電力機(jī)車運(yùn)用和節(jié)能增效的研究

摘 要：重載和高速一直是鐵路運(yùn)輸?shù)闹黧w。電力機(jī)車牽引重載列車在鐵路運(yùn)輸中的比重越來(lái)越大。2016年3月25日，大準(zhǔn)鐵路公司首開萬(wàn)噸列車，拉開了大準(zhǔn)線電力機(jī)車牽引重載列車運(yùn)輸?shù)尼∧?。電力機(jī)車較內(nèi)燃機(jī)車運(yùn)力大，運(yùn)費(fèi)低，電耗是生產(chǎn)成本主要消耗指標(biāo)之一，近幾年，電耗居高不下，成為公司研究的核心課題之一。無(wú)論是電力機(jī)車的理論研究，還是模擬操控都給節(jié)能工作帶來(lái)深深的啟發(fā)。根據(jù)實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，本文立足于一線工作從機(jī)車操作技能、控制設(shè)備投入、組織管理以及行車組織四個(gè)方面對(duì)機(jī)車節(jié)能增效進(jìn)行了深刻分析。

關(guān)鍵詞：電力機(jī)車；技能增效；操作技能；行車組織；優(yōu)化管理

電力機(jī)車的出現(xiàn)實(shí)現(xiàn)了“以電代油”的鐵路運(yùn)輸要求，減少了包括CO2氣體在內(nèi)多種有害氣體的排放，是鐵路運(yùn)輸行業(yè)的一大進(jìn)步。但是，大準(zhǔn)鐵路公司電力機(jī)車的電耗處于88度/萬(wàn)噸公里左右，對(duì)電能需求量較大，使其成本一直居高不下。從物理學(xué)分析，電力機(jī)車的牽引力需要克服摩擦阻力，制動(dòng)力需要克服列車運(yùn)動(dòng)慣性，根據(jù)線路縱斷面及行車組織要求，機(jī)車操作會(huì)影響電能的充分使用；從運(yùn)輸效率看，電力機(jī)車的單機(jī)（不牽引車輛）運(yùn)行次數(shù)和行車管理也會(huì)影響電能的有效比例。從內(nèi)部電耗分析，電力機(jī)車的自耗和管理會(huì)對(duì)其產(chǎn)生較大影響。因此，需要從優(yōu)化機(jī)車操作、控制設(shè)備投入、加強(qiáng)管理和優(yōu)化行車組織方面設(shè)法節(jié)約電能。

一、優(yōu)化機(jī)車操作技能

電力機(jī)車的操作技能是否規(guī)范對(duì)電力機(jī)車的電耗有著一定的影響。在停車地段，不能做到一次停車到位，停車再帶，就會(huì)使電能轉(zhuǎn)化的牽引力與制動(dòng)力相抵消，這部分電能被無(wú)用消耗；在臨時(shí)慢行地段，過(guò)早降低列車速度，或列車速度降幅過(guò)大，致使造成電能被無(wú)用消耗；在正常行駛路段，應(yīng)參照列車操作示意圖進(jìn)行機(jī)車操縱，否則不能及時(shí)調(diào)整車速，無(wú)法滿足各個(gè)列車的運(yùn)行要求。因此，電力機(jī)車的運(yùn)行和節(jié)能需要建立在優(yōu)化機(jī)車操作技能的基礎(chǔ)上，需要降低牽引力與制動(dòng)力相互抵消的無(wú)用功。

（一）一次停車到位

停車到位是機(jī)車操作基本技能之一，也是減少耗能，優(yōu)化機(jī)車操作不可忽視的重要部分。根據(jù)現(xiàn)有的機(jī)車操作規(guī)則和技術(shù)要求，停車到位需要做到“站外調(diào)速——設(shè)定停車位置——選定制動(dòng)時(shí)機(jī)”三個(gè)步驟。首先，根據(jù)線路縱斷面，預(yù)判列車停車制動(dòng)調(diào)速地段，在進(jìn)站前將列車運(yùn)行速度調(diào)整到理想速度。然后，根據(jù)列車長(zhǎng)度和停車站線長(zhǎng)度，在保證全列車能夠停在站線內(nèi)的情況下，計(jì)算出機(jī)車距出站信號(hào)機(jī)最大保持距離作為停車位置。最后，根據(jù)機(jī)車減壓量和本次列車制動(dòng)性能，判斷列車制動(dòng)走行距離，按照設(shè)定停車位置選定制動(dòng)時(shí)機(jī)，本著初減壓調(diào)整列車速度，少追加確定停車位置，做到一次停車到位。總之，整個(gè)過(guò)程都應(yīng)提前做好預(yù)設(shè)，避免因強(qiáng)制制動(dòng)而引發(fā)列車沖動(dòng)，節(jié)約因一停再帶而消耗的電能。

