三显示单元重载列车困难区段技术方案探讨

王继柱，杨瑞清

(1.中国神华能源股份有限公司神朔铁路分公司，陕西榆林 719316；2.中国铁路太原局集团有限公司大同电务段，山西大同 038500)

1 概述

神朔铁路是我国西煤东运的第二条运煤专用铁路，正线总长270 km，全线地形复杂，桥隧相连，桥、隧、涵约占线路总长的30%，重车方向有多段连续特殊困难区段长大下坡道，是困扰神朔铁路提高运输能力，开行单元重载列车的最特殊困难区段。尤其是神朔铁路重车线新城川站至府谷站的的长大下坡道（简称“新-孤”闭塞分区特殊困难区段），最大坡度-12‰，最小曲线半径350 m，是重载铁路典型的特殊困难区段，对开行单元重载列车存在重大安全风险隐患，是制约开行“3+0”单元万吨重载列车的重大技术瓶颈。

神朔铁路是仅次于大秦铁路的重载运输铁路。列车密度已由最初的2 对提升至现在的112 对，神朔铁路越来越成为我国推动运输能力提升的中坚力量。随着国民经济的快速发展和企业产能的提升，神朔铁路现有的运输能力无法匹配企业自身成长的要求，如何解决提高运输能力问题已迫在眉睫。

2 运输目标

神朔铁路承担着繁重的煤炭货物运输任务，在关系国计民生的大宗物资运输方面的作用是无可替代的。神华集团要求神朔铁路开行“3+0”单元万吨重载列车至少25 列。

3 信号三显示特殊困难区段开行“3+0”单元重载列车存在的问题

神朔铁路受地形地貌的制约，沿线多长大下坡道，属典型的特殊困难区段，而单元重载列车又长又重，致使单元重载列车运行在三显示状态下的特殊困难区段时，存在严重的安全隐患。

3.1 特殊困难区段运行单元万吨重载列车存在的安全隐患

由于单元重载列车车体长、重量大，当单元列车在重车线长大下坡道运行时，遇到网压下降、电机故障、信号突变、自动过分相故障、天气不良等原因或司机操作方法不当，万吨重载列车在长大下坡道循环制动需要再充气和预防纵向冲动，在列车调速制动过程中，导致车钩力和纵向冲动的剧增，甚至出现车钩折断的可能性。同时由于列车纵向冲动增加，制动系统所需的再充气时间就增长，列车无法有效控制运行速度；随着列车编组辆数的增加，空气管系的阻尼作用和充气容积的扩大必将引起再充气速度的进一步缓慢。根据试验结果万吨单编列车在最小空气制动减压量（50 kPa)条件下的尾部再充气时间应当在5 min 左右，因此需要避免由于再充气不足导致的列车制动力衰减问题。

再者重载列车重量大、编组车辆数多、车体很长，列车需要制动或缓解时，前后部车辆制动与缓解的时间差较大，造成了纵向冲击力的加大。此外，由于辆数多、列车长，列车制动管总容积加大，造成初充气时间长，且沿列车管长度方向有较严重的“衰减”。列车的制动延时也越长，对列车的制动效能影响就越大。神朔铁路10 km 左右的连续下坡区间内，由于距离过长而不可避免地需要多次重复作用。

3.2 三显示下特殊困难区段开行单元重载列车存在的安全风险

神朔铁路区间采用三显示自动闭塞，通过信号机有黄、绿、红（U、L、H)3 种颜色灯光显示。绿灯表示列车运行前方至少有2 个闭塞分区空闲。黄灯表示列车运行前方至少有1 个闭塞分区空闲。红灯表示列车必须在该信号机前停车。神朔铁路自开行单元万吨列车以来，由于列车编组长，重量大，当在长大下坡道运行时，机车制动一把闸停不住，列车带闸走行距离基本在2 500 m 左右，一旦减压放风后，列车充风时间不足，导致列车风管不能快速达到贯通状态，列车运行中各种因素的巧合，导致列车不能控速，引发列车纵向冲动，导致车钩折断。

