對(duì)韶山系電力機(jī)車操縱控制電路的改進(jìn)建議

謝春華

(鄭州鐵路局 洛陽機(jī)務(wù)段,河南洛陽471002)

隨著長交路輪乘制和雙班單司機(jī)值乘在全路機(jī)務(wù)系統(tǒng)全面推廣,傳統(tǒng)機(jī)車操縱控制方式顯現(xiàn)弊端,給運(yùn)輸暢通帶來威脅。表現(xiàn)在實(shí)行單司機(jī)值乘后原有的機(jī)械間巡視作業(yè)的頻次大幅減少,對(duì)機(jī)械間巡視能夠發(fā)現(xiàn)的故障隱患無法及時(shí)排除。另一方面,交路延長后一次乘務(wù)作業(yè)時(shí)間延長,乘務(wù)員精力下降,由于傳統(tǒng)操縱控制方式的操縱開關(guān)較多,乘務(wù)員誤操縱的幾率大幅度上升。洛陽機(jī)務(wù)段電力機(jī)車運(yùn)行中曾因蓄電池充電自動(dòng)開關(guān)跳斷未及時(shí)發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致蓄電池虧電,造成機(jī)車過絕緣分相時(shí)受電弓無法升弓而發(fā)生機(jī)車故障;因乘務(wù)員精力不集中過絕緣分相后、未閉合“壓縮機(jī)”琴鍵開關(guān)導(dǎo)致機(jī)車總風(fēng)下降過低,造成列車制動(dòng)停車、受電弓自動(dòng)下落。

1 機(jī)車操縱控制電路現(xiàn)狀

我國各型內(nèi)燃、電力機(jī)車的操縱控制方式一直沿用20世紀(jì)60年代設(shè)計(jì)時(shí)的模式。近幾年,標(biāo)準(zhǔn)化司機(jī)室設(shè)計(jì)也僅僅是將琴鍵開關(guān)改為扳鍵開關(guān);將副臺(tái)開關(guān)箱移到主臺(tái)。這種操縱控制方式存在如下問題:

(1)操縱開關(guān)眾多,自動(dòng)化程度低。韶山系列電力機(jī)車共有主斷路器斷電、閉合開關(guān);前、后受電弓升弓開關(guān);劈相機(jī)、壓縮機(jī)、通風(fēng)機(jī)、制動(dòng)風(fēng)機(jī)、強(qiáng)泵風(fēng)開關(guān)等主控制開關(guān)及前照燈、副前照燈、標(biāo)志燈、儀表燈、司機(jī)室燈、電扇等輔控制開關(guān),以及風(fēng)笛閥、撒沙閥等。乘務(wù)員值乘中既要瞭望信號(hào)、線路、接觸網(wǎng),還要進(jìn)行“運(yùn)器”人機(jī)對(duì)話、車機(jī)聯(lián)控和觀察機(jī)車儀表顯示,在這種情況下再操縱眾多的開關(guān),經(jīng)常是手忙腳亂。

(2)機(jī)車電氣自動(dòng)保護(hù)不足,人工檢查干預(yù)多。目前韶山系列電力機(jī)車控制電路電氣自動(dòng)保護(hù)執(zhí)行控制普遍采用3種形式。①直接開斷主斷路器的重故障、系統(tǒng)性故障電氣保護(hù),包括原邊過流、次邊過流、牽引電機(jī)過載、輔助系統(tǒng)過流、主電路接地、輔電路接地、緊急制動(dòng)、零壓等。②斷開勵(lì)磁接觸器或自動(dòng)開關(guān)的輕故障、局部故障電氣保護(hù),包括勵(lì)磁過流、制動(dòng)過流及輔助回路各機(jī)組、控制電路、照明、取暖設(shè)備的短路過載等。③通過預(yù)備完成或順序控制、故障提示的一般性故障保護(hù),包括通風(fēng)機(jī)風(fēng)速保護(hù)、風(fēng)壓保護(hù)、防空轉(zhuǎn)保護(hù)及控制電路接地保護(hù)等。這些保護(hù)功能正常發(fā)揮作用要求各保護(hù)檢測(cè)、執(zhí)行電氣性能良好、乘務(wù)員無誤操作。并且,乘務(wù)員需要在機(jī)車通過絕緣分相或故障保護(hù)后及時(shí)進(jìn)行走廊巡視;頻繁檢查各自動(dòng)開關(guān)、電器、儀表狀態(tài);故障發(fā)生后及時(shí)進(jìn)行人工干預(yù)處理。