（二）安全高效通過(guò)慢行地段

根據(jù)線路狀況和施工要求，為了確保列車運(yùn)行安全，須減速通過(guò)的地段，該地段稱為慢行地段。由于慢行地段多為臨時(shí)確定，提前沒(méi)有制定具體的列車操縱辦法，列車通過(guò)慢行地段運(yùn)行狀態(tài)各異，出于安全考慮，不是過(guò)早減速，就是速度降幅太大，致使列車動(dòng)能得不到合理利用，電能白白消耗。針對(duì)這一問(wèn)題，組織機(jī)務(wù)段運(yùn)用工程師及指導(dǎo)司機(jī)，就慢行地段列車運(yùn)行操縱辦法進(jìn)行研討，要求全體機(jī)車乘務(wù)員必須熟悉路況，對(duì)線路縱斷面、曲線等關(guān)鍵地段做到心中有數(shù)。指導(dǎo)司機(jī)根據(jù)慢行地段路況和限速要求，制定臨時(shí)行車指導(dǎo)辦法，在乘務(wù)員出勤時(shí)，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)交流指導(dǎo)，必要時(shí)安排指導(dǎo)司機(jī)添乘第一列列車通過(guò)慢行地段，將現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)及時(shí)反饋至機(jī)務(wù)段行車調(diào)度室，制定的臨時(shí)行車指導(dǎo)辦法盡可能貼近實(shí)際運(yùn)行操作，安全實(shí)用?？傊?，要根據(jù)不同情況下的慢行地段制定合理的機(jī)車操作辦法，安全高效通過(guò)慢行地段。

（三）仿《列車操縱示意圖》操縱列車

《列車操縱示意圖》是鐵道行車部門重要的行車技術(shù)資料。在這份資料中，對(duì)列車速度曲線、運(yùn)行時(shí)分曲線、空氣制動(dòng)減壓和緩解地點(diǎn)以及動(dòng)力制動(dòng)使用和退回地點(diǎn)等內(nèi)容進(jìn)行了詳細(xì)介紹。在編寫《列車操作示意圖》時(shí)，本著安全平穩(wěn)、高效運(yùn)行的原則進(jìn)行，同時(shí)，兼顧節(jié)能增效，充分利用動(dòng)能闖坡的線路條件，通過(guò)列車實(shí)際運(yùn)行確定在變坡點(diǎn)的理想速度，指導(dǎo)在坡前、坡后的操縱方法，根據(jù)線路縱斷面和長(zhǎng)度，盡可能做到在不影響運(yùn)輸效率和安全的前提下，優(yōu)先考慮列車惰性通過(guò)起伏坡道，必需采取制動(dòng)時(shí)，要掌握好列車緩解時(shí)機(jī)（解除動(dòng)力制動(dòng)時(shí)機(jī)），發(fā)揮地形優(yōu)勢(shì)，確保動(dòng)能闖坡后列車速度接近限速值。在機(jī)車上安裝一套列車平穩(wěn)操縱系統(tǒng)，將列車操縱示意圖導(dǎo)入系統(tǒng)，乘務(wù)員在駕駛機(jī)車時(shí)，仿照系統(tǒng)給定運(yùn)行曲線及相關(guān)提示進(jìn)行操縱，使乘務(wù)員操作機(jī)車技能提升至同等水平，減少了因操縱原因?qū)е碌倪\(yùn)時(shí)延長(zhǎng)、電能浪費(fèi)、安全隱患。

二、控制設(shè)備投入運(yùn)用

電力機(jī)車除了可以提供牽引力，還可以通過(guò)再生饋電技術(shù)和直供電系統(tǒng)將部分能量轉(zhuǎn)移到降溫、降噪、供電方面。通過(guò)數(shù)據(jù)比對(duì)發(fā)現(xiàn)，電力機(jī)車轉(zhuǎn)化能源利用率遠(yuǎn)超柴油以及其他化學(xué)能。隨著自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展，控制設(shè)備成為行業(yè)發(fā)展中的熱門，很多控制設(shè)備投入運(yùn)用到電力機(jī)車中，通過(guò)溫度、光度以及GPS定位傳感器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的技術(shù)越來(lái)越成熟。為了進(jìn)一步減少電力機(jī)車自耗，本節(jié)從自動(dòng)控制機(jī)車頭燈、自動(dòng)控制變壓器風(fēng)機(jī)、選擇牽引設(shè)備投入三個(gè)方面進(jìn)行節(jié)能增效分析。

