HXD1C型機(jī)車(chē)無(wú)電區(qū)自走行裝置運(yùn)用與維護(hù)

摘要 南寧南機(jī)務(wù)運(yùn)用段目前有25臺(tái)HXD1C型機(jī)車(chē)擔(dān)當(dāng)貨運(yùn)主力機(jī)型。在南寧南整備作業(yè)區(qū)以及防城港整備作業(yè)區(qū)當(dāng)前整備棚內(nèi)并未搭建電力貫通線，電力機(jī)車(chē)無(wú)法直接升弓進(jìn)入整備棚進(jìn)行整備作業(yè)，在投入電力機(jī)車(chē)運(yùn)用時(shí)，整備作業(yè)依靠?jī)?nèi)燃機(jī)車(chē)進(jìn)行庫(kù)內(nèi)調(diào)車(chē)擺渡，極大影響機(jī)車(chē)整備效率。文章針對(duì)當(dāng)前整備效率問(wèn)題提出在機(jī)車(chē)上加裝無(wú)電區(qū)自走行裝置方案。充分利用鈦酸鋰電池蓄電儲(chǔ)能、超級(jí)電容放電能力強(qiáng)的特點(diǎn)，滿(mǎn)足了機(jī)車(chē)牽引變流器在進(jìn)行出入庫(kù)操作時(shí)對(duì)車(chē)載電源裝置的需求。有效解決HXD1C機(jī)車(chē)原有的出入庫(kù)操作繁瑣、占用整備作業(yè)時(shí)分長(zhǎng)、安全性差的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞 機(jī)車(chē)整備;改進(jìn);儲(chǔ)能;移車(chē)

中圖分類(lèi)號(hào) U264.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2022）06-0071-04

引言

當(dāng)前中國(guó)鐵路機(jī)務(wù)系統(tǒng)大多數(shù)地區(qū)的機(jī)務(wù)段，在HXD1C型電力機(jī)車(chē)整備區(qū)搭建的整備作業(yè)平臺(tái)均為25萬(wàn)kV電力線貫通的三層作業(yè)平臺(tái)[1]。其優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)電力機(jī)車(chē)入庫(kù)進(jìn)行整備作業(yè)時(shí)，能直接可以升起受電弓取流進(jìn)入整備臺(tái)位進(jìn)行整備作業(yè);缺點(diǎn)是三層整備作業(yè)平臺(tái)頂部的25萬(wàn)kV的電力貫通線通過(guò)整備棚后，整備作業(yè)的安全系數(shù)下降。當(dāng)作業(yè)人員進(jìn)入整備區(qū)進(jìn)行機(jī)車(chē)整備作業(yè)時(shí)，需要登頂作業(yè)必須對(duì)高壓電進(jìn)行斷閘判斷，否則容易受到電擊傷害，危及生命安全。所以針對(duì)當(dāng)前HXD1C型電力機(jī)車(chē)整備作業(yè)登頂作業(yè)安全控制，需要設(shè)計(jì)出一個(gè)既能降低安全系數(shù)，又不影響機(jī)車(chē)整備作業(yè)進(jìn)度的裝置，進(jìn)一步確保整個(gè)機(jī)車(chē)整備作業(yè)的安全。

1 HXD1C型機(jī)車(chē)無(wú)電區(qū)自走行裝置設(shè)計(jì)背景及原理

1.1 整備作業(yè)當(dāng)前現(xiàn)狀

目前南寧南機(jī)務(wù)運(yùn)用段兩個(gè)主要整備區(qū)無(wú)電力貫通線的整備作業(yè)機(jī)車(chē)的牽車(chē)出入檢修、整備作業(yè)庫(kù)區(qū)的優(yōu)化方法有以下幾種：

一是采用內(nèi)燃調(diào)車(chē)機(jī)來(lái)進(jìn)行。這是最常用的方式。但是這種方式存在的最大問(wèn)題就是調(diào)車(chē)機(jī)需要不停地轉(zhuǎn)線作業(yè)，效率很低，造成燃油單耗上升，也不環(huán)保。

二是通過(guò)拖線式向機(jī)車(chē)提供電壓恒定的直流電源，加載至機(jī)車(chē)牽引逆變器的直流電壓環(huán)節(jié)，再通過(guò)啟動(dòng)牽引電機(jī)逆變器引車(chē)入庫(kù)。這種方式需要地面配備專(zhuān)用電源，且當(dāng)前市面上設(shè)備大多數(shù)不能兼容直流傳動(dòng)機(jī)車(chē)與交流傳動(dòng)機(jī)車(chē)的牽引，且故障率較高，埋地線長(zhǎng)時(shí)間經(jīng)過(guò)大電流容易產(chǎn)生故障，需要挖地布線或進(jìn)行重新焊接，工程量較大（如圖1）。

