电力机车运用和节能增效的研究

摘 要：重载和高速一直是铁路运输的主体。电力机车牵引重载列车在铁路运输中的比重越来越大。2016年3月25日，大准铁路公司首开万吨列车，拉开了大准线电力机车牵引重载列车运输的帷幕。电力机车较内燃机车运力大，运费低，电耗是生产成本主要消耗指标之一，近几年，电耗居高不下，成为公司研究的核心课题之一。无论是电力机车的理论研究，还是模拟操控都给节能工作带来深深的启发。根据实际工作经验，本文立足于一线工作从机车操作技能、控制设备投入、组织管理以及行车组织四个方面对机车节能增效进行了深刻分析。

关键词：电力机车；技能增效；操作技能；行车组织；优化管理

电力机车的出现实现了“以电代油”的铁路运输要求，减少了包括CO2气体在内多种有害气体的排放，是铁路运输行业的一大进步。但是，大准铁路公司电力机车的电耗处于88度/万吨公里左右，对电能需求量较大，使其成本一直居高不下。从物理学分析，电力机车的牵引力需要克服摩擦阻力，制动力需要克服列车运动惯性，根据线路纵断面及行车组织要求，机车操作会影响电能的充分使用；从运输效率看，电力机车的单机（不牵引车辆）运行次数和行车管理也会影响电能的有效比例。从内部电耗分析，电力机车的自耗和管理会对其产生较大影响。因此，需要从优化机车操作、控制设备投入、加强管理和优化行车组织方面设法节约电能。

一、优化机车操作技能

电力机车的操作技能是否规范对电力机车的电耗有着一定的影响。在停车地段，不能做到一次停车到位，停车再带，就会使电能转化的牵引力与制动力相抵消，这部分电能被无用消耗；在临时慢行地段，过早降低列车速度，或列车速度降幅过大，致使造成电能被无用消耗；在正常行驶路段，应参照列车操作示意图进行机车操纵，否则不能及时调整车速，无法满足各个列车的运行要求。因此，电力机车的运行和节能需要建立在优化机车操作技能的基础上，需要降低牵引力与制动力相互抵消的无用功。

（一）一次停车到位

停车到位是机车操作基本技能之一，也是减少耗能，优化机车操作不可忽视的重要部分。根据现有的机车操作规则和技术要求，停车到位需要做到“站外调速——设定停车位置——选定制动时机”三个步骤。首先，根据线路纵断面，预判列车停车制动调速地段，在进站前将列车运行速度调整到理想速度。然后，根据列车长度和停车站线长度，在保证全列车能够停在站线内的情况下，计算出机车距出站信号机最大保持距离作为停车位置。最后，根据机车减压量和本次列车制动性能，判断列车制动走行距离，按照设定停车位置选定制动时机，本着初减压调整列车速度，少追加确定停车位置，做到一次停车到位。总之，整个过程都应提前做好预设，避免因强制制动而引发列车冲动，节约因一停再带而消耗的电能。

（二）安全高效通过慢行地段

根据线路状况和施工要求，为了确保列车运行安全，须减速通过的地段，该地段称为慢行地段。由于慢行地段多为临时确定，提前没有制定具体的列车操纵办法，列车通过慢行地段运行状态各异，出于安全考虑，不是过早减速，就是速度降幅太大，致使列车动能得不到合理利用，电能白白消耗。针对这一问题，组织机务段运用工程师及指导司机，就慢行地段列车运行操纵办法进行研讨，要求全体机车乘务员必须熟悉路况，对线路纵断面、曲线等关键地段做到心中有数。指导司机根据慢行地段路况和限速要求，制定临时行车指导办法，在乘务员出勤时，进行现场交流指导，必要时安排指导司机添乘第一列列车通过慢行地段，将现场经验及时反馈至机务段行车调度室，制定的临时行车指导办法尽可能贴近实际运行操作，安全实用。总之，要根据不同情况下的慢行地段制定合理的机车操作办法，安全高效通过慢行地段。

（三）仿《列车操纵示意图》操纵列车

《列车操纵示意图》是铁道行车部门重要的行车技术资料。在这份资料中，对列车速度曲线、运行时分曲线、空气制动减压和缓解地点以及动力制动使用和退回地点等内容进行了详细介绍。在编写《列车操作示意图》时，本着安全平稳、高效运行的原则进行，同时，兼顾节能增效，充分利用动能闯坡的线路条件，通过列车实际运行确定在变坡点的理想速度，指导在坡前、坡后的操纵方法，根据线路纵断面和长度，尽可能做到在不影响运输效率和安全的前提下，优先考虑列车惰性通过起伏坡道，必需采取制动时，要掌握好列车缓解时机（解除动力制动时机），发挥地形优势，确保动能闯坡后列车速度接近限速值。在机车上安装一套列车平稳操纵系统，将列车操纵示意图导入系统，乘务员在驾驶机车时，仿照系统给定运行曲线及相关提示进行操纵，使乘务员操作机车技能提升至同等水平，减少了因操纵原因导致的运时延长、电能浪费、安全隐患。

