HXD1C型机车无电区自走行装置运用研究

曾 真

（广西铁路沿海股份有限公司 南宁南机务运用段，工程师，广西 南宁 530045）

引言

当前铁路局集团公司中大多数机务段在HXD1C型电力机车整备区搭建的整备三层作业平台均有25万千伏电力贯通线，优点是当机车入库进行整备作业时，可直接升弓取流进入整备台位进行整备作业，缺点是作业人员登顶作业时电力贯通线带高压，存在劳动安全隐患。考虑劳动安全隐患因数，广西铁路沿海股份有限公司南宁南机务运用段南宁南整备作业区和防城港整备作业区未采用电力贯通线方式，HXD1C型机车无法直接升弓进入整备棚进行整备作业，需要依靠内燃机车调车摆渡，极大影响机车整备效率。针对HXD1C型电力机车整备作业现状，急需设计一个既能降低安全系数，又不影响机车整备作业进度的装置，确保整个机车整备作业安全、高效。

1 无电区机车整备作业现状

目前整备区无电力贯通线的整备调车作业方式有以下几种：

①采用内然调车机是最常用的方式。这种方式存在最大问题是调车机需要不停转线作业，效率低，燃油单耗大，不环保。

②通过拖线式向机车提供电压恒定直流电源，加载至机车牵引逆变器直流电压环节，通过启动牵引电机逆变器引车入库。这种方式需要地面配备专用电源，且大多数设备不能兼容直流传动机车与交流传动机车的牵引，埋地线长时间经过大电流易产生故障，需要挖地布线或重新焊接，工程量大。

③专用的公铁两用牵引车。这种方式缺点是牵引车采购单价高，保养维护成本高，要求驾驶人员具有较高驾驶技术，对周边环境条件有要求，一旦进入轨道上同样需要不断进行转线作业，效率与调车机等同，更适用于机车库修作业而不是机车整备作业。

2 无电区自走行装置结构组成

无电区自走行装置安装在机车机械间内原工具柜位置，将原工具柜拆除，装置输入端连接至蓄电池输出或充电机输出位置，输出端连接至DC600V 库用转换开关切换前端。在开关导轨上增加两位速断开关作为自走行装置电源总开关，电流最大10A，无电区自走行装置组成由电源模块、锂电池组、升压模块、超级电容模组和输出模块组成，如图1所示。

图1 装置与牵引变流器关系图

①电源模块与锂电池组用A 模块表示，A 模块主电路为降压隔离电路，考虑到机车充电机蓄电池功率，A模块设计功率为1kW，长时间小电流持续为锂电池补充能量，保证牵车电量储备。根据锂电池电压分段，A 模块充电控制模式分为恒功限流充电和恒压限流充电。锂电池是能量密度储能器件，移车所需能量保存在锂电池内，锂电池的功能是为超级电容补充能量，提供维持机车运行的能量。锂电池过压、过温保护在系统中实时监控，如有故障，系统能做出相应的故障响应。

②升压模块与超级电容组用B 模块表示，B 模块为升压电路，设计功率为6kW，因机车牵车动作逆变器特性，对B 模块过载能力和控制有所要求。根据电压分段，充电控制模式分为恒流充电和恒压充电，采用间歇性工作制，超级电容放电时能量释放能力强，用于提供机车启动能量。超级电容过压、过温保护在系统中实时监控，如有故障，系统能做出相应的故障响应。

③C 模块为输出模块，设计功率值为12kW，过载能力达到45kW，直接与牵引逆变器相连，运行工况为无电区域，仅在无电区牵车启动时短时间工作。完成一次牵车作业，超级电容和锂电池储存能量如消耗过大，装置由机车110V或其他列车控制电压重新充电，直到满足牵车能量需求，方可启动。考虑到冗余，超级电容和锂电池设计满足两次或两次以上100m、单次机车牵行300m 或机车重联运行一次100m的能量。

无电区自走型装置就是当HXD1C 型机车上库用开关转至库用位时，通过主牵引变流器中间直流环节接通车身上的一个600V插座，为牵引变流器提供车载600V电源，驱动牵引电机M走行使得机车能移动进出整备场。

3 无电区自走行装置操作与保养

3.1 基本操作如图2所示，在装置上有一个触摸屏，显示各种信息。主界面提供装置状态基本信息，左侧数字显示C 模块输出电压值，电机动画显示C模块是否处于移车模式，输入电压显示电池电压，输入电流显示电池充电电流，输出电压显示C 模块输出电压，输入电流C 模块输出电流。中间横条框显示最近故障信息，无故障时显示“非操作人员请勿触碰显示屏”，通讯连接指示灯显示各模块与触摸屏是否进行通讯连接，运行状态指示灯显示各模块运行状态，运行时为浅绿色，故障时为红色。电池标志显示钛酸锂电池剩余电量，“移车”、“停止”按钮可实现装置移车状态启停操作。

图2 装置触摸屏主界面

3.1.1 准备条件

①自走行装置已储存不低于70%电量，满足牵车能量条件。

②机车满足制动所需气压条件（大于750KPa）或外部具备机车制动条件。

③主断断开，禁止升弓。

3.1.2 移车操作 切换600V库用开关，将自走行装置输出连接600V库用开关切换至库用位，启用牵引电机风机将牵引风机开关5 闭合，其它牵引风机开关均断开。启动无电区自走行装置进入牵车准备阶段，输出600V给牵引逆变器中间电压充电，约10秒达到600V，将机车模式转换开关从正常模式切换至库内动车模式，检查牵引逆变器中间电压在司机屏幕上显示主变流器中间直流电压有一个升至600V左右。按照正常机车工作程序操作缓解制动，操纵机车手柄进行移车动作即可进行移车（注意：库内限速为5km/h，注意不要超速工作，否则牵引逆变器会转到保护模式，显示无电流并进行制动）。移车完毕后按照正常机车工作程序操作机车制动，点击无电区自走行装置用户界面“停止”按键，停止输出600V，断开无电区自走行装置输入端连接110V 开关，恢复其他开关至正常位，微机显示屏显示信息“正常运行”。

3.2 日常保养要求

按照HXD1C机车检修修程，执行机车设备检修保养标准，注意无电区自走行装置在断开输入输出开关连接后，锂电池、超级电容仍有高压，检修时需做好防护，佩戴绝缘手套。日常维护检查装置表面有无脏物，检查标识、铭牌有无破损现象，检查装置B、C模块螺丝是否紧固，有无异常振动、声响、气味，风扇运转是否正常。配件损坏时应严格按原型号更换，不得擅自用其它器件替代，在更换电池电容部分时，器件带电，需做好防护，佩戴绝缘手套，同时对拆卸掉的导线进行防护，避免与外壳或其他器件接触放电。

4 结论

通过加装无电区自走行装置后，南宁南机务运用段25台HXD1C型机车在南宁南和防城港整备点平均整备一台优化调车作业时长约20分钟，提升整备作业效率20%，消除库内登顶作业电击隐患，为运输生产提供强有力的机力保证。