山區(qū)電氣化鐵路列尾裝置的應(yīng)用

【摘要】本文分析了山區(qū)電氣化鐵路400M列尾信道盲區(qū)產(chǎn)生的原因及解決措施，通過(guò)試驗(yàn)、上線運(yùn)用，總結(jié)了雙信道（400MHz+400KHz）列尾裝置，利用高頻通信和感應(yīng)通信互補(bǔ)方式，克服了山區(qū)電氣化鐵路高頻弱電場(chǎng)造成列尾信道“盲區(qū)”現(xiàn)象，保證了機(jī)車(chē)與尾部主機(jī)之間的可靠通信。

【關(guān)鍵詞】列尾裝置盲區(qū)措施雙信道

一、列尾裝置及作用

1.1何為列尾裝置

列尾裝置是列車(chē)尾部安全防護(hù)裝置的簡(jiǎn)稱(chēng)。列尾裝置是用于貨物列車(chē)取消守車(chē)后，綜合應(yīng)用計(jì)算機(jī)編碼、無(wú)線遙控、語(yǔ)音合成、計(jì)算機(jī)處理技術(shù)，為保證列車(chē)運(yùn)行安全而設(shè)計(jì)的安全防護(hù)設(shè)備，也是重要的鐵路行車(chē)設(shè)備。

1.2列尾裝置的作用

使用列尾裝置，機(jī)車(chē)乘務(wù)員操作列尾司機(jī)控制盒能夠及時(shí)準(zhǔn)確地掌握列車(chē)尾部風(fēng)壓；當(dāng)列車(chē)尾部風(fēng)管因非正常泄露低于規(guī)定限值時(shí)，該設(shè)備可以自動(dòng)報(bào)警；當(dāng)車(chē)輛折角塞門(mén)被意外關(guān)閉時(shí)，機(jī)車(chē)乘務(wù)員可操縱列尾司機(jī)控制盒進(jìn)行尾部排風(fēng)輔助制動(dòng)，以防止列車(chē)“放”事故；該設(shè)備還可兼作列車(chē)晝夜尾部標(biāo)志的功能。

1.3列尾裝置是保證列車(chē)運(yùn)行安全的重要行車(chē)設(shè)備

2011年3月22日，點(diǎn)岱溝車(chē)站關(guān)閉折角塞門(mén)向區(qū)間發(fā)出列車(chē)的鐵路交通事故中，列尾裝置發(fā)揮了設(shè)備保安作用，避免了更大事故的發(fā)生。（注：2011年3月22日， D162次列車(chē)由點(diǎn)岱溝車(chē)站7道開(kāi)車(chē)運(yùn)行至點(diǎn)岱溝車(chē)站至龍王渠車(chē)站間DZK6+885處時(shí)，司機(jī)進(jìn)行試閘，發(fā)現(xiàn)不制動(dòng)，列車(chē)速度不降反升。列車(chē)速度達(dá)到39Km/h時(shí)，司機(jī)使用列尾裝置排風(fēng)進(jìn)行制動(dòng)，14時(shí)05分，列車(chē)停于DZK6+007處。）

二、大準(zhǔn)鐵路的線路狀況

大準(zhǔn)鐵路是國(guó)家“八五”計(jì)劃重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目———準(zhǔn)格爾項(xiàng)目三大主體工程之一，是神華鐵路運(yùn)輸網(wǎng)的重要組成部分，是鄂爾多斯東部地區(qū)煤炭外運(yùn)的主干線。大準(zhǔn)線東起山西大同市燕莊站，西至內(nèi)蒙古鄂爾多斯準(zhǔn)格爾旗薛家灣鎮(zhèn)點(diǎn)岱溝站，全長(zhǎng)264.467公里。全線處于內(nèi)蒙古高原與黃土高原交界地帶，地形地貌復(fù)雜，有長(zhǎng)大隧道26處，大型橋梁35座，自西向東重載列車(chē)開(kāi)行方向有坡度為13‰的長(zhǎng)大上坡道，最小曲線半徑為400米，具有山區(qū)電氣化鐵路的明顯特點(diǎn)，無(wú)線通信弱場(chǎng)區(qū)占線路總長(zhǎng)的40%左右。