当列车运行前方信号机显示绿灯时，司机仅知道运行前方至少有两个闭塞分区空闲，不能精确掌握闭塞分区的具体数量，再者地面车载信号设备传输的信息量少，致使在操纵列车时，不能良好地操作列车。因此不管区间0730 信号机显示何种颜色灯光，列车都必须越过0730 信号机停车缓解，存在着极其严重的安全隐患。增加列车占用此区间的停留时间，降低铁路企业的运输效率。三显示自动闭塞已不能适应重载铁路多拉快跑的要求。

4 解决方案

4.1 方案制定

4.1.1 方案一

局部升级“新-孤”闭塞分区自动闭塞三显示改造为四显示方案论述如下。

局部进行“新-孤”闭塞分区三显示无绝缘移频自动闭塞升级改造为四显示。工程量较大、投资费用大、施工工期较长，区间信号机需重新布置、需增加地面、车载设备绿黄（LU）信息码显示，室内需新增组合柜，需重新改造区间闭塞分区电路、站内电码化电路、自闭区间结合电路、需增加三接近、三离去接近表示电路，增加站间联系电路以及引起车站计算机联锁软件的修改等项目，并相应地修改列车运行监控装置(LKJ)数据。神朔线自动闭塞存在两种制式。

4.1.2 方案二

维持既有三显示自动闭塞制式不变，为“新-孤”闭塞分区车载设备增加L2、L3 信息码。方案论述如下。

“新-孤”闭塞分区信号采用ZPW-2000A 自动闭塞，上行有6 架通过信号机，7 个闭塞分区，维持三显示制式不变，轨道电路长度不变，区间信号机布点不变、增加地面车载设备绿2(L2)、绿3(L3)信息码，修改区间编码电路如图1 所示，室内结合既有电路，增加部分零散组合，修改新城川、孤山川站内电码化编码电路、增加站间联系电路信息以及室外需重新敷设1 条站间联系的信号电缆等。相应修改并增加LKJ 数据，机车信号的测试电路等。

图1 “新-孤”站间地面、车载设备信息显示关系图Fig.1 Relation diagram of trackside and onboard equipment information display of between Xinchengchuan station and Fugu station

站联电缆敷设因新城川至孤山川区间桥隧多、沿途山区蜿蜒曲折、站间长，电缆沟开挖、敷设难度大。

此时“新-孤”闭塞分区各个信息码表示的含义如下。

L 码：准许列车按规定速度运行，机车信号显示1 个绿色灯光，表示列车运行前方至少有2 个闭塞分区空闲。

U 码：要求列车减速到规定的速度越过接近的信号机，机车信号机显示1 个黄色灯光，表示列车运行前方有1 个闭塞分区空闲。

L2 码：准许列车按规定速度运行，机车信号机显示1 个绿2 灯光，表示列车运行前方至少有3 个闭塞分区空闲。

L3 码：准许列车按规定速度运行，机车信号机显示1 个绿3 灯光，表示列车运行前方至少有4 个闭塞分区空闲。

此处L2、L3 信息码只提示司机精准掌握列车运行前方闭塞分区的确切个数。司机通过列车运行监控装置可预先知道运行前方空闲闭塞分区的确切个数。“新-孤”站间地面、车载设备显示信息关系如图1 所示，“新-孤”站间维持既有三显示编码电路如图2 所示。

4.1.3 方案三

维持既有三显示制式不变，对“新-孤”闭塞分区上下行线分期施工，并为三显示该闭塞分区增加L2、L3 信息码。方案论述如下。

图2 “新-孤”站间信息码编码电路扩容改造图Fig.2 Expansion diagram of information coding circuit between Xinchengchuan station and Fugu station

鉴于“新—孤”闭塞分区为上行重车线，下坡段、且坡度又长又大；下行线为空车线，为上坡段。维持三显示方案，只增设L2、L3 码，电路改造，技术方案同方案2 论述。

4.1.4 方案比选

方案一：编码符合《机车信号信息定义及分配》，机车可操控性和保证行车安全有很大提高。机车信号能反映前方至少3 个闭塞分区的空闲情况。经过经行计算，信号点重新布置，新城川至孤山川区间调整信号机显示（黄绿红U、L、H 灯位变更为绿红黄L、H、U），室外敷设区间电缆。室内新增区间组合柜，工程量较大，由于区间都采用ZPW-2000A 三显示无绝缘移频轨道电路，新城川至孤山川区间改为四显示后，区间存在两种制式标准，运营相对繁琐。