如果因檢測(cè)儀器、控制電氣故障或乘務(wù)員檢查、操縱疏忽極有可能造成機(jī)車保護(hù)失控、故障擴(kuò)大而影響運(yùn)輸生產(chǎn)。特別是當(dāng)前推行單司機(jī)、長交路輪乘制后,乘務(wù)員一次作業(yè)時(shí)間長,單司機(jī)走廊巡視和檢查無法按照原有要求和頻次進(jìn)行,乘務(wù)員因精神狀態(tài)不佳難免發(fā)生漏操作。而SS4型和SS3B型等雙節(jié)重聯(lián)機(jī)車的全面投入運(yùn)用,后節(jié)機(jī)車長時(shí)間無人監(jiān)控條件下的電氣運(yùn)轉(zhuǎn)存在安全隱患,就迫切需要增加自動(dòng)保護(hù)功能。

(3)儀表顯示少,故障診斷、顯示、存儲(chǔ)、指導(dǎo)不足。為及時(shí)掌握機(jī)車運(yùn)行狀態(tài),韶山系列電力機(jī)車司機(jī)室設(shè)有顯示儀表、信號(hào)顯示燈(狀態(tài)指示燈)或智能顯示單元。司機(jī)室儀表、信號(hào)燈布置普通機(jī)車為主、副臺(tái)設(shè)置,標(biāo)準(zhǔn)化司機(jī)室機(jī)車按單司機(jī)值乘設(shè)計(jì)、取消了副臺(tái)。受安裝位置限制和傳統(tǒng)設(shè)計(jì)思想影響,操縱臺(tái)顯示儀表不能顯示變壓器油溫、蓄電池電流、控制電壓及后節(jié)車牽引電機(jī)電壓、電流等。除安裝有智能顯示單元的網(wǎng)絡(luò)機(jī)車外,其他韶山系列機(jī)車均沒有故障診斷、存儲(chǔ)及故障處理指導(dǎo)功能。在單司機(jī)值乘、多機(jī)型機(jī)車混用輪乘的新形勢(shì)下,對(duì)乘務(wù)員及時(shí)掌握機(jī)車各部件運(yùn)行狀態(tài)、迅速正確處理機(jī)車故障極為不利。

2 改進(jìn)建議

為適應(yīng)長交路輪乘制和雙班單司機(jī)值乘需要,減少乘務(wù)員走廊巡視和人工干預(yù)作業(yè),杜絕因乘務(wù)員誤操縱造成的運(yùn)輸、安全隱患。建議對(duì)韶山系列電力機(jī)車進(jìn)行如下改進(jìn):

(1)減少司機(jī)操縱開關(guān),增加自動(dòng)控制功能。通過改進(jìn)控制電路取消劈相機(jī)、壓縮機(jī)、通風(fēng)機(jī)、制動(dòng)風(fēng)機(jī)操縱開關(guān),主控制操作僅設(shè)受電弓、主斷路器斷電、閉合開關(guān)及壓縮機(jī)強(qiáng)泵風(fēng)開關(guān)。將劈相機(jī)扳鍵開關(guān)取消,更換為主斷路器輔助聯(lián)鎖,在主斷路器閉合后劈相機(jī)自動(dòng)啟動(dòng),劈相機(jī)啟動(dòng)完成后向輔機(jī)控制電路供電,自動(dòng)開啟各輔機(jī)的控制。壓縮機(jī)強(qiáng)泵風(fēng)扳鍵開關(guān)改為自復(fù)式,取消壓縮機(jī)扳鍵開關(guān),控制電路上對(duì)壓縮機(jī)扳鍵開關(guān)直接短接。通風(fēng)機(jī)在司機(jī)控制器調(diào)速手柄離開“0”位后自動(dòng)順序啟動(dòng),制動(dòng)風(fēng)機(jī)在司機(jī)控制器調(diào)速手柄離“0”進(jìn)入“制”區(qū)后順序啟動(dòng)。改造電路可將通風(fēng)機(jī)扳鍵開關(guān)直接更換為零位中間繼電器聯(lián)鎖,將制動(dòng)通風(fēng)機(jī)扳鍵開關(guān)更換為零位中間繼電器與牽引制動(dòng)轉(zhuǎn)換中間繼電器聯(lián)鎖串聯(lián)。邏輯控制機(jī)車可直接更改控制邏輯,或做相應(yīng)改造。