三是專(zhuān)用的公鐵兩用牽引車(chē)。這種方式的問(wèn)題在于牽引車(chē)的采購(gòu)單價(jià)較高，保養(yǎng)維護(hù)的成本也高，對(duì)駕駛?cè)藛T的素質(zhì)要求較高，對(duì)于周邊的環(huán)境條件有一定的要求。而且一旦進(jìn)入軌道也需要不斷地轉(zhuǎn)線作業(yè)，效率與調(diào)車(chē)機(jī)相比并未提高，且更適用于機(jī)車(chē)庫(kù)修作業(yè)而不是機(jī)車(chē)整備作業(yè)。（如圖2）

1.2 HXD1C型機(jī)車(chē)無(wú)電區(qū)自走行裝置的結(jié)構(gòu)組成

以HXD1C型機(jī)車(chē)為例，從該車(chē)型的主電路中可以看出，在牽引變流器上有專(zhuān)用的庫(kù)用開(kāi)關(guān)。當(dāng)=31-S02庫(kù)用開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)至庫(kù)用位時(shí)，主牽引變流器的中間直流環(huán)節(jié)就接通了車(chē)身上的DC600V插座。無(wú)電區(qū)自走行裝置就是利用這個(gè)電路為牽引變流器提供車(chē)載的DC600V的電源，從而使得機(jī)車(chē)牽引變流器的出庫(kù)入牽引功能得到了應(yīng)用[2]。

如圖3所示，無(wú)電區(qū)自走行裝置由電源模塊、鈦配鋰電池組、升壓模塊、超級(jí)電容模組和輸出模塊組成。

鋰電池充電模塊用A模塊表示，A模塊主電路為降壓隔離電路，考慮到機(jī)車(chē)充電機(jī)/蓄電池的功率，A模塊設(shè)計(jì)的典型功率為1 kW，長(zhǎng)時(shí)間小電流持續(xù)為鋰電池補(bǔ)充能量，保證牽車(chē)的電量?jī)?chǔ)備。根據(jù)鋰電池的電壓分段，A模塊充電控制模式分為恒功限流充電、恒壓限流充電。由于鋰電池為能量密度儲(chǔ)能器件，移車(chē)所需的能量主要保存在鋰電池內(nèi)，鋰電池的功能是為超級(jí)電容補(bǔ)充能量，提供維持機(jī)車(chē)運(yùn)行的能量。鋰電池的過(guò)壓、過(guò)溫保護(hù)在系統(tǒng)中實(shí)時(shí)監(jiān)控。如果有故障，系統(tǒng)能做出相應(yīng)的故障響應(yīng)。

超級(jí)電容充電模塊用B模塊表示，B模塊為升壓電路，典型功率為6 kW，由于機(jī)車(chē)牽車(chē)動(dòng)作逆變器的特性，同樣對(duì)B模塊過(guò)載能力和控制有要求。根據(jù)電壓分段，充電控制模式分為恒流充電、恒壓充電，工作制為間歇性工作制。超級(jí)電容放電時(shí)能量釋放能力強(qiáng)，提供機(jī)車(chē)啟動(dòng)能量。超級(jí)電容的過(guò)壓、過(guò)溫保護(hù)在系統(tǒng)中實(shí)時(shí)監(jiān)控。如果有故障，系統(tǒng)能做出相應(yīng)的故障響應(yīng)。

C模塊為輸出模塊，功率典型值為12 kW，過(guò)載能力要求達(dá)到45 kW。C模塊直接與牽引逆變器、第5牽引電機(jī)連接，由于該裝置的運(yùn)行工況在無(wú)電區(qū)，因此C僅在無(wú)電區(qū)牽車(chē)啟動(dòng)時(shí)工作，為短時(shí)間工作。一次移車(chē)工作后，超級(jí)電容和鋰電池儲(chǔ)存的能量如果消耗過(guò)大，裝置由機(jī)車(chē)110 V或其他列車(chē)控制電壓重新充電，直到滿(mǎn)足下次移車(chē)能量需求，方可啟動(dòng)?？紤]到冗余，超級(jí)電容和鋰電池設(shè)計(jì)時(shí)滿(mǎn)足兩次或兩次以上的機(jī)車(chē)牽行100 m的能量，或者單次300 m的，甚至機(jī)車(chē)重聯(lián)運(yùn)行一次100 m的能量（如圖4）。

