电力机车消防安全的几点思考

黄俊芳 上海铁路局上海职工培训基地

电力机车运行于国内乃至世界多个国家的主要干线铁路上，在客运和货运运输领域发挥着重要作用。由于各路段地形各异，特殊路段运行条件复杂，甚至需要穿越隧道运行，一旦发生火灾，司机及乘客的财产、人身安全将面临着严峻的威胁。因此，电力机车的消防安全必须引起高度重视，需对其防火措施与防火设计提出严格的要求。

1 机车消防中的问题

电力机车的发展经历了从直流到交流的逐步转变，车体、转向架、传动性能和安全性等多方面都有了明显提高。在保证机车安全可靠运行的同时，也应给予机车消防功能足够的重视。

电力机车的发热部件散热不良、电气拉弧等问题会带来火灾的隐患，本文就机车消防问题从以下几个方面做了思考。

（1）电力机车为大功率、复合型系统，各部件根据布置不同承担着不同级别的运行责任。尤其是车内用于电力传输或通讯传递用的线缆需要有足够高的电性能和阻燃性能，同时，继电器、开关、端子排等均需要具有无卤、阻燃等优越的性能，以保证机车在硬件上满足近乎苛刻的运行要求；

（2）司机室和机械间是机车乘务人员工作、巡察和检修的必经之处，必须做好消防措施。尤其是司机室内消防材料与消防措施的应用更是直接关系到乘务人员的人身安全；

（3）机车电传动系统是主要的消防隐患之一。牵引变流系统从有级调压调速到晶闸管相控调压调速，再到基于全控型开关器件GTO、IGBT等的无级调速，无论从开关器件角度还是控制策略角度来讲，都有了很大的发展。系统的可靠性、安全性直接与机车运行相关，任何微小的失误都会造成严重的后果；

（4）电力机车电气设计需要合理可靠，并具有完善的保护功能。如果保护功能失效，机车运行将没有任何安全保证，严重时引起火灾事故，所以系统需要时刻检测车内相关部位的电压、电流信号并及时切除故障部位；

2 电力机车消防措施

基于上述原因，电力机车设计时就应十分重视消防问题。根据前文提出的5点需要重视的问题，本节结合我国铁路大量运用的HXD1系列交流电力机车，对消防措施的实际应用进行了设计描述和思考。

2.1 电力机车线缆材料

机车车辆用电缆及配线的选取应符合相关标准的规定。对于某些关键功能部件应使用带有特殊结构的电缆、拼接连接器、终端和连接器，且该结构应能在燃烧时有足够的时间保持电缆的完整性。

以HXD1B型机车为例：根据DIN5510-1，HXD1B机车采用2级防火标准。电缆、电缆护套、橡胶密封件、胶、扎带等附属部件均采用耐火、无卤素材料。电缆密封环的燃烧速度小于1cm/min，以满足机车防火的要求。

2.2 司机室与机械间消防

2.2.1 司机室消防

司机室柜体的设计必须有良好的防火性能，以便最大限度地防止火灾发生。室内设备布置要充分考虑本身的散热空间要求，室内柜体设计与制造过程涉及的材料、部件符合要求。此外，司机室设计要避免机车停车时所造成的热量积蓄，还要配有足够数量的灭火器。

司机室消防材料主要是指地板、司机操作台以及司机室座椅等部分。司机室的防火安全关乎乘务人员生命财产安全，甚至关乎旅客列车乘客的安全，必须按照相关标准严格要求。

2015—2017年，舟山市共发生ILI病例47 543人次，3年发病分别为9 967人次、13 260人次、24 316人次。ILI全年均有发生，高发期主要在每年的冬春季（1—3月）和夏季（7—8月），具体高发时段每年略有不同。2017年夏秋季和冬春季ILI报告数有两个高峰，说明流感出现暴发。舟山当地全年气象因素变化不同，其中温度、气压、雨量、日照和水汽压季节特征明显，而湿度和风速无明显季节特征，ILI病例及各气象因素监测值见表1。

HXD1B型电力机车司机室的橡胶地板革、防寒吸音材料、司机室的阻尼材料和司机座椅材料均满足相关标准要求。其中，司机室的阻尼材料和司机座椅材料还应通过国家防火建材质量监督检验中心的材料氧指数测试。该车司机室地板采用复合地板结构，由防滑耐磨橡胶地板革、塑化胶合板、功能隔音材料复合而成。除能承受正常载荷压力，还具有低磨耗性能和容易更换的优点。如图1所示。

图1 复合地板结构

功能隔音板材料也具有很好的阻燃性能，内部含大量阻燃减烟原料，燃烧时产生的烟浓度极低，而且遇火不熔化，不会滴下火球，材料具有自熄灭特征。橡胶地板革位于表面，且具有耐磨、不开裂、防滑等特性（如表1所示）。

表1 橡胶地板革防火性能参数

电力机车上均配备了足够数量的灭火器。例如：HXD1B型电力机车采用的是手提式水基型灭火器，总容量为3L±0.15L，安装在机车司机室的正、副司机侧后墙柜内各一具。该灭火器可用来熄灭机车上发生的A类（普通固体材料火）、B类（易燃液体火）和C类（气体和蒸汽火）和E类（带电电器）的四类初期火灾。

此外，编织软管、密封条、油漆涂料、阻尼浆、胶粘剂类产品、电气设备线槽、线管等配件均只允许使用防火无卤材料，并且要求达到标准要求的阻燃性、熔化性和发烟性等指标。

2.2.2 机械间消防

电力机车内部屏柜设计需要布局合理，并达到柜内电气设备的通风散热良好的目的，同时避免因灰尘等杂物的堆积造成电气设备过热引起火灾。

机车用电气设备中，从高压设备到低压设备，从主辅变流器、主辅变压器、空调系统、通风冷却系统到检测系统、电源系统、控制系统等均制定详细而标准的技术规范，要求各个用电设备满足相关消防标准。

