列尾装置在大准重载铁路线的开通与应用

吴学科

摘要：文章根据大准铁路开行万吨重载列车的需求，客观分析了该线列尾设备状况，提出了采用400MHZ+400KHZ双信道双向数传列尾的方案。通过试验和多年的运用，证明了该方案可靠方便、节约成本，对同类情况有一定的借鉴作用，同时结合实际运用，提出了部分改进意见与建义。

关键词：列尾装置；感应通信；盲区；电磁波；蓄电池

中图分类号：U298文献标识码：A文章编号：1009-2374（2012）15-0053-04

1概况

大准铁路东起大同燕庄站，西至内蒙古准格尔旗薛家湾镇，全长264公里单线电气化铁路。该线地形地貌复杂、弯道多，从点岱沟至二道河段隧道密集。因此，在20世纪90年代初期建线时，无线列调系统选用了400kHZ感应通信制式，2000年后相继配备了单信道400kHZ列尾装置（2000型单向数传），当时为节约成本，在机车上列尾不单设电台，与无线列调机车电台共用同一电台。

随着运输任务的不断增加，大准线既有运输能力已远远不能满足煤炭外运任务的要求，而重载铁路运输因其运能大、效率高、运输成本低而受到世界各国铁路的广泛重视，得到迅速发展，大准铁路为了提高运输能力，也开始着手策划万吨重载列车的开行工作，并于2004年开始对既有线进行了扩能改造，2006年3月份，扩能改造基本完成后，标志着我国又一条重载铁路诞生了，开始了组织对万吨重载列车的牵引试验，与此同时，为了保障行车安全、通信畅通，对通信专业提出了较高的要求，尤其是对列尾装置提出了更高、更严的要求，即列尾信息的传递能否满足要求也成为试验的一项重要内容。

列尾装置的全称是列车尾部安全防护装置，其主要功能有反馈列车尾风压、尾部排风辅助列车制动、及时发现丢车和列车中间折角塞门关闭等。由于重载万吨列车全长大约在1500米左右，传输距离远，是一般列车的2倍，同时电力机车牵引电流大，干扰也大，还可能存在其它许多不确定因素，所以面临我们的问题是列尾装置能否满足重载万吨列车的需求，这就必须进行大量的分析与试验。

2设备现状与任务需求

第一，既有列尾装置为400kHZ单信道列尾，从司机控制盒→列尾主机采用数字传输模式，从列尾主机→司机控制盒采用模拟传输模式，其可通率在95%以上。在当时能满足使用需求，但对开行万吨重载列车来说，能否满足需求还是未知。

第二，原列尾在功能设计上存在不足。该机型不具备黑匣子数据记录功能，不能还原操作过程；电池与列尾主机触点存在瞬间掉电自动消号的现象；尾部反馈模拟语音，占用信道时间长，与车机联控产生同频干扰。

3对列尾设备要求

第一，需要采用双向数传列尾，以减少对无线列调的干扰，同时缩短占用信道时间；全线可通率不得低于95%，复杂地段不允许出现盲区。

第二，需要具备列尾“黑匣子”数据记录功能，以便事后进行数据分析。

第三，列尾司机控制盒要有语音和数字显示双重提示，乘务员在查询风压失败时，控制盒应具有自动重发功能，以减少司机的工作量。

第四，主机须增加瞬间掉电保护功能，在电池瞬间断开时不消除“一对一”关系。

4方案选定

大准线地形复杂，山区隧道多，造成无线信号传输盲区多，要想在既有的条件下满足生产运输需求，首先必须确定无线信号使用哪种传输方式，其次是设备的选型。为此我进行了大量的资料查阅与实地调研，我们认为400MHz+400KHz双信道方式发挥了两个信道各自的特点，做到优势互补，能有效克服弱场区，列车首尾信息传输实时性强、可靠性高，具体分析如下：

4.1400KHZ感应通信的优缺点

优点：（1）场强分布是沿感应线（波导线）作链条状分布，因此它几乎不受环境中地形、地貌的影响；（2）设备简单，工程总体造价低廉，在我国电气化铁路利用接触网导线做感应线时，工程总造价每公里约为一万元；（3）使用简便，维修难度小。维修人员不需作长时间的专门培训；

