貨運鐵路接觸網(wǎng)分相掉車問題淺析

徐 平，李東陽

0 引言

近幾年我國鐵路建設(shè)高速發(fā)展，截至2020年底，全國鐵路運營總里程達14.63萬公里，電氣化率達到72.8%；由于電力機車相比內(nèi)燃機車有更強的運力優(yōu)勢，相同規(guī)模下電氣化鐵路的運輸能力遠超過非電氣化鐵路，成為現(xiàn)代化鐵路的主流類型。我國還約有3.98萬公里的非電氣化鐵路，既有鐵路電氣化改造也在大規(guī)模展開。在既有鐵路電氣化建設(shè)過程中面臨現(xiàn)場條件復(fù)雜苛刻等影響，給接觸網(wǎng)電分相設(shè)置帶來諸多困難[1]，尤其是單線鐵路易造成電分相選址不合理的狀況，導(dǎo)致電力機車掉進分相，需要進行改移。由于該問題在前期建設(shè)過程中容易被忽略，前期應(yīng)加強對現(xiàn)場條件調(diào)查計算、模擬試驗及與路局行車組織對接等，充分論證后確定最終位置。

本文將以北環(huán)線、北侖線電力機車掉入分相問題為例，分析電分相選址易出現(xiàn)的問題及原因，并提出解決方案。

1 北環(huán)線、北侖線電力機車掉分相狀況

根據(jù)路局行車狀況調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，北環(huán)線寧北 四場—鎮(zhèn)海西區(qū)間下行線分相、北侖線邱隘—寶幢區(qū)間分相存在側(cè)線出發(fā)列車掉分相的安全風(fēng)險。

1.1 北環(huán)線寧北四場—鎮(zhèn)海西分相設(shè)置問題

北環(huán)線鐵路寧北四場—鎮(zhèn)海西區(qū)間下行接觸網(wǎng)分相位于線路坡度為6.0‰的上坡道，行車要求過分相時最低速度為40 km/h。線路開通后，列車自寧北四場出發(fā)側(cè)線控速30 km/h，自寧北二場出發(fā)控速25 km/h，通過監(jiān)控試驗發(fā)現(xiàn)列車出站控速27 km/h，接觸網(wǎng)分相（斷電標）距出站信號機490 m左右，如果機車牽引20節(jié)車輛，距出站信號機570 m左右，通過行車監(jiān)控試驗發(fā)現(xiàn)，按照路局LKJ（列車運行監(jiān)控裝置）運行，車速不滿足越過分相斷電標的要求，電力機車無法斷電越過分相。

1.2 北侖線電力機車掉分相

在接觸網(wǎng)熱滑試驗過程中，按照路局機務(wù)部門要求使用試驗車輛模擬牽引質(zhì)量4 000 t列車從車站Ⅲ道發(fā)車進入分相區(qū)段，試驗車輛掉入電分相并由內(nèi)燃機車拉出。動檢試驗車輛組模擬4 000 t重載列車自寶幢站Ⅲ道發(fā)車經(jīng)過出站道岔，按照路局LKJ限速要求[2]提速至30 km/h，出道岔后進入分相斷電標后速度為3 km/h，機車掉入分相。

2 原因分析

電力機車掉進接觸網(wǎng)電分相常見原因：爬坡時列車速度達不到過分相要求的最低速度；司機對電分相位置和提示標牌不熟悉，操作不當(dāng)，或未在出站信號機距離分相附近提前搶速或手柄回位過早；列車出現(xiàn)故障或自動過分相裝置故障；臨時限速不滿足要求；人為在分相內(nèi)操作不當(dāng)導(dǎo)致失電等。

本次試驗?zāi)M4 000 t重載列車過分相，全程按照路局LKJ限速要求運行，試驗人員和當(dāng)班司機嚴格按照行車規(guī)程操作，試驗進行了兩次，均掉進分相，初步確定原因為上坡道時的列車速度不滿足過分相的要求。下文進行數(shù)據(jù)計算和軟件模擬。

2.1 數(shù)據(jù)計算驗證

以上兩處分相設(shè)置地段均為上坡道，電力機車在上坡道地段通過分相絕緣后，從帶電啟動到有效加載期間速度會有所下降，設(shè)機車最低合閘速度為Vh，有效加載后的最低速度為Vj，加速距離為Lj，查閱《列車牽引計算規(guī)程》[3，4]、《列車牽引計算實用教程》[5]可知：

式中：Δt為Vh變化到Vj速度所用的時間，取15 s；最低速度Vj取3 km/h；c為機車斷電到合閘惰行期間的列車單位合力，N/kN；w0、i分別為車輛惰行期間的單位阻力和軌面坡度千分數(shù)；Δs為分相絕緣前的加速距離，m；Vd為最低斷電速度[6]，km/h；Vq為列車啟動時的速度，取值為0。

按照行車管理要求，一般情況下，電力機車從上坡道點通過分相絕緣到有效加載后速度必須大于3 km/h。列車在上坡道地段以40 km/h的速度可以越過長度不超過300 m的電分相。為計算方便，電力機車斷電惰行期間的單位基本阻力w0取0～40 km/h的平均值20 km/h時的單位阻力，重載貨車速度20 km/h時w0取1.1；根據(jù)設(shè)計運行的最大機車牽引性能及牽引質(zhì)量4 000 t，在6‰及以下上坡道地段分相絕緣前的加速距離Δs取斷、合標的距離430 m。數(shù)據(jù)代入計算式計算可得6‰坡度情況下最低斷電速度Vd= 24 km/h，在分相絕緣前停車再啟動時的加速距離[6]Lj= 971 m。