以HXD1B电力机车为例：机车内屏柜采用了金属板对电气设备进行分隔布置。当发生火灾时，金属板可以阻止火焰的蔓延。柜内穿线孔采用橡胶材料作防护，以防止因线缆磨损拉弧造成的火灾事故。此外，柜体内过载与短路等电气参数选择合理，且加热取暖设备远离电气设备与电缆，进一步降低火灾隐患。

2.2.3 热源与可燃物的隔离

为有效避免火灾，司机室和机械间均应注意热源、高温部件及其隔热物的布置问题。既要求车辆内部发热设备与可燃物的隔离，又要保证设计不造成热量的积蓄。

HXD1B型电力机车从内部设计，设备布置等方面均达到相关标准的要求，很好的避免了由于热源与可燃物距离不当造成的消防隐患。同时，合理的通风散热设计与设备布局，在不影响设备发挥功能的前提下应尽力做好热源温度限制。

2.3 机车电传动系统消防

机车电传动系统的核心部件主要包括牵引变压器、变流器和牵引电机，具应有优良的性能和保护功能。

以HXD1型机车为例：其变流器开关器件为IGBT模块，额定参数为3.3kV/1200A，功率高，开断稳定性好且无电火花。同时，采用交直交变流方式，前级四象限整流部分实现对网压和网流的单位功率因数控制，有效削弱了冲击型网流对电网和机车的影响，减小了电流高次谐波对车载设备的冲击，同时降低了对周围通讯的电磁干扰。后级逆变部分实现对交流牵引电机的直接转矩控制，控制精度高且稳定性好。此外，交流牵引电机较之直流电机不仅拥有更高的功率密度，而且不存在换向火花，提高了消防性能。

2.4 电气设计

相关标准对电缆线路的车内走线布置，电气设备的布置安装做了较为详细的规定。例如：要求电缆线路尽可能在远离有可能发生火花的地域敷设，电气设备的安装应能便于清扫地板等。根据电压等级的不同，对导线和电气设备的连接、过流保护、电气设备的布置与选型、受电弓、采暖装置、电阻和蓄电池等，都有详细的设计要求。

以HXD1B电力机车为例：车内电气部件设计时充分考虑了电压等级、爬电距离以及可能出现的过载、短路情况，做好参数设计。从灭弧设备、过压过流保护、电线电缆走线、电磁兼容性等多个方面严格要求、尽可能避免一切由于设计失误而产生的机车安全隐患。此外，还对电气性能做了周密的保护措施，选择高精度、可靠性的保护器件，实现对机车的过压过流等故障的保护，防止事故扩大引起的火灾隐患。

2.5 消防监控系统

目前铁路推广应用的机车车载安全防护系统（6A系统），是针对机车运行过程中危及安全的重要事件、重点部件和部位，在前期已有的各分散机车安全设备的基础上，完善功能、综合集成，形成完整的系统性、平台化的安全防护装置。该系统主要包括：机车空气制动安全监测子系统（ABDR)、机车防火监控子系统 (AFDR)、机车车顶设备绝缘检测子系统(AGDR)、机车走行部故障监测子系统(ATDR)、机车自动视频监控及记录子系统(AVDR)。

其中，机车防火监控子系统(AFDR)在火灾预防方面占有重要地位，该系统利用感温探测器检测周围空气的温度，利用感烟探测器检测周围空气中是否有烟雾粒子，利用感温电缆的特性在周围温度达到一定程度后发出高温信号等，提醒乘务人员能够在早期发现火灾的苗头，及早消除隐患。

例如HXD1D型机车配备的该套子系统，在车内多个位置加装探测器，实时监控司机室与机械间动态，确保机车安全可靠运行。探测器及感温电缆功能及布置如表2所示：

表2 探测器及感温电缆功能及布置表

2.6 其他消防措施

机车应提供应急照明和报警系统。无论是直流电力机车，还是交流电力机车，均应按照要求提供相应的配套设备。每个司机室都应配备机车通讯电话，方便司机在火灾或者其他危险事故发生时，及时与附近消防部门及机务调度联系。司机室两侧的车门便于司乘人员逃生，并且车窗的结构设计的考虑便于人员的紧急逃离。

此外，车载的微波炉、冷藏箱等生活设施安装位置均做到尽可能远离易燃材料或设备。机车内蓄电池在主断路器断开后仍可以维持一段足够长的时间正常工作，为车载紧急照明、通讯系统和司机操作台等紧急设备供电，帮助乘务人员做好应急处理。除此以外，出于安全考虑，车内各高压柜门、车顶门均设有连锁保护功能，对主电路电容放电时间及其他高压、大电流设备做警告标识，提醒乘务人员人身安全。

3 机车消防运用效果

在电力机车采取了上述消防措施后，目前，HXD1系列电力机车的在段运行情况良好。表现在：屏柜、线缆、继电器、开关等设备和材料的工作状况良好；合理的布置保证了各个部件在设计范围内可靠运行；各系统之间相互配合，使得机车各个功能安全工作；机车保护与消防监控系统确保机车运用时无后顾之忧。至今为止，该系列机车从未出现过由于起火故障引起的事故，取得显著的成果。

4 结束语

做好电力机车消防安全是确保乘务人员、大宗货物甚至大批乘客安全的可靠保证。设计应从材料、消防设备、电气设备等多方面综合考虑，以得出更好、更合理的设计方案，并确保生产、测试环节精益求精，以制造出符合要求的产品。此外，应根据实际情况，积极采用国际更权威更合理的消防标准，争取在原有标准的基础上有所创新与提高，作出性能更好，安全系数更高的电力机车。