（一）自動(dòng)頭燈

列車在實(shí)際運(yùn)行中進(jìn)出隧道需要開閉頭燈，人為控制開關(guān)有時(shí)會(huì)忘記。進(jìn)入隧道不能及時(shí)開啟頭燈，由于光線不好，瞭望距離短，埋下行車隱患；駛出隧道忘記關(guān)閉頭燈，造成電能浪費(fèi)（頭燈功率為800W）。為了行車安全和節(jié)省電能，設(shè)計(jì)使用自動(dòng)頭燈，自動(dòng)頭燈也叫自動(dòng)感應(yīng)式自動(dòng)大燈，相當(dāng)于為大燈安裝了感光控制系統(tǒng)，中央智能控制盒根據(jù)光線傳感器來(lái)判斷光線亮度變化，從而控制自動(dòng)點(diǎn)亮或熄滅頭燈。

（二）自動(dòng)控制變壓器冷卻風(fēng)機(jī)

電力機(jī)車電器工作會(huì)隨著機(jī)車操作級(jí)位和電流不同引起變壓器溫度變化。為了防止變壓器溫度太高（不超過(guò)80℃），燒損部件或引發(fā)火災(zāi)，須對(duì)變壓器進(jìn)行冷卻，目前，變壓器冷卻方式采用強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷，風(fēng)機(jī)對(duì)油散熱器進(jìn)行冷卻。SS4機(jī)車最初出廠時(shí)設(shè)計(jì)為變壓器風(fēng)機(jī)在手柄級(jí)位超過(guò)1.5級(jí)自動(dòng)啟動(dòng)，不考慮變壓器溫度受環(huán)境溫度變化的影響。冬季變壓器溫度一般在30℃以下，不需要風(fēng)機(jī)啟動(dòng)進(jìn)行冷卻油散熱器，由于起初設(shè)計(jì)原因，變壓器風(fēng)機(jī)依舊啟動(dòng)，造成風(fēng)機(jī)使用壽命縮短，電能浪費(fèi)。經(jīng)過(guò)研究論證，對(duì)變壓器冷卻風(fēng)機(jī)自動(dòng)控制電路進(jìn)行了技術(shù)改造，在電路中增加了溫控開關(guān)，控制風(fēng)機(jī)在變壓器油溫達(dá)到60℃開啟，低于55℃關(guān)停。風(fēng)機(jī)額定功率15KW，通過(guò)技術(shù)改造，變壓器風(fēng)機(jī)的耗能會(huì)有效地減少。endprint

（三）選擇牽引設(shè)備投入

目前，大準(zhǔn)鐵路公司開行萬(wàn)噸列車牽引方式：上行重車為雙SS4重聯(lián)（2+0）和單SH8牽引；下行空車為單SS4、雙SS4和單SH8。抽查2017年5月份大準(zhǔn)鐵路公司機(jī)車用電統(tǒng)計(jì)：大準(zhǔn)線交路運(yùn)行的SS4G耗電83.5度/萬(wàn)噸公里，SS4B耗電88.6度/萬(wàn)噸公里，SH8耗電85.6度/萬(wàn)噸公里，發(fā)現(xiàn)SS4G、SH8較SS4B機(jī)車省電。通過(guò)機(jī)車實(shí)際運(yùn)用發(fā)現(xiàn)萬(wàn)噸空車由單SS4牽引比雙SS4牽引省電。根據(jù)統(tǒng)計(jì)和實(shí)際運(yùn)用結(jié)論，采取具體措施減少電能消耗，一是根據(jù)SS4G和SS4B機(jī)車構(gòu)造，切除SS4B機(jī)車一臺(tái)劈相機(jī)投入運(yùn)用。二是雙SS4機(jī)車重聯(lián)牽引空車時(shí)，切除補(bǔ)機(jī)牽引動(dòng)力和輔機(jī)，僅為司機(jī)室提供制熱、制冷功能。三是根據(jù)機(jī)車發(fā)展和運(yùn)用趨勢(shì)，逐漸由SH8機(jī)車取代SS4機(jī)車。

三、優(yōu)化行車組織

行車組織是機(jī)車運(yùn)用管理的重點(diǎn)和難點(diǎn)，也是節(jié)能增效的另一個(gè)突破口。行車組織難點(diǎn)在于變化快，壓力大。一方面鐵路線路基礎(chǔ)數(shù)據(jù)在不斷改變，列車數(shù)量、支干線路不斷增加，行車調(diào)度存在著調(diào)度不合理情況；另一方面鐵路運(yùn)輸壓力有增無(wú)減，選擇火車出行的人數(shù)還在增加，尤其在重大節(jié)日期間。再加上其他多種外界原因，電力機(jī)車在運(yùn)行過(guò)程中停頓時(shí)間、次數(shù)增加，運(yùn)輸效率降低，往往達(dá)不到較為理想的行車效果。本節(jié)就行車組織對(duì)能耗的影響，從減少單機(jī)運(yùn)行次數(shù)和優(yōu)先空車等會(huì)重車兩方面進(jìn)行分析，