二、控制设备投入运用

电力机车除了可以提供牵引力，还可以通过再生馈电技术和直供电系统将部分能量转移到降温、降噪、供电方面。通过数据比对发现，电力机车转化能源利用率远超柴油以及其他化学能。随着自动控制技术的发展，控制设备成为行业发展中的热门，很多控制设备投入运用到电力机车中，通过温度、光度以及GPS定位传感器实现自动控制的技术越来越成熟。为了进一步减少电力机车自耗，本节从自动控制机车头灯、自动控制变压器风机、选择牵引设备投入三个方面进行节能增效分析。

（一）自动头灯

列车在实际运行中进出隧道需要开闭头灯，人为控制开关有时会忘记。进入隧道不能及时开启头灯，由于光线不好，瞭望距离短，埋下行车隐患；驶出隧道忘记关闭头灯，造成电能浪费（头灯功率为800W）。为了行车安全和节省电能，设计使用自动头灯，自动头灯也叫自动感应式自动大灯，相当于为大灯安装了感光控制系统，中央智能控制盒根据光线传感器来判断光线亮度变化，从而控制自动点亮或熄灭头灯。

（二）自动控制变压器冷却风机

电力机车电器工作会随着机车操作级位和电流不同引起变压器温度变化。为了防止变压器温度太高（不超过80℃），烧损部件或引发火灾，须对变压器进行冷却，目前，变压器冷却方式采用强迫油循环风冷，风机对油散热器进行冷却。SS4机车最初出厂时设计为变压器风机在手柄级位超过1.5级自动启动，不考虑变压器温度受环境温度变化的影响。冬季变压器温度一般在30℃以下，不需要风机启动进行冷却油散热器，由于起初设计原因，变压器风机依旧启动，造成風机使用寿命缩短，电能浪费。经过研究论证，对变压器冷却风机自动控制电路进行了技术改造，在电路中增加了温控开关，控制风机在变压器油温达到60℃开启，低于55℃关停。风机额定功率15KW，通过技术改造，变压器风机的耗能会有效地减少。endprint

（三）选择牵引设备投入

目前，大准铁路公司开行万吨列车牵引方式：上行重车为双SS4重联（2+0）和单SH8牵引；下行空车为单SS4、双SS4和单SH8。抽查2017年5月份大准铁路公司机车用电统计：大准线交路运行的SS4G耗电83.5度/万吨公里，SS4B耗电88.6度/万吨公里，SH8耗电85.6度/万吨公里，发现SS4G、SH8较SS4B机车省电。通过机车实际运用发现万吨空车由单SS4牵引比双SS4牵引省电。根据统计和实际运用结论，采取具体措施减少电能消耗，一是根据SS4G和SS4B机车构造，切除SS4B机车一台劈相机投入运用。二是双SS4机车重联牵引空车时，切除补机牵引动力和辅机，仅为司机室提供制热、制冷功能。三是根据机车发展和运用趋势，逐渐由SH8机车取代SS4机车。

三、优化行车组织

行车组织是机车运用管理的重点和难点，也是节能增效的另一个突破口。行车组织难点在于变化快，压力大。一方面铁路线路基础数据在不断改变，列车数量、支干线路不断增加，行车调度存在着调度不合理情况；另一方面铁路运输压力有增无减，选择火车出行的人数还在增加，尤其在重大节日期间。再加上其他多种外界原因，电力机车在运行过程中停顿时间、次数增加，运输效率降低，往往达不到较为理想的行车效果。本节就行车组织对能耗的影响，从减少单机运行次数和优先空车等会重车两方面进行分析，

（一）减少单机运行次数

根据大准铁路公司现在的机车交路及机车运转制，有计划、合理的运用机车，减少单机开行次数，降低无用功能耗。大准铁路公司点岱沟机务段作为本段，具备机车检修能力，并集中指挥运用机车，南坪、周家湾具备机车整备能力，遇机车疑难故障、定期检修需要单机运行回点岱沟机务段。提高行修工日常维修机车技能，减少因处理机车临时故障而开行单机，提前根据车流及去向，安排好牵引机车，提高机车计划兑现率，减少因计划不准、变更而增开单机。从节能的角度看，单机运行次数减少，距离缩短，可以有效减少无用功能源消耗。因此，需要结合大准铁路公司实际运输情况，对单机运行情况进行优化。