為保證制動(dòng)電阻、電機(jī)、變壓器等充分冷卻,可在司機(jī)控制器調(diào)速手柄回“0”位后增加一定延時(shí)(50～100 s),再斷開各通風(fēng)機(jī)接觸器。電路改造需要增設(shè)兩個(gè)時(shí)間繼電器。

(2)增加故障監(jiān)控功能,減少人工檢查干預(yù)。為方便單司機(jī)值乘中及時(shí)掌握機(jī)車各部運(yùn)行狀態(tài),對(duì)乘務(wù)員走廊巡視的主要內(nèi)容及機(jī)車重要質(zhì)量安全隱患增加監(jiān)控裝置。將機(jī)車各狀態(tài)顯示儀表、信號(hào)指示燈盡可能設(shè)置在司機(jī)室,按照關(guān)注重要程度及顯示量變化快慢分別布置在主臺(tái)、副臺(tái)或后墻、側(cè)墻等位置,便于乘務(wù)員及時(shí)查看、定時(shí)查看或需要時(shí)查看。就當(dāng)前機(jī)車狀態(tài)而言,在司機(jī)室可增加各主變壓器油溫表、蓄電池電壓表、輔助風(fēng)缸風(fēng)壓表、各牽引電機(jī)電壓、電流表、軸溫檢測(cè)各軸位各軸承溫度表(固定重聯(lián)機(jī)車包括后節(jié)機(jī)車)等儀表;增加各自動(dòng)開關(guān)跳斷后的狀態(tài)顯示及報(bào)警提示;增加對(duì)各高壓室、機(jī)械間的視頻監(jiān)控顯示或火災(zāi)煙霧報(bào)警。

(3)完善機(jī)車保護(hù)控制,杜絕乘務(wù)員誤操縱。對(duì)機(jī)車故障按照重故障、輕故障和一般性故障進(jìn)行分層次管理。對(duì)可能引起機(jī)車主要電氣部件嚴(yán)重?fù)p壞及電線路燒損的重故障實(shí)行立即斷開主斷路器進(jìn)行保護(hù),對(duì)影響機(jī)車牽引、制動(dòng)電路的輕故障及需要切除機(jī)車動(dòng)力時(shí)可采取斷開線路接觸器進(jìn)行保護(hù),對(duì)不影響機(jī)車短時(shí)運(yùn)用的機(jī)車電氣部件不良的一般性故障實(shí)行報(bào)警提示,由機(jī)車乘務(wù)員迅速恢復(fù)處理。

