無電區(qū)域，僅在無電區(qū)牽車啟動時短時間工作。完成一次牽車作業(yè)，超級電容和鋰電池儲存能量如消耗過大，裝置由機車110V或其他列車控制電壓重新充電，直到滿足牽車能量需求，方可啟動。考慮到冗余，超級電容和鋰電池設計滿足兩次或兩次以上100m、單次機車牽行300m 或機車重聯(lián)運行一次100m的能量。

無電區(qū)自走型裝置就是當HXD1C 型機車上庫用開關轉至庫用位時，通過主牽引變流器中間直流環(huán)節(jié)接通車身上的一個600V插座，為牽引變流器提供車載600V電源，驅(qū)動牽引電機M走行使得機車能移動進出整備場。

3 無電區(qū)自走行裝置操作與保養(yǎng)

3.1 基本操作如圖2所示，在裝置上有一個觸摸屏，顯示各種信息。主界面提供裝置狀態(tài)基本信息，左側數(shù)字顯示C 模塊輸出電壓值，電機動畫顯示C模塊是否處于移車模式，輸入電壓顯示電池電壓，輸入電流顯示電池充電電流，輸出電壓顯示C 模塊輸出電壓，輸入電流C 模塊輸出電流。中間橫條框顯示最近故障信息，無故障時顯示“非操作人員請勿觸碰顯示屏”，通訊連接指示燈顯示各模塊與觸摸屏是否進行通訊連接，運行狀態(tài)指示燈顯示各模塊運行狀態(tài)，運行時為淺綠色，故障時為紅色。電池標志顯示鈦酸鋰電池剩余電量，“移車”、“停止”按鈕可實現(xiàn)裝置移車狀態(tài)啟停操作。

圖2 裝置觸摸屏主界面

3.1.1 準備條件

①自走行裝置已儲存不低于70%電量，滿足牽車能量條件。

②機車滿足制動所需氣壓條件（大于750KPa）或外部具備機車制動條件。

③主斷斷開，禁止升弓。

3.1.2 移車操作 切換600V庫用開關，將自走行裝置輸出連接600V庫用開關切換至庫用位，啟用牽引電機風機將牽引風機開關5 閉合，其它牽引風機開關均斷開。啟動無電區(qū)自走行裝置進入牽車準備階段，輸出600V給牽引逆變器中間電壓充電，約10秒達到600V，將機車模式轉換開關從正常模式切換至庫內(nèi)動車模式，檢查牽引逆變器中間電壓在司機屏幕上顯示主變流器中間直流電壓有一個升至600V左右。按照正常機車工作程序操作緩解制動，操縱機車手柄進行移車動作即可進行移車（注意：庫內(nèi)限速為5km/h，注意不要超速工作，否則牽引逆變器會轉到保護模式，顯示無電流并進行制動）。移車完畢后按照正常機車工作程序操作機車制動，點擊無電區(qū)自走行裝置用戶界面“停止”按鍵，停止輸出600V，斷開無電區(qū)自走行裝置輸入端連接110V 開關，恢復其他開關至正常位，微機顯示屏顯示信息“正常運行”。

3.2 日常保養(yǎng)要求

按照HXD1C機車檢修修程，執(zhí)行機車設備檢修保養(yǎng)標準，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、超級電容仍有高壓，檢修時需做好防護，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更換，不得擅自用其它器件替代，在更換電池電容部分時，器件帶電，需做好防護，佩戴絕緣手套，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 結論

通過加裝無電區(qū)自走行裝置后，南寧南機務運用段25臺HXD1C型機車在南寧南和防城港整備點平均整備一臺優(yōu)化調(diào)車作業(yè)時長約20分鐘，提升整備作業(yè)效率20%，消除庫內(nèi)登頂作業(yè)電擊隱患，為運輸生產(chǎn)提供強有力的機力保證。