（一）減少單機(jī)運(yùn)行次數(shù)

根據(jù)大準(zhǔn)鐵路公司現(xiàn)在的機(jī)車交路及機(jī)車運(yùn)轉(zhuǎn)制，有計(jì)劃、合理的運(yùn)用機(jī)車，減少單機(jī)開行次數(shù)，降低無(wú)用功能耗。大準(zhǔn)鐵路公司點(diǎn)岱溝機(jī)務(wù)段作為本段，具備機(jī)車檢修能力，并集中指揮運(yùn)用機(jī)車，南坪、周家灣具備機(jī)車整備能力，遇機(jī)車疑難故障、定期檢修需要單機(jī)運(yùn)行回點(diǎn)岱溝機(jī)務(wù)段。提高行修工日常維修機(jī)車技能，減少因處理機(jī)車臨時(shí)故障而開行單機(jī)，提前根據(jù)車流及去向，安排好牽引機(jī)車，提高機(jī)車計(jì)劃兌現(xiàn)率，減少因計(jì)劃不準(zhǔn)、變更而增開單機(jī)。從節(jié)能的角度看，單機(jī)運(yùn)行次數(shù)減少，距離縮短，可以有效減少無(wú)用功能源消耗。因此，需要結(jié)合大準(zhǔn)鐵路公司實(shí)際運(yùn)輸情況，對(duì)單機(jī)運(yùn)行情況進(jìn)行優(yōu)化。

（二）合理安排等會(huì)列車

機(jī)車從停車到啟動(dòng)消耗的能量比勻速通過(guò)相同路段消耗的能量大得多。為了優(yōu)化整個(gè)線路的節(jié)能效果，需要通過(guò)行車組織調(diào)節(jié)列車等會(huì)情況。重車承載著遠(yuǎn)超空車的重量，停車、啟動(dòng)都需要消耗大量能量，上坡道車站遠(yuǎn)超平道或下坡道車站的起動(dòng)列車消耗的能量。因此，需要通過(guò)行車組織制定列車等會(huì)策略。首先，盡最大可能調(diào)節(jié)空車與重車的運(yùn)行時(shí)分，減少在單線的等會(huì)機(jī)率；然后，遇單線等會(huì)列車時(shí)，通過(guò)調(diào)整運(yùn)行時(shí)分，盡量安排空車等會(huì)重車；最后，根據(jù)線路縱斷面合理安排列車等會(huì)車站，減少在上坡道車站等會(huì)列車機(jī)率。通過(guò)行車組織優(yōu)化，合理安排等會(huì)列車，可以減少無(wú)功能耗。

四、加強(qiáng)節(jié)能教育、管理與考核

節(jié)能教育、管理與考核是實(shí)現(xiàn)節(jié)能的必要手段。電力機(jī)車的運(yùn)用和節(jié)能增效都需要落實(shí)在機(jī)車運(yùn)行的各個(gè)細(xì)節(jié)中。做好細(xì)節(jié)節(jié)能工作，才能夠?qū)崿F(xiàn)電力機(jī)車的節(jié)能目標(biāo)。無(wú)論是在列車運(yùn)行的不同階段，還是控制設(shè)備的改造，都需要工作人員的參與，都需要列車所有員工的支持。因此，在開展節(jié)能增效研究中，需要對(duì)工作人員的節(jié)能意識(shí)、行為進(jìn)行培訓(xùn)和再教育，以便切實(shí)落實(shí)好各項(xiàng)節(jié)能理念和技術(shù)。本節(jié)從以上幾個(gè)方面進(jìn)行了深入分析。

