对韶山系电力机车操纵控制电路的改进建议

谢春华

(郑州铁路局 洛阳机务段,河南洛阳471002)

随着长交路轮乘制和双班单司机值乘在全路机务系统全面推广,传统机车操纵控制方式显现弊端,给运输畅通带来威胁。表现在实行单司机值乘后原有的机械间巡视作业的频次大幅减少,对机械间巡视能够发现的故障隐患无法及时排除。另一方面,交路延长后一次乘务作业时间延长,乘务员精力下降,由于传统操纵控制方式的操纵开关较多,乘务员误操纵的几率大幅度上升。洛阳机务段电力机车运行中曾因蓄电池充电自动开关跳断未及时发现导致蓄电池亏电,造成机车过绝缘分相时受电弓无法升弓而发生机车故障;因乘务员精力不集中过绝缘分相后、未闭合“压缩机”琴键开关导致机车总风下降过低,造成列车制动停车、受电弓自动下落。

1 机车操纵控制电路现状

我国各型内燃、电力机车的操纵控制方式一直沿用20世纪60年代设计时的模式。近几年,标准化司机室设计也仅仅是将琴键开关改为扳键开关;将副台开关箱移到主台。这种操纵控制方式存在如下问题:

(1)操纵开关众多,自动化程度低。韶山系列电力机车共有主断路器断电、闭合开关;前、后受电弓升弓开关;劈相机、压缩机、通风机、制动风机、强泵风开关等主控制开关及前照灯、副前照灯、标志灯、仪表灯、司机室灯、电扇等辅控制开关,以及风笛阀、撒沙阀等。乘务员值乘中既要瞭望信号、线路、接触网,还要进行“运器”人机对话、车机联控和观察机车仪表显示,在这种情况下再操纵众多的开关,经常是手忙脚乱。

(2)机车电气自动保护不足,人工检查干预多。目前韶山系列电力机车控制电路电气自动保护执行控制普遍采用3种形式。①直接开断主断路器的重故障、系统性故障电气保护,包括原边过流、次边过流、牵引电机过载、辅助系统过流、主电路接地、辅电路接地、紧急制动、零压等。②断开励磁接触器或自动开关的轻故障、局部故障电气保护,包括励磁过流、制动过流及辅助回路各机组、控制电路、照明、取暖设备的短路过载等。③通过预备完成或顺序控制、故障提示的一般性故障保护,包括通风机风速保护、风压保护、防空转保护及控制电路接地保护等。这些保护功能正常发挥作用要求各保护检测、执行电气性能良好、乘务员无误操作。并且,乘务员需要在机车通过绝缘分相或故障保护后及时进行走廊巡视;频繁检查各自动开关、电器、仪表状态;故障发生后及时进行人工干预处理。

如果因检测仪器、控制电气故障或乘务员检查、操纵疏忽极有可能造成机车保护失控、故障扩大而影响运输生产。特别是当前推行单司机、长交路轮乘制后,乘务员一次作业时间长,单司机走廊巡视和检查无法按照原有要求和频次进行,乘务员因精神状态不佳难免发生漏操作。而SS4型和SS3B型等双节重联机车的全面投入运用,后节机车长时间无人监控条件下的电气运转存在安全隐患,就迫切需要增加自动保护功能。

(3)仪表显示少,故障诊断、显示、存储、指导不足。为及时掌握机车运行状态,韶山系列电力机车司机室设有显示仪表、信号显示灯(状态指示灯)或智能显示单元。司机室仪表、信号灯布置普通机车为主、副台设置,标准化司机室机车按单司机值乘设计、取消了副台。受安装位置限制和传统设计思想影响,操纵台显示仪表不能显示变压器油温、蓄电池电流、控制电压及后节车牵引电机电压、电流等。除安装有智能显示单元的网络机车外,其他韶山系列机车均没有故障诊断、存储及故障处理指导功能。在单司机值乘、多机型机车混用轮乘的新形势下,对乘务员及时掌握机车各部件运行状态、迅速正确处理机车故障极为不利。

2 改进建议

为适应长交路轮乘制和双班单司机值乘需要,减少乘务员走廊巡视和人工干预作业,杜绝因乘务员误操纵造成的运输、安全隐患。建议对韶山系列电力机车进行如下改进:

(1)减少司机操纵开关,增加自动控制功能。通过改进控制电路取消劈相机、压缩机、通风机、制动风机操纵开关,主控制操作仅设受电弓、主断路器断电、闭合开关及压缩机强泵风开关。将劈相机扳键开关取消,更换为主断路器辅助联锁,在主断路器闭合后劈相机自动启动,劈相机启动完成后向辅机控制电路供电,自动开启各辅机的控制。压缩机强泵风扳键开关改为自复式,取消压缩机扳键开关,控制电路上对压缩机扳键开关直接短接。通风机在司机控制器调速手柄离开“0”位后自动顺序启动,制动风机在司机控制器调速手柄离“0”进入“制”区后顺序启动。改造电路可将通风机扳键开关直接更换为零位中间继电器联锁,将制动通风机扳键开关更换为零位中间继电器与牵引制动转换中间继电器联锁串联。逻辑控制机车可直接更改控制逻辑,或做相应改造。