三、山區(qū)電氣化鐵路400M列尾信道傳輸盲區(qū)產(chǎn)生的原因

四、解決弱場(chǎng)問(wèn)題的主要措施

列尾信息傳輸?shù)闹饕蝿?wù)是完成列車(chē)首尾間的數(shù)據(jù)通信，對(duì)于平原開(kāi)闊地段基本上能滿足通信，但在山區(qū)復(fù)雜線路就存在較多盲區(qū)，可通率明顯降低，國(guó)內(nèi)目前解決列尾裝置弱場(chǎng)問(wèn)題大多采了以下幾種方式：（1）地面中繼方式。通過(guò)無(wú)線列調(diào)漏纜、區(qū)間中繼器、互控臺(tái)等進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。此方式雖不增加列尾設(shè)備投資，但列尾首尾間的通信依賴(lài)大量無(wú)線列調(diào)地面中繼設(shè)備，與無(wú)線列調(diào)同頻工作，相互干擾較大，使用效果并不理想。區(qū)間機(jī)車(chē)聯(lián)控好時(shí)，列尾卻未必暢通，時(shí)常出現(xiàn)途中通不上，按故障要令，但入段后檢測(cè)是列尾指標(biāo)都正常。所以列尾通信質(zhì)量好壞，有一半取決與小三角通信的質(zhì)量。（2）中繼列尾方式。如現(xiàn)大秦線和南昆線，在列車(chē)中間部位加裝列尾裝置中繼器，列尾中繼方式是根據(jù)線路狀況和列車(chē)長(zhǎng)短，出發(fā)前，在列尾中部增掛中繼列尾設(shè)備。此種方式無(wú)論是采用450MHz或800MHz頻段，對(duì)山區(qū)線路列尾通信質(zhì)量的改善，不同的線路效果不一樣，不同的車(chē)列效果不一樣，尾部信息的返回率約80%～90%。配置時(shí)需增加約一倍的作業(yè)人員，摘掛作業(yè)很不方便。（3）雙信道（400MHz+400KHz）方式。如寶成線的寶廣段、襄渝線、成昆線中段、神朔線等。

五、雙信道列尾裝置保證了大準(zhǔn)線山區(qū)電氣化鐵路機(jī)車(chē)與尾部之間的信息傳遞的可靠通信

5.1信息傳遞的可靠性

利用高頻通信和感應(yīng)通信互補(bǔ)方式，克服了山區(qū)電氣化鐵路高頻弱電場(chǎng)造成列尾信道“盲區(qū)”現(xiàn)象，保證了貨物列車(chē)的安全運(yùn)行。通過(guò)雙信道、雙收雙發(fā)、雙向數(shù)傳方式實(shí)現(xiàn)了機(jī)車(chē)與尾部通信。

400KHz信道將感應(yīng)信號(hào)通過(guò)接觸網(wǎng)導(dǎo)線傳送到目的地（尾部主機(jī)），信號(hào)傳遞不受山區(qū)、隧道的影響，只要有接觸網(wǎng)的地方就有可能接收到信息，一般傳輸距離在3至7公里，中間不需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行中繼放大的優(yōu)點(diǎn)來(lái)填補(bǔ)400M易受山區(qū)、隧道等地理環(huán)境等影響傳輸距離的缺點(diǎn)，利用400M電臺(tái)是視距傳播輻射，平原地區(qū)傳輸效果好、抗干擾能力強(qiáng)、電路集成度高設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)，來(lái)彌補(bǔ)400K在大站場(chǎng)內(nèi)接觸網(wǎng)分流使信號(hào)減弱、易受到其它用電器的電磁干擾的缺點(diǎn)，形成優(yōu)缺互補(bǔ)格局，實(shí)現(xiàn)了機(jī)車(chē)與尾部主機(jī)之間的可靠通信。