2.2 采用軟件計算模擬試驗

2.2.1 北環(huán)線寧北貨場—鎮(zhèn)海西下行線分相

寧北貨場—鎮(zhèn)海西下行分相里程為K2+819—K3+099，中心里程位于K2+959。分相設(shè)置于距離寧北貨場最外道岔（406#道岔）800 m處，線路坡度6‰。按寧北四場出發(fā)控速30 km/h，寧波二場出發(fā)控速25 km/h進入分相無電區(qū)進行行車檢算。列車類型：HXD3單機牽引4 000 t貨物列車。

正常情況下，電力機車通過分相采用過分相地面磁感應(yīng)器通過方式，此時采用手動過分相方式。磁感應(yīng)器通過分相斷合點之間的距離為430 m，手動過分相斷合點之間的距離為250 m。磁感應(yīng)器設(shè)置位置如圖1所示。

圖1 接觸網(wǎng)電分相地面磁感應(yīng)器位置示意圖

按不利情況，即采用地面磁感應(yīng)器通過方式進行檢算。按機車進入“預(yù)告斷”斷電，進入“恢復(fù)信號1”合電，入口速度按30、25、22 km/h進行檢算，電力機車進出分相速度如表1所示。

表1 北環(huán)線電力機車進出分相速度

2.2.2 北侖線邱隘—寶幢區(qū)間分相

邱隘—寶幢區(qū)間分相里程為DK163+308.56—DK163+488.76，中心里程位于DK163+406.66。分相設(shè)置于距離寶幢站最外道岔（406#道岔）940 m處，線路坡度5.9‰。寶幢站內(nèi)站線均采用12號道岔，設(shè)計側(cè)向最高通過速度50 km/h，現(xiàn)場LKJ控速30 km/h。本次按車輛從寶幢站停車后發(fā)車進行行車檢算。列車類型：HXD3單機牽引4 000 t貨物列車。按控速45、30、25 km/h進行檢算，電力機車進出分相速度如表2所示。

表2 北侖線電力機車進出分相速度

過分相建議：（1）對司機進行專項培訓(xùn)，從寶幢出站后控速不宜過低，盡量按要求控速上限運行。（2）寶幢站內(nèi)均為12號道岔，設(shè)計側(cè)向最高通過速度50 km/h，現(xiàn)場LKJ控速較低，僅30 km/h，建議提高寶幢站出發(fā)控速，以利于機車通過分相無電區(qū)。

3 改造方案

3.1 寧北貨場—鎮(zhèn)海西區(qū)間下行線分相改造

表3所示為寧北貨場出站后線路坡道情況。結(jié)合既有錨段關(guān)節(jié)位置，建議改移分相里程為DK7+ 057—DK7+253，中心里程DK7+155，線路坡度1.2‰（上坡）。改移分相后進行行車檢算，列車類型同前。電力機車進出分相速度如表4所示（按控速25 km/h檢算）。

表3 寧北貨場出站后線路坡道情況 m

表4 北環(huán)線分相改造后電力機車進出分相速度

3.2 邱隘—寶幢區(qū)間分相改造

3.2.1 方案1 對寶幢站側(cè)線進行控速

寶幢站內(nèi)站線均采用12號道岔，設(shè)計側(cè)向最高通過速度50 km/h，現(xiàn)場LKJ控速30 km/h，建議將側(cè)線控速LKJ數(shù)據(jù)調(diào)整為設(shè)計最高通過速度45 km/h（考慮一定安全裕量）。根據(jù)行車檢算，滿足列車正常通過分相條件。

3.2.2 方案2 分相改移方案

邱隘、寶幢站中心間距僅5.79 km，區(qū)間均為橋梁且基本為連續(xù)坡道?？紤]將分相向?qū)毚薄蟠\區(qū)間改移。寶幢—大碶區(qū)間線路坡度情況見表5。

表5 寶幢—大碶區(qū)間線路坡度情況

結(jié)合既有錨段關(guān)節(jié)位置，建議改移分相里程為K168+856—K169+017，中心里程為K168+936，線路坡度4.8‰（下坡）。對分相改移按控速45、30 km/h進行行車檢算，計算條件同前。電力機車進出分相速度如表6所示。

表6 北侖線分相改造后電力機車進出分相速度

完成上述改造后，重載電力機車可順利通過分相區(qū)。

4 結(jié)語

接觸網(wǎng)電分相是接觸網(wǎng)的重要組成部分，其位置選取不僅影響供電臂供電性能，還影響列車運行，選址不合理可能造成行車事故。在確定分相布置位置時需同時考慮供電臂性能、路局行車組織和現(xiàn)場線路坡度情況、車站信號機及道岔等影響因素，尤其對于既有線電氣化改造，更要充分調(diào)研現(xiàn)場條件和既有LKJ數(shù)據(jù)情況，以避免電分相選址不合理引起列車掉分相情況發(fā)生。