朔黄铁路自动闭塞设备升级改造对2 万吨列车操纵的影响

赵鹏飞

（国能朔黄铁路机辆分公司， 河北沧州 062350）

0 引言

国能朔黄铁路作为我国西煤东运第二大运输通道，前期通过站场扩能改造和技术攻关， 成功开行2 万吨重载列车。 但朔黄铁路神池南站至灵寿站，区间条件复杂，主要为山区铁路，海拔高度差达1527m，重车方向最大坡度为12‰。2 万吨重载列车载重大、编组辆数多、距离长，在这样复杂的线路上行驶时， 列车运行动力学性能较为复杂，从控机车车钩所承受纵向力成倍增大，极易产生纵向冲动，增大列车断钩、分离、脱线等行车隐患[1]，因而对乘务员机车操纵技术提出了很高的要求。

1 闭塞方式升级对行车的影响

在改造之前， 朔黄铁路全线均采用的是三显示自动闭塞设备，随着四显示闭塞设备的广泛应用，朔黄铁路为进一步提高运输效率和列车的运行安全， 开始对神池南至灵寿区间进行四显示闭塞设备改造。

相较于两者的区别， 一是四显示自动闭塞中的黄灯是限速信号， 要求列车在通过其前方绿黄灯光显示时开始减速运行、 以使列车在越过黄灯信号机时减至规定限速，才能保证在红灯前可靠停车；二是在三显示自动闭塞中， 一个闭塞分区的长度能满足从规定速度到零的制动距离，可以越过黄灯后再实施制动。 而在四显示自动闭塞中，一个闭塞分区的长度只能满足一个速度级差的制动距离，两个闭塞分区长度才能满足从规定速度到零的制动距离[2]。

由于四显示闭塞设备状态不仅反映闭塞分区的空闲状况，同时具有速度要求，这对2 万吨列车的循环空气制动操纵会造成较大的影响。 因此探讨在四显示自动闭塞下的2 万吨列车操纵改变十分必要。

2 四显示闭塞对2 万吨重载列车的影响

神池南站至灵寿站间设备升级造成信号机显示距离缩短，以NWX-LG 间信号机变化为例，表1 所示，对信号机距离缩短后带来的行车安全风险进行分析。

表1 信号机设备变化对比

NWX 出站后三架信号机间距前后数据对比，三显示时三架信号机间距离为5711m， 升级改造四显示后三架信号机距离为4450m，信号机距离缩短1261m，如2 万吨列车按既有操纵办法操纵列车， 列车在NWX 站接收绿（L）灯时，正常缓解列车，出站后接收绿黄灯，存在列车再制动时充风时间不足，给行车安全带来风险隐患。所以既有2 万吨列车操纵办法[3]无法满足升级改造期间及改造后列车的操纵要求，为了确保2 万吨安全平稳运行，利用重载列车仿真系统[4-5]对神池南至灵寿间2 万吨列车操纵办法进行模拟仿真试验， 以查找风险隐患和制定操纵办法提供数据支撑。

3 四显示自动闭塞改造现状

在神池南站至灵寿站区段共经过15 个车站，其中上行线现有信号机104 架，平均通过信号机间距为1846m；下行线有106 架信号机，平均通过信号机间距为1831m。升级改造四显示后上行新增信号机42 架，平均通过信号机间距为1613m，缩短233m；下行新增84 架信号机，平均通过信号机间距为1424m，缩短407m，同时在上行线设置8 架容许信号机。

结合神池南至灵寿区间的信号机变化情况， 对各站间的信号机距离、缓解地点、充风时间等进行初步分析，其中NWX-LG、BDN-YUN、NW-DLD、DLD-HW 四个区段对2 万吨重载列车操纵改变较大。因此，本文重点对这四个区段进行探究。

4 各站间操纵模拟仿真

4.1 NWX-LG 区段

从图1 得知，NWX-LG 区段三显示通过信号机共设置12 架，最长距离为2008m，最短为1675m；四显示通过信号机共设置14 架，最长距离为1700m，最短为1350m。四显示比三显示增加2 架信号机。

图1 信号机位置变化

4.1.1 模拟仿真

（1）在缓解地点末端处接收绿灯（L），速度57km/h 距离前方信号机25m 缓解，越过绿灯（L）信号机后接收绿黄灯，前方有三个闭塞分区空闲，距离共计4450m，比三显示缩短1261m， 运行至黄灯前充风186s 速度59km/h减压50kPa，因控速需求采取追加减压20kPa，列车停于距红灯8m 处，如图2 所示。

图2 仿真运行速度曲线

（2）模拟长梁山隧道内距前方绿灯信号机1000m，速度37km/h 缓解，次一架信号机接收绿黄灯，速度55km/h 充风126 秒减压50kPa，由于充风不足列车制动力极弱，需追加减压20kPa，列车停于距红灯信号机985m，如图3 所示。

图3 仿真运行速度曲线

4.1.2 仿真结果

（1）2 万吨列车NWX 站内绿灯（L）缓解，初减压后追加20kPa 仍无法满足控速需求。

（2）2 万吨列车长梁山隧道内接收绿灯（L）缓解，存在充风不足且追加减压停车的安全隐患。

4.2 BDN-YPN 区段

从图4 得知，BDN-YPN 区段三显示通过信号机共设置7 架，最长距离为2200m，最短为1665m；四显示通过信号机共设置8 架，最长距离为1780m，最短为1683m。

图4 信号机位置变化

4.2.1 模拟仿真

（1）模拟BDN 缓解地点47km/h 缓解，充风220s 后速度55km/h 减压50kPa， 运行至黄灯信号机时速度50km/h，采取追加减压10kPa 措施后停于距红灯600m 处，如图5所示。