1.3 安裝與線路的改造

以HXD1C型機(jī)車(chē)為例（如圖5），無(wú)電區(qū)自走行裝置安裝在機(jī)械間內(nèi)原工具柜位置，原工具柜拆除。微波爐放置于自走行裝置柜體上。原工具柜內(nèi)部存放兩雙鐵鞋、若干工具雜物，其他層暫時(shí)空置，將其改裝成工具盒，滿(mǎn)足以上物品的存放。

車(chē)載自走行裝置輸入端連接至蓄電池或充電機(jī)輸出位置，輸出端連接至600 V庫(kù)用轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)切換前端。在開(kāi)關(guān)導(dǎo)軌上增加兩位速斷開(kāi)關(guān)作為自走行裝置電源總開(kāi)關(guān)，電流最大10 A。

2 HXD1C型機(jī)車(chē)無(wú)電區(qū)自走行裝置日常操作及故障維護(hù)

2.1 裝置基本操作

在裝置上有一個(gè)觸摸屏顯示各種信息，其中主界面提供裝置狀態(tài)的基本信息。左側(cè)數(shù)字顯示為C模塊輸出電壓值，電機(jī)動(dòng)畫(huà)顯示為C模塊是否處于移車(chē)模式。輸入電壓顯示為電池電壓，輸入電流顯示為電池充電電流，輸出電壓顯示為C模塊輸出電壓，輸入電流為C模塊輸出電流。中間橫條框顯示為最近的故障信息，無(wú)故障時(shí)顯示“非操作人員請(qǐng)勿觸碰顯示屏”。通信連接指示燈顯示各模塊與觸摸屏是否進(jìn)行通信連接;運(yùn)行狀態(tài)指示燈顯示各模塊的運(yùn)行狀態(tài)，運(yùn)行時(shí)為淺綠色，故障時(shí)為紅色。電池標(biāo)志顯示為鈦酸鋰電池剩余電量?！耙栖?chē)”“停止”按鈕可實(shí)現(xiàn)無(wú)電區(qū)自走行裝置移車(chē)狀態(tài)的啟停操作（如圖6）[3]。

2.1.1 機(jī)車(chē)準(zhǔn)備必須滿(mǎn)足的條件

（1）自走行裝置已儲(chǔ)存足夠能量，滿(mǎn)足牽車(chē)的能量條件（建議用戶(hù)界面電量顯示大于70%）。

（2）機(jī)車(chē)滿(mǎn)足制動(dòng)所需的氣壓條件（大于750 kPa），或者外部具備機(jī)車(chē)制動(dòng)的條件。

（3）主斷斷開(kāi)，禁止升弓。

2.1.2 移車(chē)操作

切換600 V庫(kù)用開(kāi)關(guān)，將自走行裝置輸出連接的600 V庫(kù)用開(kāi)關(guān)=31-S02切換至庫(kù)用位。啟用牽引電機(jī)風(fēng)機(jī)將牽引風(fēng)機(jī)開(kāi)關(guān)5閉合，其他牽引風(fēng)機(jī)開(kāi)關(guān)1、2、3、4、6均斷開(kāi)。啟動(dòng)無(wú)電區(qū)自走行裝置在機(jī)車(chē)完成上述操作后，啟動(dòng)無(wú)電區(qū)自走行裝置，觸摸屏顯示用戶(hù)界面。按“2.2.2. 快捷移車(chē)”進(jìn)行操作，則設(shè)備會(huì)進(jìn)入牽車(chē)準(zhǔn)備階段，輸出600 V給牽引逆變器中間電壓充電，約10 s達(dá)到600 V。將機(jī)車(chē)模式轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)=21-S54從正常模式切換至庫(kù)內(nèi)動(dòng)車(chē)模式。檢查牽引逆變器中間電壓，在司機(jī)屏幕上檢查主變流器中間直流電壓，其中一個(gè)升至600 V左右（如圖7）。