方案二：地面、机车增加L2、L3 信息码。室外增加站联电缆，结合室内电路，增加部分组合修改区间自动闭塞编码电路、站内电码化编码电路，投资费用低。虽然“L2 码、L3 信息码”符合《机车信号信息定义及分配》特殊定义，但神朔铁路需制定机车管理办法、操纵制度，以区别于不同线别的L2 码、L3 码，避免司机混淆。项目施工工期短，投资费用较低。

方案三：较方案二费用高一些，能够在满足机车运行需要，同方案二，但LKJ 数据需修改两次。

从上述三个方案比选不难看出，方案二是最佳最优选择，为此，神朔铁路依照方案二，对“新-孤”闭塞分区重车线特殊困难区段的地面信息进行扩容升级改造，能够为单元重载列车乘务员精确掌握列车运行前方闭塞分区的确切个数，提供技术上的支持和安全平稳操纵机车的前瞻性、可操作性、可控性，缓解了司机的压力，达到指路行车的目的。

5 方案实施

按照方案二，决定在新城川至孤山川区间轨道电路的ZPW-2000A 设备，为列车增加地面、车载信息，即绿2(L2)、绿3(L3)信息码，修改站内、区间电码化编码电路，如图1、2、表1 所示。对新城川、孤山川上行正线接近电路、接发车电路和运行监控装置均增加L2 和L3 信息，并增加部分零散组合，增加站间联系电路信息，室外需另外敷设一条供站间联系使用的信号传输电缆。当机车收到运行前方传来的L2、L3 信息码时，其列车运行装置的表示器只显示1 个带有L2 或L3 字样的绿（L）色灯光。此时L2、L3 信息码只表示列车运行前方闭塞分区的空闲数量，不包含其他的含义。LKJ 收到的L2 或L3 信息码，可预先知道运行列车前方闭塞分区空闲的确切个数。此时三显示自动闭塞分区各个信息码所表示的含义如表2 所示。

表1 “新-孤”闭塞分区地面、车载设备显示关系表Tab.1 Relation table of trackside and onboard equipment display in Xinchengchuan-Fugu block section

表2 信息码含义Tab.2 Meaning of information codes

6 方案效果

6.1 机车操纵安全平稳，运能提高

神朔铁路通过对“新-孤”闭塞分区重车线特殊困难区段进行地面信息扩容升级改造，不仅确保司机能够精准掌握列车运行前方闭塞分区的具体数量，而且减少了机车乘务员对列车制动的频繁操作，有利于机车乘务员平稳操控列车，避免运行至特殊困难区段产生制动，保持列车在特殊困难区段车站匀速平稳运行，减少操作失误，整体把控机车运行，为机车的安全运行提供了基础保证，并提高区间通过能力，通过技术手段彻底解决长大下坡道对“3+0”重载列车运输瓶颈的制约，实现特殊困难区段长大下坡道运行单元万吨重载列车重大安全风险的预控，降低列车制动使用频率，大大降低因制动机使用不合理导致的突发事件发生。增加运输能力，避免区间图停的发生，缩短区间运行时间，避免因单元重载列车自动机使用不当引发的列车断钩分离事故，保证行车安全。增加列车行驶的安全性和舒适性并填补重载铁路特殊困难区段开行单元万吨重载列车的技术空白。

6.2 运量屡创历史新高，神朔铁路经济效益创收不菲

三显示特殊困难区段长大下坡道信息码扩容改造前，单元重载列车需要进行停车缓解操作，区间图停7 min，如果按运行25 列单元重载列车计算，则图停175 min；对照万吨列车13 min 开行追踪间隔，至少每天多运行13 列“3+0”单元万吨重载列车。按一年365 天计算，则神朔线年运量最少提高365×13=4 745 万t。目前，神朔铁路单元万吨重载列车已开行至32 列。神朔铁路在现有三显示自动闭塞条件下，运能运量开创历史新高。每年至少创收18.87 亿元经济效益。

6.3 运能前景展望

在现有三显示条件下，通过对特殊困难区段进行信息码扩容改造，预计神朔铁路的运量还会屡创新高，加快推进神华铁路的一体化进程，缓解神朔铁路的货物运输压力，而且也能提高当地人民的生活水平，为社会和全体员工创造效益，并真正实现三显示下特殊困难区段单元重载列车“指路行车”的目的。