为保证制动电阻、电机、变压器等充分冷却,可在司机控制器调速手柄回“0”位后增加一定延时(50～100 s),再断开各通风机接触器。电路改造需要增设两个时间继电器。

(2)增加故障监控功能,减少人工检查干预。为方便单司机值乘中及时掌握机车各部运行状态,对乘务员走廊巡视的主要内容及机车重要质量安全隐患增加监控装置。将机车各状态显示仪表、信号指示灯尽可能设置在司机室,按照关注重要程度及显示量变化快慢分别布置在主台、副台或后墙、侧墙等位置,便于乘务员及时查看、定时查看或需要时查看。就当前机车状态而言,在司机室可增加各主变压器油温表、蓄电池电压表、辅助风缸风压表、各牵引电机电压、电流表、轴温检测各轴位各轴承温度表(固定重联机车包括后节机车)等仪表;增加各自动开关跳断后的状态显示及报警提示;增加对各高压室、机械间的视频监控显示或火灾烟雾报警。

(3)完善机车保护控制,杜绝乘务员误操纵。对机车故障按照重故障、轻故障和一般性故障进行分层次管理。对可能引起机车主要电气部件严重损坏及电线路烧损的重故障实行立即断开主断路器进行保护,对影响机车牵引、制动电路的轻故障及需要切除机车动力时可采取断开线路接触器进行保护,对不影响机车短时运用的机车电气部件不良的一般性故障实行报警提示,由机车乘务员迅速恢复处理。

现有机车有必要增加对机车各节的蓄电池电压、总风缸风压、变压器油温、风冷平波电抗器温度、制动电阻温度、整流柜硅元件温度等的检测、保护,超过设定门槛值时采取报警提示或断开线路接触器保护。将磁场削弱统一由司机控制器换向手柄改为调速手柄高级位控制,但在准恒速特性控制模式下仍会发生低速使用削磁问题,建议在电子柜增加电机满电压状态检测,在电机满电压状态下才可进行削磁控制。线路接触器控制存在缺陷,位置转换开关误转换或转换不到位时,调速手柄进级线路接触器能够闭合,极易因“剩磁发电”而造成牵引电机、位置转换开关严重烧损和动轮擦伤的机车部件破损事故。对线路接触器的控制有必要增加位置转换中间继电器联锁(如SS3型4000系),确保两位置转换开关转换到位后,线路接触器才能闭合。

(4)增设故障存储诊断功能,方便故障快速处理。网络通讯、逻辑控制、微机控制及智能显示技术在机车上推广使用,给机车故障存储、诊断功能的实现带来了可能。新型网络机车的智能显示单元已具备了基本的故障存储和诊断功能。机车运行中发生故障后,智能显示单元的“故障及操作提示区”就会显示当前系统中存在的故障情况及简单处理方法,对当前混机型轮乘条件下乘务员快速判断、处理机车故障提供了很好的帮助。进入显示器菜单“故障页”能够随时查询机车已存储的故障级别、故障内容及发生时间,给检修人员、地勤人员及时掌握机车质量状态,进行有针对性的整修提供了方便。但是,由于对故障发生时机车网络、辅助系统各辅助机组、控制系统各隔离开关、主电路各主要电器的工作状态及故障前后速度、电压、电流等数据信息没有记录,无法实现更深入的故障分析及全面的故障诊断和具体的故障处理指导功能。

对既有非网络机车有必要增加故障存储诊断装置。故障存储主要记录故障名称、发生时间、故障时各开关、各主要电器工作状态及故障前后2 s间速度、电压、电流等数据。故障诊断依据现行的应急故障处理办法,结合故障发生时机车工作状态等进行智能化判断,给乘务员提供操作指导。这既有利于轮乘制乘务员快速、正确处理机车故障,同时,也能够给跨铁路局、跨机务段轮乘条件下机车质量事故的分析定责提供有力帮助。

[1] 张友松,朱龙驹.韶山4型电力机车[M].北京:中国铁道出版社,1998.

[2] 刘友梅.韶山3型4000系电力机车[M].北京:中国铁道出版社,1996.

[3] 黄振文.6K型电力机车[M].北京:中国铁道出版社,1992.

[4] 株洲电力机车厂轨道电力牵引技术中心.SS3B型电力机车检修手册[Z].株洲电力机车厂,2004.