（4）使用频率对外影响小，申请批准比较容易。

缺点（主要是以接触网做为波导线时）：

（1）主要是频率低，易受到其他电磁干扰。我们在大秦线了解到，德国西门子公生产的电力机车上就不能使用400K感应通信，由于机车自身产生相当大的电磁干扰，导致400K信道内杂音大、无法传输信息。接触网本身自带强电磁场，利用接触网传送信息不确定性较大，如机车受电弓与接触网接触和断开时将产生很强的电磁场、机车在行走时受电弓与接触网瞬间跳跃式接触产生电磁场、大功率用电器产生的电磁场等均会对400K感应通信产生干扰；（2）易受同频干扰。有部分民航也使用400KHZ传输信息，将会产生同频干扰，在大准线天成站附近就有一个航空用导航站，有时偶尔对无线列调、列尾装置产生干扰，好再这种干扰发生的很少；（3）在没有接触网的股道造成盲区，需单独架设波导线，投入成本大、施工和维护量大；（4）股道多的大站在远离天线的股道上信号弱（一般是隔七、八股道时信号开始衰减严重），由于接触网分流作用，一般在站内每跨越一股道，信号衰减大约10dB左右，使得信号减弱；（5）传输距离有限。400K信号在接触网波导线上每传输1公里，衰减3dB-4dB左右，一般电台天线感应到接触网上的信号强度在70dB左右，而接收时最低信号强度要求在30dB左右，理想状态能传输10公里，但接触网本身属于带电体，电磁干扰大，再加接触网供电臂分相，实际传输距离只能达到3～7公里左右。

4.2400M信道传输优缺点

优点：400M无线通信是电磁波通过直接辐射，即空间传播，将信息传到对方。主要适用于近距离、地形宽阔、平原地带。由于400M频率高，所以不易受到其它用电器、电磁场的干扰，抗干扰能力强。

缺点：受地形地貌限制多，山区、隧道内信号衰减大。

在2002年底，为了提高运输效率，大准线货物运输列车能直接进行入大同国铁线路，当时已将无线列调全部更换为400MHz+400KHz双信道传输设备，在这次列尾方案实施中，列尾电台与无线列调机车电台仍然共用，能充分利用既有资源，减少了设备的重复购置与设备的维护量。不足之处是列尾与无线列调相互干扰、抢占信道，但在大准线目前是单线，车流量相对国铁来说较少，完全能满足实际需求。

综合以上情况，利用400KHz信道将感应信号通过接触网导线传送到目的地，不受山区、隧道的影响，只要有接触网的地方就有可能接收到信息，一般传输距离在3～7公里，中间不需要对信号进行中继放大的优点来填补400M易受山区、隧道等地理环境等影响传输距离的缺点，利用400M电台是视距传播辐射，平原地区传输效果好、抗干扰能力强、电路集成度高设备运行稳定的优点，来弥补400K在大站场内接触网分流使信号减弱、易受到其它用电器的电磁干扰的缺点，形成优缺互补格局，充分利用各自的优点实现列尾装置全程覆盖，最后确定先采用400M+400K双信道双向数传列尾进行试验，如果能够满足95%以上可通率要求，将是较经济和理想的方案。

经过市场调研，与国内相关列尾装置生产厂家进行咨询，我们最终选定西安铁路科学研究所生产的2002型双信道（400K+400M）双向数传列尾装置进行试验。

5试验情况

5.1试验内容

试验内容主要有：（1）可通率；（2）“黑匣子”数据的存储下载显示打印等功能；（3）主机瞬间掉电保护功能。

5.2试验步骤

先进行静态试验。前后距离1550米，主机在列车尾钩正常连挂，牵引机车升弓，本务端操作司机控制盒查询尾部风压，记录尾部信息返回情况。待站内信号返回正常后再做上线动态牵引试验。

5.3静态试验

在点岱沟车站进行的静态试表明：（1）使用400KHZ单信道列尾可通率不足80%，不能满足万吨列车发车要求。原因分析为股道多造成分流严重，尾部400KHZ电台发射场强不够；（2）400MHZ与列调同频干扰较大；（3）对“黑匣子”数据记录功能试验；（4）司机控制盒库内检测试验；（5）主机消号和掉电保护功能试验。