緩解制動(dòng)按照正常機(jī)車(chē)工作程序操作緩解制動(dòng)。操縱手柄進(jìn)行移車(chē)動(dòng)作，即可進(jìn)行移車(chē)。注意：庫(kù)內(nèi)限速為5 km/h，不要超速工作，否則牽引逆變器會(huì)轉(zhuǎn)到保護(hù)模式（即：無(wú)電流并進(jìn)行制動(dòng)）。移車(chē)完畢后按照正常機(jī)車(chē)工作程序操作進(jìn)行機(jī)車(chē)制動(dòng);點(diǎn)擊無(wú)電區(qū)自走行裝置用戶(hù)界面的“停止”按鍵，停止輸出600 V;斷開(kāi)無(wú)電區(qū)自走行裝置輸入端連接的110 V開(kāi)關(guān); 將開(kāi)關(guān)=21-S54切換至正常模式;將庫(kù)用開(kāi)關(guān)=31-S02切換至正常位;微機(jī)顯示屏上顯示信息“正常運(yùn)行”。

2.2 故障分析與排除

無(wú)電區(qū)自走行裝置在使用過(guò)程中，可能會(huì)出現(xiàn)的故障主要分為軟件故障與硬件故障兩類(lèi)。軟件故障有：輸入欠壓故障、輸入過(guò)壓故障、輸入過(guò)流故障、過(guò)熱故障、輸出過(guò)壓故障、輸出過(guò)流故障、通信中斷故障、開(kāi)機(jī)輸入欠壓故障。硬件故障有：驅(qū)動(dòng)故障、硬件過(guò)流。在設(shè)備故障情況下，檢查故障類(lèi)型。如果系統(tǒng)出現(xiàn)軟件故障，可以通過(guò)操作顯示屏“故障”界面對(duì)應(yīng)故障模塊中的“故障清除”，來(lái)消除故障。如果故障仍未能夠消除，檢查外圍系統(tǒng)條件是否在合理范圍內(nèi)。

2.3 保養(yǎng)與維護(hù)

按照HXD1C機(jī)車(chē)的檢修修程，執(zhí)行機(jī)車(chē)設(shè)備檢修與保養(yǎng)工作。注意無(wú)電區(qū)自走行裝置在斷開(kāi)輸入輸出開(kāi)關(guān)連接后，鋰電池、超級(jí)電容仍然有高壓，檢修時(shí)須做好防護(hù)，佩戴絕緣手套。日常維護(hù)檢查裝置表面有無(wú)臟物，檢查標(biāo)識(shí)、銘牌有無(wú)破損現(xiàn)象，檢查裝置B、C模塊螺絲是否緊固，有無(wú)異常振動(dòng)、聲響、氣味，風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)是否正常。配件損壞時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按原型號(hào)進(jìn)行更換，不得擅自用其他器件替代。同時(shí)，對(duì)拆卸掉的導(dǎo)線進(jìn)行防護(hù)，避免與外殼或其他器件接觸放電[4]。

3 結(jié)語(yǔ)

南寧南機(jī)務(wù)運(yùn)用段25臺(tái)HXD1C型機(jī)車(chē)通過(guò)加裝無(wú)電區(qū)自走行裝置后，在南寧南整備點(diǎn)以及防城港整備點(diǎn)和諧型機(jī)車(chē)整備作業(yè)時(shí)分平均一臺(tái)優(yōu)化調(diào)車(chē)作業(yè)時(shí)間約20 min，提升兩個(gè)主要整備點(diǎn)的整備作業(yè)效率近20%，也消除了庫(kù)內(nèi)登頂作業(yè)電擊隱患，為生產(chǎn)運(yùn)輸提供了強(qiáng)有力的保證。

參考文獻(xiàn)

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[2]中國(guó)中車(chē). HXD1C型電力機(jī)車(chē)使用維護(hù)說(shuō)明書(shū)[S]. 株洲：中國(guó)中車(chē)， 2017.

[3]高首聰， 劉可安， 李鵬. HXD1C型電力機(jī)車(chē)電傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及運(yùn)用[J].機(jī)車(chē)電傳動(dòng)， 2012（2）： 70-74.

[4]株洲南車(chē)時(shí)代電器股份有限公司.HXD1C型電力機(jī)車(chē)電器系統(tǒng)故障處理手冊(cè)[S]. 株洲：南車(chē)株洲電力機(jī)車(chē)研究所有限公司， 2011.

收稿日期：2022-01-06

作者簡(jiǎn)介：曾真（1986—），男，本科，工程師，從事中國(guó)鐵路機(jī)務(wù)系統(tǒng)機(jī)車(chē)檢修、技術(shù)方面工作及研究。