图5 仿真运行速度曲线

（2）模拟仿真越过进路接收绿灯时，再生力控速具备前方出站信号机前速度控制50km/h 以下，次一架信号机接收绿黄灯，列车充风时间满足黄灯前控速要求，如图6所示。

图6 仿真运行速度曲线

4.2.2 仿真结果

（1）2 万吨列车在BDN 缓解地点接绿灯（L）缓解，满足充风时间，缓解速度偏高时，需进行追加减压控速。

（2）2 万吨列车在YPN 缓解地点接绿灯（L）缓解，满足充风时间和控速需要。

4.3 NW-DLD 区段

从图7 得知，NW-DLD 区段三显示通过信号机共设置14 架，最长距离为1979m，最短为1460m；四显示通过信号机共设置15 架，最长距离为1690m，最短为1580m。

图7 信号机位置变化

4.3.1 模拟仿真

（1）模拟列车运行在K146+400 处，机车信号接收绿灯（L）距离前方信号1300m 速度56km/h 缓解，次一架信号机接收绿黄灯，前方有三个闭塞分区空闲，接收黄灯信号时，速度64km/h 充风186s 减压50kPa，接收红灯信号速度56km/h，追加减压20kPa，停于距离红灯469m 处，如图8 所示。

图8 仿真运行速度曲线

（2）模拟列车速度65km/h 减压50kPa，运行至K153+400 处，距前方信号机900m 速度37km/h 缓解，次一架信号机接收绿黄灯， 速度55km/h 充风137s 减压50kPa，越过黄灯时速度为50km/h， 采取追加减压20kPa 列车停于距前方红灯信号740m，如图9 所示。

图9 仿真运行速度曲线

（3）模拟列车运行机车信号接收绿灯（L）距离前方信号机1000m 速度45km/h 缓解，次一架信号机接收绿黄灯时，前方有三个闭塞分区空闲，接收黄灯信号，速度55km/h充风260 秒减压50kPa，越过黄灯信号时速度48km/h，采取追加减压10kPa 后列车停于距前方红灯信号721m，如见图10 所示。

图10 仿真运行速度曲线

4.3.2 仿真结果

（1）水泉湾隧道内绿灯（L）缓解后，次一架信号机接收绿黄灯信号，满足充风时间，再制动时控速困难需追加减压，才能确保列车在红灯前停车。

（2）寺铺尖隧道内绿灯（L）缓解后，次一架信号机接收绿黄灯信号，不能满足充风时间要求且控速困难。

（3）DLD 站内绿灯（L）缓解后，次一架信号机接收绿黄灯信号，满足列车充风时间要求，但缓解速度偏高时需进行追加减压方可控速。

4.4 DLD-HW 区段

从图11 得知，DLD-HW 区段三显示通过信号机共设置10 架，最长距离为2186m，最短为1444m；四显示通过信号机共设置11 架，最长距离为1750m，最短为1656m。

图11 信号机位置变化

4.4.1 模拟仿真

（1）模拟列车运行距前方绿灯（L）信号机1000m 速度48km/h 缓解，次一架信号机接收绿黄灯信号，前方有三个闭塞分区空闲，速度41km/h 充风235s 减压50kPa，列车停于距黄灯信号636m，如图12 所示。

图12 仿真运行速度曲线

（2） 模拟列车距前方绿灯信号机845 米速度59km/h缓解， 次一架信号机接收绿黄灯， 速度57km/h 充风197秒减压50kPa，越过黄灯信号时速度为51km/h，追加减压10kPa 后列车停于距红灯信号523m，如图13 所示。

图13 仿真运行速度曲线

4.4.2 仿真结果

（1）列车在张家坪隧道内绿灯（L）缓解后，次一架信号机接收绿黄灯后，满足列车充风时间和控速需求。

（2）列车在HW 站接收绿灯（L）缓解后，次一架信号机接收绿黄灯信号，能够满足列车充风条件，缓解速度偏高时需进行追加减压控速。

5 列车长大下坡道停车再开仿真

神池南站至灵寿站间设备升级改造信号机显示距离缩短，列车在长大下坡道区段10‰～12‰的下坡道处，停车再开时，可能因信号机距离缩短，列车停车再开条件发生变化， 所以对不同减压量下列车再开后制动距离进行仿真模拟，以确定停缓再开条件，仿真结果如表2 所示。

表2 列车停车再开缓解条件仿真

仿真地点选取长大下坡道区段， 按不同减压量50kPa、70kPa、80kPa 停车，模拟绿灯（L2）缓解再开时列车走行距离。再制动时，充风180s 速度40km/h 减压50kPa，走行距离约5282m，接绿灯（L2）按三个闭塞分区最短制动距离5340m 计算， 具备缓解后再制动控速及停车的需求； 减压70～80kPa 停车缓风再动车时， 充风230s 速度45km/h 减压50kPa，走行距离约6413m，接绿灯（L2）按三个闭塞分区最短离5340m 计算， 初减压量无法满足控速需求，需追加减压方可确保列车在红灯前停车。

6 结论

四显示闭塞方式改造完成后，2 万吨重载列车在NWX、长梁山隧道、BDN、水泉湾隧道、寺铺尖隧道、白茅尖隧道6 处缓解地点，机车信号接收绿灯（L）时需执行停车缓风。

四显示闭塞方式改造完成后，2 万吨重载列车在LG、YPN、DLD、张家坪隧道、HW、土沟隧道前、XJ、XBP，以上9 处缓解地点，机车信号接收绿黄灯时需执行停车缓风。

2 万吨重载列车在长大下坡道减压50kPa 至70kPa（不含70kPa）停缓后执行绿灯（L2）缓解开车。

2 万吨重载列车在长大下坡道减压70kPa 至100kPa（不含100kPa）停缓后执行绿灯（L3）缓解开车。