5.4动态试验

按照进出站和站内各一次，隧道和弯道等重点区段多试的原则进行列尾动态试验，其可通率均达到95%以上。

5.5试验分析

双信道双向数传列尾可通率达95%，完全满足《维规》要求的90%以上的标准。与既有国铁重载列车相比，采用400K+400M双信道双向数传列车尾部装置，在列车的中间不需要加装中继器，节省设备的投入，同时也节约人力资源，不足之处是重量要稍微大一些，一般一台列尾主机大约在七八千克左右。

6开通运用情况

2006年3月29日10：00，大准线首列万吨重载列车从点岱沟车站开出，5月17日20：10，湖东—点岱沟的首趟120节列车正式开行。经过这几年的使用和多次添乘检查，以及对周边铁路列尾装置运用的了解与比较，采用400K+400M双信道双向数传列车尾部装置，可通率高且不需要加装中继器。

6.1运行中列尾主机蓄电池电量不足

2006年大准线开行万吨重载列车时，列尾主机电池采用12V 7AH铅酸电池，其低温特性不良，温度在零下20℃左右，电池处于不工作状态，在北方地区冬季，经常发生列尾主机电量不足现象，影响行车，对于通信维护单位来说是一项最大的困扰。为此，在2008年开始通过调研以及查阅相关资料、实地试验等，主要是容量加大、改变电池型号与类型等比选试验。我们与电池厂共同对三种列尾蓄电池进行低温（-20℃、-30℃）试验，三种蓄电池分别为铅酸7000mAH和8500mAH蓄电池、镍镉5500mAH蓄电池、镍氢6000mAH蓄电池。由于大准线目前使的列尾主机在工作时电流一般在3A左右，故这次试验放电电流选为2.75A，列尾主机在蓄电池电压低于12V时，开始报警（电量不足报警）。现将具体试验结果汇总如下：

6.1.1-20℃试验

在常温下分别对上述四块电池进行充电，充足后在-20℃冷冻箱内静置6小时开始放电（放电时温度一直保持-20℃），放电电流均为2.75A，放电截止电压10.5V。

第一，7000mAH铅酸蓄电池放电0.5分钟后电压降至12V以下，放电量24.7mAH，放电至10.5时共耗时50.8分钟，放电总量为2328.4mAH，放电率33.3%。

第二，8500mAH铅酸蓄电池放电0.5分钟后电压降至12V以下，放电量26.6mAH，放电至10.5V时共耗时82.1分钟，放电总量为3762.8mAH，放电率44.3%。

第三，5500mAH镍镉蓄电池放电3分钟后电压降至12V以下，放电量139.3mAH，放电至10.5时共耗时88.6分钟，放电总量为4060.7mAH，放电率73.8%。

第四，6000mAH镍氢蓄电池放电57分钟后电压降至12V以下，放电量2619.2mAH，放电至10.5时共耗时98.8分钟，放电总量为4532.9mAH，放电率75.5%。

6.1.2-30℃试验

在常温下仍对上述四块电池进行充电，充足后在-30℃冷冻箱内静置5小时开始放电（放电时温度一直保持-30℃），放电电流均为2.75A，放电截止电压10.5V。

第一，7000mAH铅酸蓄电池放电0.5分钟后电压降至12V以下，放电量24.2mAH，放电至10.5时共耗时35.8分钟，放电总量为1643.0mAH，放电率23.5%。

第二，8500mAH铅酸蓄电池放电0.5分钟后电压降至12V以下，放电量26.0mAH，放电至10.5V时共耗时60.9分钟，放电总量为2794.2mAH，放电率32.9%。

第三，5500mAH镍镉蓄电池放电2.5分钟后电压降至12V以下，放电量116.1mAH，放电至10.5时共耗时79.7分钟，放电总量为3655.7mAH，放电率66.5%。

第四，6000mAH镍氢蓄电池放电5分钟后电压降至12V以下，放电量235.3mAH，放电至10.5时共耗时95.4分钟，放电总量为4379.7mAH，放电率73%。