（一）進(jìn)行宣傳教育節(jié)電的意義

宣傳教育節(jié)電看起來(lái)是一件容易的事，卻難以落實(shí)到工作實(shí)處。一方面?zhèn)鹘y(tǒng)的宣傳教育方式?jīng)]有吸引力，缺乏教育力度；另一方面機(jī)車運(yùn)行中的差別比較大，沒(méi)有進(jìn)行統(tǒng)一要求的標(biāo)準(zhǔn)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)有效監(jiān)管。因此，為了進(jìn)行宣傳教育節(jié)電的意義，需要做好以下幾點(diǎn)工作。首先，在機(jī)務(wù)段運(yùn)轉(zhuǎn)車間進(jìn)進(jìn)行節(jié)電提醒，明確部分電器的節(jié)電使用方法，這將有效地改變部分電器的使用習(xí)慣，從而達(dá)到節(jié)電目的；然后，通過(guò)視頻、網(wǎng)絡(luò)向工作人員進(jìn)行節(jié)電工作培訓(xùn)，分析電力機(jī)車的功能結(jié)構(gòu)、節(jié)電方法以及節(jié)電意義，將節(jié)電意識(shí)灌輸?shù)矫恳晃还ぷ魅藛T的內(nèi)心，成為其工作準(zhǔn)則；最后，對(duì)由工作人員造成的列車耗能進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，通過(guò)大量數(shù)據(jù)分析，研究出合理的能源消耗，并向工作人員進(jìn)行定期播放查看結(jié)果，通過(guò)數(shù)據(jù)讓工作人員看到節(jié)電的意義。如此一來(lái)，惡意耗電、不規(guī)范操作浪費(fèi)電能情況便會(huì)大大減少。

（二）加強(qiáng)LKJ文件分析

機(jī)務(wù)段運(yùn)轉(zhuǎn)車間針對(duì)列車操縱情況，要求指導(dǎo)司機(jī)認(rèn)真分析LKJ文件，對(duì)重點(diǎn)地段、重點(diǎn)時(shí)刻要重點(diǎn)分析，分析項(xiàng)點(diǎn)既要涵蓋安全因素，又要有考慮節(jié)能因素，對(duì)違反操縱辦法而明顯增加能耗的乘務(wù)員采取添乘指導(dǎo)、警告、考核等手段，促使其提高操縱水平，本著列車操縱示意圖的要求駕駛列車，達(dá)到安全高效、節(jié)能增效的目的。

（三）認(rèn)真落實(shí)《電力機(jī)車節(jié)電獎(jiǎng)罰辦法》

為了進(jìn)一步推進(jìn)節(jié)能增效工作，使節(jié)能落在實(shí)處，機(jī)務(wù)段制定了《電力機(jī)車節(jié)電獎(jiǎng)罰辦法》，使全體乘務(wù)員及相關(guān)管理人員參與到節(jié)電隊(duì)伍中，節(jié)電與個(gè)人密切聯(lián)系在一起，激勵(lì)員工自覺(jué)的節(jié)省電能消耗，感受到節(jié)能獎(jiǎng)勵(lì)、浪費(fèi)處罰的貼身利益。長(zhǎng)時(shí)間以來(lái)，這一獎(jiǎng)罰辦法執(zhí)行效果不佳，導(dǎo)致越來(lái)越多的員工違反操縱辦法，違反制度，致使節(jié)能效果不明顯。為了解決此問(wèn)題，研究制定以下措施。首先，向所有員工傳達(dá)學(xué)習(xí)《電力機(jī)車節(jié)電獎(jiǎng)罰辦法》，引起人們思想上的重視，尤其引起管理人員高度重視，積極主動(dòng)推進(jìn)該項(xiàng)工作；然后，加強(qiáng)對(duì)電能消耗的統(tǒng)計(jì)、分析，落實(shí)每一階段的責(zé)任者，確保責(zé)任追究到人，做到有獎(jiǎng)有罰，杜絕只獎(jiǎng)不罰。最后，將《電力機(jī)車節(jié)電獎(jiǎng)罰辦法》列入企業(yè)爭(zhēng)先評(píng)優(yōu)活動(dòng)中，讓更多人感受到節(jié)電的重要性，看到這一制度的公平性、有效性。因此，需要對(duì)這一獎(jiǎng)罰辦法進(jìn)行長(zhǎng)期管理，讓參與人員認(rèn)識(shí)到這一辦法的有效性、持久性，從而達(dá)到節(jié)能目的。

五、結(jié)語(yǔ)

電力機(jī)車運(yùn)用和節(jié)能增效的研究十分豐富。本文以一線工作視角分析了電力機(jī)車的操作技能、控制設(shè)備投入使用、節(jié)電管理和培訓(xùn)以及優(yōu)化行車組織四個(gè)方面。這些內(nèi)容與實(shí)際操作聯(lián)系緊密，發(fā)揮的節(jié)能效果突出。因此，希望本文的研究對(duì)一線工作者有所啟發(fā)，規(guī)范工作行為，為節(jié)能奉獻(xiàn)個(gè)人力量。

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作者簡(jiǎn)介：李俊成（1976-），男，本科，工程師，從事機(jī)車車輛運(yùn)用研究。endprint