5.2雙信道列尾裝置主要功能

（1）采用了“雙向數(shù)傳”技術(shù)。即機(jī)車(chē)與列尾主機(jī)之間的雙方向通信全部使用數(shù)字編碼，從而縮短了占用列車(chē)無(wú)線調(diào)度通信設(shè)備信道的時(shí)間，減少了列尾裝置與列車(chē)無(wú)線調(diào)度通信設(shè)備之間的相互影響。（2）列尾主機(jī)和司機(jī)控制盒配合具有列尾作業(yè)“黑匣子”數(shù)據(jù)記錄功能，在配套設(shè)備的支持下，可再現(xiàn)列尾作業(yè)全過(guò)程；（3）列尾主機(jī)傳感器故障告警；（4）列尾主機(jī)“零風(fēng)壓”報(bào)警，用于提示列車(chē)分離（車(chē)鉤脫、斷）等原因引起的列車(chē)制動(dòng)驟然斷開(kāi)的不安全狀況；（5）列尾主機(jī)抗震動(dòng)瞬間斷電保護(hù)，在電池瞬間斷開(kāi)時(shí)不消除“一對(duì)一”關(guān)系；（6）列尾主機(jī)運(yùn)行中電池欠壓報(bào)警；（7）司機(jī)控制盒數(shù)碼顯示機(jī)車(chē)號(hào)、風(fēng)壓、電池容量、設(shè)備狀態(tài)；（8）實(shí)現(xiàn)雙信道的雙收雙發(fā)功能，解決了某一信道故障后，另一信道仍能保證列尾裝置正常工作。（9）數(shù)傳+語(yǔ)音調(diào)制方式，以數(shù)字顯示和語(yǔ)音提示互補(bǔ)方式反饋列尾信息，彌補(bǔ)了因信噪比不足影響誤碼問(wèn)題，使列尾信息能及時(shí)反饋給司機(jī)。

5.3雙信道列尾裝置組成

由固定在機(jī)車(chē)司機(jī)控制室的司機(jī)控制盒和安裝在列車(chē)尾部的列尾主機(jī)及其附屬設(shè)備組成。

5.4雙信道列尾裝置主機(jī)結(jié)構(gòu)

雙信道列尾主機(jī)由主控板、閃光板、電磁閥、傳感器、400M電臺(tái)、400MU型天線、400K感應(yīng)電臺(tái)、400K環(huán)形天線、風(fēng)管及接頭、7.2V/10Ah的專(zhuān)用數(shù)字鋰電池組、底座等構(gòu)成，各部分之間是通過(guò)機(jī)殼、支架、電源接觸板以及排線等方式進(jìn)行機(jī)械與電氣上的連接，主控板是主機(jī)的核心分。

5.6雙信道（450M+400K）列尾裝置試驗(yàn)

隨著大秦線萬(wàn)噸列車(chē)的開(kāi)行，大準(zhǔn)鐵路及時(shí)進(jìn)行了萬(wàn)噸站擴(kuò)能改造，線橋隧改造加固，牽引變電所增容改造，機(jī)車(chē)同步牽引實(shí)驗(yàn)等一系列工作，列尾信息傳遞（可通率）能否滿足要求是試驗(yàn)的一項(xiàng)重要內(nèi)容。

5.6.1靜態(tài)試驗(yàn)

2006年2月10日在點(diǎn)岱溝車(chē)站進(jìn)行，在前后距離1550米，列尾主機(jī)在列車(chē)尾鉤正常連掛，重聯(lián)機(jī)車(chē)均升弓，劈相器和鼓風(fēng)機(jī)均打開(kāi)，本務(wù)端操作司機(jī)控制盒查詢(xún)尾部風(fēng)壓，記錄尾部風(fēng)壓返回情況，通過(guò)20次尾部風(fēng)壓查詢(xún)，返回19次數(shù)字信號(hào)和1次模擬語(yǔ)音信號(hào)，信號(hào)傳輸可通率95%。