6.1.3价格

镍氢充电器7500元/台，原酸充电器5800元/台；镍氢蓄电池1100元/块（使用寿命与质保期为1年），铅酸蓄电池540元/块（使用寿命与质保期0.5年）。

通过试验数据比较，目前6000mAH镍氢蓄电池较其它效果好，在冬季可减少列尾在中途电量不足现象发生。大准线现使用铅酸蓄电池容量为7000mAH，经与厂家联系协商，镍氢蓄电池容量也能做到7000mHA，不足之处是镍氢蓄电池经过-30℃、-20℃、+20℃、+35℃、+40℃放电试验时，发现镍氢蓄电池充满电时端电压偏高，只有在-20℃时电压低于13.8V，其它几次试验中充满电时蓄电池端电压均为14V以上，可能影响列尾主机正常工作，经与列尾主机生产厂家分析，其最高耐压约18V。针对这种情况，我们先购买少量镍氢蓄电池和相应充电器，在丰镇电厂、岱海电厂、准能电厂运煤专列上进行小范围试运行。经过一段时间运行后，设备正常、稳定，在2008年冬季开始大量购入镍氢电池，并投入使用，至此大大减少了列车运行中途由于低温而电量不足现象的发生。

6.2机壳、环天线损坏严重

机壳采用铝质材料，环天线最外保护层采用硬塑料，受碰撞后均易破碎或开裂，尤其是冬季气温低，更是雪上加霜。在当时，我们提出改变材质或通过改变外形设计是否可行，从此开始，这个项目也成为了我们与生产厂家共同研究与探讨的一个课题，与此同时，为了不影响行车，我们只能是加强维护和管理。一直到2010年，通过改变材质，这个课题才得以解决，采用从美国进口的一种塑料，据说是制造头盔使用的原材料，用此做机壳，在2011年冬季开始少量投入到大准线做强度试验，经过一个冬季到现在，该种材料制做的机壳还未出现破裂现象，在采用铝质材料时，平均每天有3至5台列尾主机机壳损坏。我们与生产厂家计划从今年开始，逐步对所有列尾主机的机壳、环天线保护层进行更新，同时随着电子产品的更新换代，目前，各生产厂家的列尾装置也进行了相应的升级，将列尾蓄电池改为7.2V低温锂电，体积较原列尾装置小、重量也轻，电路集成度高，我们计划在今年对列尾装置全部进行更新。

近几年来，列尾装置在安全方面发挥了重要做用。其中在去年从点岱沟站发出万吨重列至龙王渠站，当时机后8位车辆折角塞门关闭，途经千分之十二下波道，司机进行制动时发现制动不良，立即利用列尾装置进行辅助制动，列车才得以平稳进站，否则后果不勘设想。在前几年，还有列车在运行中途，及时发现区间丢车，避免了事故的发生，在车站发车时，利用列尾装置发现过好多次折角塞门关闭事故，为保证重载列车行车安全发挥了重大作用。

7列尾装置前景

我国列尾装置在取消货物列车守车时才列入研究计划内，大约在2000年左右开始小范围的使用，在近几年得到了快速的发展。刚起步时是采用单信道（400K或400M），从机车电台到列尾装置用数字信号传输指令，从列尾装置至机车电台用模拟信号反馈信息。在2005年左右开始采用双向数传方式传输信息，即机车电台→列尾装置、列尾装置→机车电台指令与信息传输均采用数字传输，大大提高了传输速度与可靠性。在近几来，北京中铁又研发出一种可控列尾装置，现大秦线正在使用。

最后我相信，随着新技术的采用与科学技术的不断发展，将来的列尾装置将是向着体积小、重量轻、操作简便、功能更齐全、稳定性和可靠性高等方向发展，为重载万吨列车的正常开行提供更有效的安全保证，发挥着更重要的做用。与此同时，对于我作为一名生产一线的员工，不断学习、积极参与，通过理论结合实践，愿为列尾装置的技术改进做出贡献。

参考文献

[1]列车尾部安全防护装置系统的原理与应用[S]．

[2]400K感应通信原理与应用．

（责任编辑：周加转）