現(xiàn)有機(jī)車有必要增加對(duì)機(jī)車各節(jié)的蓄電池電壓、總風(fēng)缸風(fēng)壓、變壓器油溫、風(fēng)冷平波電抗器溫度、制動(dòng)電阻溫度、整流柜硅元件溫度等的檢測(cè)、保護(hù),超過設(shè)定門檻值時(shí)采取報(bào)警提示或斷開線路接觸器保護(hù)。將磁場削弱統(tǒng)一由司機(jī)控制器換向手柄改為調(diào)速手柄高級(jí)位控制,但在準(zhǔn)恒速特性控制模式下仍會(huì)發(fā)生低速使用削磁問題,建議在電子柜增加電機(jī)滿電壓狀態(tài)檢測(cè),在電機(jī)滿電壓狀態(tài)下才可進(jìn)行削磁控制。線路接觸器控制存在缺陷,位置轉(zhuǎn)換開關(guān)誤轉(zhuǎn)換或轉(zhuǎn)換不到位時(shí),調(diào)速手柄進(jìn)級(jí)線路接觸器能夠閉合,極易因“剩磁發(fā)電”而造成牽引電機(jī)、位置轉(zhuǎn)換開關(guān)嚴(yán)重?zé)龘p和動(dòng)輪擦傷的機(jī)車部件破損事故。對(duì)線路接觸器的控制有必要增加位置轉(zhuǎn)換中間繼電器聯(lián)鎖(如SS3型4000系),確保兩位置轉(zhuǎn)換開關(guān)轉(zhuǎn)換到位后,線路接觸器才能閉合。

(4)增設(shè)故障存儲(chǔ)診斷功能,方便故障快速處理。網(wǎng)絡(luò)通訊、邏輯控制、微機(jī)控制及智能顯示技術(shù)在機(jī)車上推廣使用,給機(jī)車故障存儲(chǔ)、診斷功能的實(shí)現(xiàn)帶來了可能。新型網(wǎng)絡(luò)機(jī)車的智能顯示單元已具備了基本的故障存儲(chǔ)和診斷功能。機(jī)車運(yùn)行中發(fā)生故障后,智能顯示單元的“故障及操作提示區(qū)”就會(huì)顯示當(dāng)前系統(tǒng)中存在的故障情況及簡單處理方法,對(duì)當(dāng)前混機(jī)型輪乘條件下乘務(wù)員快速判斷、處理機(jī)車故障提供了很好的幫助。進(jìn)入顯示器菜單“故障頁”能夠隨時(shí)查詢機(jī)車已存儲(chǔ)的故障級(jí)別、故障內(nèi)容及發(fā)生時(shí)間,給檢修人員、地勤人員及時(shí)掌握機(jī)車質(zhì)量狀態(tài),進(jìn)行有針對(duì)性的整修提供了方便。但是,由于對(duì)故障發(fā)生時(shí)機(jī)車網(wǎng)絡(luò)、輔助系統(tǒng)各輔助機(jī)組、控制系統(tǒng)各隔離開關(guān)、主電路各主要電器的工作狀態(tài)及故障前后速度、電壓、電流等數(shù)據(jù)信息沒有記錄,無法實(shí)現(xiàn)更深入的故障分析及全面的故障診斷和具體的故障處理指導(dǎo)功能。

對(duì)既有非網(wǎng)絡(luò)機(jī)車有必要增加故障存儲(chǔ)診斷裝置。故障存儲(chǔ)主要記錄故障名稱、發(fā)生時(shí)間、故障時(shí)各開關(guān)、各主要電器工作狀態(tài)及故障前后2 s間速度、電壓、電流等數(shù)據(jù)。故障診斷依據(jù)現(xiàn)行的應(yīng)急故障處理辦法,結(jié)合故障發(fā)生時(shí)機(jī)車工作狀態(tài)等進(jìn)行智能化判斷,給乘務(wù)員提供操作指導(dǎo)。這既有利于輪乘制乘務(wù)員快速、正確處理機(jī)車故障,同時(shí),也能夠給跨鐵路局、跨機(jī)務(wù)段輪乘條件下機(jī)車質(zhì)量事故的分析定責(zé)提供有力幫助。

[1] 張友松,朱龍駒.韶山4型電力機(jī)車[M].北京:中國鐵道出版社,1998.

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[3] 黃振文.6K型電力機(jī)車[M].北京:中國鐵道出版社,1992.

[4] 株洲電力機(jī)車廠軌道電力牽引技術(shù)中心.SS3B型電力機(jī)車檢修手冊(cè)[Z].株洲電力機(jī)車廠,2004.