5.6.2動(dòng)態(tài)試驗(yàn)

2006年3月25日、26日，3月29、30日和4月26日、29日，先后進(jìn)行了萬(wàn)噸列車(chē)的牽引試驗(yàn)。按每分鐘查詢(xún)一次，進(jìn)出站各一次，隧道和彎道等重點(diǎn)區(qū)段多試的原則進(jìn)行列尾動(dòng)態(tài)試驗(yàn)。首次試驗(yàn)效果并不理想，隧道和彎道近30%不通；在燕莊站發(fā)車(chē)時(shí)，400K返回語(yǔ)音斷續(xù)；400M因與國(guó)鐵無(wú)線列調(diào)同頻受干擾較大造成解碼低。返回后，對(duì)機(jī)車(chē)電臺(tái)、列尾電臺(tái)與控制板接口指標(biāo)重新進(jìn)行了測(cè)試調(diào)整，如調(diào)制頻偏和SP接收等。解決上述問(wèn)題后，在第二次試驗(yàn)中，上行共查391次，返回387次，可通率達(dá)99%（其中有5次雖然沒(méi)解碼，但模擬語(yǔ)音清晰）；下行單400KHz信道，除在北黃土溝站過(guò)分相處（后查屬高頻過(guò)相裝置故障）、黃河大橋、燕莊車(chē)站（兩側(cè)股道有列車(chē)通過(guò)時(shí)）共有三次例外，其它每次查詢(xún)都能及時(shí)返回信息并解碼，可通率也達(dá)99%，雙信道可通率也超過(guò)99%，僅2次語(yǔ)音斷續(xù)未聽(tīng)清。5月18日、20、23、27日，有進(jìn)行了四次添乘試驗(yàn)，進(jìn)一步檢驗(yàn)信息傳輸?shù)目赏屎驮O(shè)備的穩(wěn)定性，除2次中途出現(xiàn)電池欠壓報(bào)警（在前方站更換電池后恢復(fù)正常）外，其它區(qū)段均暢通。

5.7雙信道列尾裝置故障排查內(nèi)容

日常工作中要加強(qiáng)列尾裝置隱患排查力度，確保設(shè)備安全、可靠運(yùn)行。排查內(nèi)容如下：（1）列尾主機(jī)電池電壓及容量是否在標(biāo)準(zhǔn)范圍值內(nèi)，與主機(jī)接觸是否良好。（2）列尾主機(jī)天線發(fā)射（接收）場(chǎng)強(qiáng)是否良好，各部件連接是否緊固，外觀狀態(tài)有無(wú)損壞、異?，F(xiàn)象。（3）列尾主機(jī)輸入機(jī)車(chē)號(hào)是否正確，是否有兩臺(tái)以上列尾主機(jī)輸入了同一機(jī)車(chē)號(hào)碼。（4）列車(chē)更換本務(wù)機(jī)車(chē)后，列尾主機(jī)原有的機(jī)車(chē)號(hào)碼是否消號(hào)成功。（5）列尾主機(jī)號(hào)碼是被本列本務(wù)機(jī)車(chē)確認(rèn)，還是被非本務(wù)機(jī)車(chē)搶走。（6）列尾司機(jī)控制盒確認(rèn)主機(jī)是否正確。（7）無(wú)線列調(diào)電臺(tái)和列尾確認(rèn)儀是否存在常發(fā)射與同頻干擾問(wèn)題。（8）換掛、重聯(lián)機(jī)車(chē)司機(jī)消號(hào)、確認(rèn)時(shí)機(jī)、風(fēng)壓及按鍵間隔時(shí)間操作是否標(biāo)準(zhǔn)。（9）列尾機(jī)車(chē)設(shè)備的號(hào)碼與機(jī)車(chē)本身的號(hào)碼是否一致。（10）是否有多臺(tái)機(jī)車(chē)在同一站場(chǎng)同時(shí)進(jìn)行消號(hào)、確認(rèn)操作。（11）故障發(fā)生地區(qū)場(chǎng)強(qiáng)環(huán)境是否滿足列尾信號(hào)傳輸條件。（12）周邊地區(qū)是否存在較強(qiáng)或不定時(shí)的信號(hào)干擾源。（13）列尾主機(jī)在檢測(cè)臺(tái)上檢測(cè)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)是否正常，檢測(cè)結(jié)論是否合格。（14）查看列尾主機(jī)“黑匣子”運(yùn)行數(shù)據(jù)。（15）查看列尾司機(jī)控制盒“黑匣子”運(yùn)行數(shù)據(jù)。