（二）合理安排等会列车

机车从停车到启动消耗的能量比匀速通过相同路段消耗的能量大得多。为了优化整个线路的节能效果，需要通过行车组织调节列车等会情况。重车承载着远超空车的重量，停车、启动都需要消耗大量能量，上坡道车站远超平道或下坡道车站的起动列车消耗的能量。因此，需要通过行车组织制定列车等会策略。首先，尽最大可能调节空车与重车的运行时分，减少在单线的等会机率；然后，遇单线等会列车时，通过调整运行时分，尽量安排空车等会重车；最后，根据线路纵断面合理安排列车等会车站，减少在上坡道车站等会列车机率。通过行车组织优化，合理安排等会列车，可以减少无功能耗。

四、加强节能教育、管理与考核

节能教育、管理与考核是实现节能的必要手段。电力机车的运用和节能增效都需要落实在机车运行的各个细节中。做好细节节能工作，才能够实现电力机车的节能目标。无论是在列车运行的不同阶段，还是控制设备的改造，都需要工作人员的参与，都需要列车所有员工的支持。因此，在开展节能增效研究中，需要对工作人员的节能意识、行为进行培训和再教育，以便切实落实好各项节能理念和技术。本节从以上几个方面进行了深入分析。

（一）进行宣传教育节电的意义

宣传教育节电看起来是一件容易的事，却难以落实到工作实处。一方面传统的宣传教育方式没有吸引力，缺乏教育力度；另一方面机车运行中的差别比较大，没有进行统一要求的标准，无法实现有效监管。因此，为了进行宣传教育节电的意义，需要做好以下几点工作。首先，在机务段运转车间进进行节电提醒，明确部分电器的节电使用方法，这将有效地改变部分电器的使用习惯，从而达到节电目的；然后，通过视频、网络向工作人员进行节电工作培训，分析电力机车的功能结构、节电方法以及节电意义，将节电意识灌输到每一位工作人员的内心，成为其工作准则；最后，对由工作人员造成的列车耗能进行统计，通过大量数据分析，研究出合理的能源消耗，并向工作人员进行定期播放查看结果，通过数据让工作人员看到节电的意义。如此一来，恶意耗电、不规范操作浪费电能情况便会大大减少。

（二）加强LKJ文件分析

机务段运转车间针对列车操纵情况，要求指导司机认真分析LKJ文件，对重点地段、重点时刻要重点分析，分析项点既要涵盖安全因素，又要有考虑节能因素，对违反操纵办法而明显增加能耗的乘务员采取添乘指导、警告、考核等手段，促使其提高操纵水平，本着列车操纵示意图的要求驾驶列车，达到安全高效、节能增效的目的。

（三）认真落实《电力机车节电奖罚办法》

为了进一步推进节能增效工作，使节能落在实处，机务段制定了《电力机车节电奖罚办法》，使全体乘务员及相关管理人员参与到节电队伍中，节电与个人密切联系在一起，激励员工自觉的节省电能消耗，感受到节能奖励、浪费处罚的贴身利益。长时间以来，這一奖罚办法执行效果不佳，导致越来越多的员工违反操纵办法，违反制度，致使节能效果不明显。为了解决此问题，研究制定以下措施。首先，向所有员工传达学习《电力机车节电奖罚办法》，引起人们思想上的重视，尤其引起管理人员高度重视，积极主动推进该项工作；然后，加强对电能消耗的统计、分析，落实每一阶段的责任者，确保责任追究到人，做到有奖有罚，杜绝只奖不罚。最后，将《电力机车节电奖罚办法》列入企业争先评优活动中，让更多人感受到节电的重要性，看到这一制度的公平性、有效性。因此，需要对这一奖罚办法进行长期管理，让参与人员认识到这一办法的有效性、持久性，从而达到节能目的。

五、结语

电力机车运用和节能增效的研究十分丰富。本文以一线工作视角分析了电力机车的操作技能、控制设备投入使用、节电管理和培训以及优化行车组织四个方面。这些内容与实际操作联系紧密，发挥的节能效果突出。因此，希望本文的研究对一线工作者有所启发，规范工作行为，为节能奉献个人力量。

参考文献：

[1]李冬.电力机车的节能减排成效分析[J].科技创新与应用， 2017（3）：9-10.

[2]郭禹.货运列车节能操纵控制优化方案研究[D].兰州交通大学，2015.

[3]吴江.电力机车主变压器风机节能控制装置试验及应用研究[J].铁路节能环保与安全卫生， 2015（2）：65-66.

作者简介：李俊成（1976-），男，本科，工程师，从事机车车辆运用研究。endprint