5.8雙信道列尾裝置運(yùn)行結(jié)論

從2006年至今，經(jīng)過(guò)多年時(shí)間上線運(yùn)用證明，雙信道列尾裝置采用400MHz+ 400KHz雙重場(chǎng)強(qiáng)覆蓋，雙信道互補(bǔ)，場(chǎng)強(qiáng)覆蓋率達(dá)到95%以上，解決了山區(qū)電氣化區(qū)段弱場(chǎng)區(qū)的通信問(wèn)題，在不增加設(shè)備、不改變列尾作業(yè)程序和作業(yè)量的情況下，充分發(fā)揮了列尾裝置在山區(qū)電氣鐵路的保安作用。

六、開(kāi)行2萬(wàn)噸列車(chē)列尾裝置展望

做為連接巴準(zhǔn)、準(zhǔn)池線的大準(zhǔn)鐵路，要更好地發(fā)揮樞紐通道的作用，適應(yīng)前方通道（朔黃鐵路）對(duì)貨物運(yùn)輸能力的需求，僅僅依靠開(kāi)行萬(wàn)噸列車(chē)，是不可能完成的。

目前大準(zhǔn)鐵路采用重聯(lián)線方式傳輸解決機(jī)車(chē)同步操縱問(wèn)題，此技術(shù)僅適合于單元萬(wàn)噸列車(chē)開(kāi)行。若開(kāi)行兩萬(wàn)噸列車(chē)，必須解決機(jī)車(chē)無(wú)線同步操縱技術(shù)。我國(guó)曾采用傳統(tǒng)機(jī)車(chē)車(chē)輛制動(dòng)機(jī)成功開(kāi)行過(guò)萬(wàn)噸列車(chē)和2萬(wàn)t列車(chē)。大秦線開(kāi)行的2萬(wàn)t貨物列車(chē)，在車(chē)輛采用120型空氣制動(dòng)機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上，機(jī)車(chē)采用了美國(guó)GE公司的空氣制動(dòng)同步操作Locotrol技術(shù)。

現(xiàn)大秦線正在使用的是北京中鐵公司研發(fā)的一種可控列尾裝置，其基本功能是：當(dāng)司機(jī)操縱列車(chē)空氣制動(dòng)裝置對(duì)列車(chē)進(jìn)行制動(dòng)減速時(shí)，可控列尾裝置根據(jù)來(lái)自LKJ的列車(chē)管減壓量信息，由列尾控制盒生成控制指令，通過(guò)GSM-R網(wǎng)絡(luò)及LOCOTROL地面應(yīng)用節(jié)點(diǎn)（AN）、控制列尾主機(jī)在列車(chē)尾部對(duì)列車(chē)管同步減壓。當(dāng)減壓量達(dá)到給定值時(shí)，停止減壓。

隨著新技術(shù)的采用與科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，將來(lái)的列尾裝置將是向著體積小、重量輕、操作簡(jiǎn)便、功能更齊全、穩(wěn)定性和可靠性高等方向發(fā)展，為重載2萬(wàn)噸列車(chē)的正常開(kāi)行提供更有效、更安全保證，發(fā)揮著更重要的做用。

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