王繼柱，楊瑞清

(1.中國(guó)神華能源股份有限公司神朔鐵路分公司，陜西榆林 719316；2.中國(guó)鐵路太原局集團(tuán)有限公司大同電務(wù)段，山西大同 038500)

1 概述

神朔鐵路是我國(guó)西煤東運(yùn)的第二條運(yùn)煤專用鐵路，正線總長(zhǎng)270 km，全線地形復(fù)雜，橋隧相連，橋、隧、涵約占線路總長(zhǎng)的30%，重車方向有多段連續(xù)特殊困難區(qū)段長(zhǎng)大下坡道，是困擾神朔鐵路提高運(yùn)輸能力，開行單元重載列車的最特殊困難區(qū)段。尤其是神朔鐵路重車線新城川站至府谷站的的長(zhǎng)大下坡道（簡(jiǎn)稱“新-孤”閉塞分區(qū)特殊困難區(qū)段），最大坡度-12‰，最小曲線半徑350 m，是重載鐵路典型的特殊困難區(qū)段，對(duì)開行單元重載列車存在重大安全風(fēng)險(xiǎn)隱患，是制約開行“3+0”單元萬噸重載列車的重大技術(shù)瓶頸。

神朔鐵路是僅次于大秦鐵路的重載運(yùn)輸鐵路。列車密度已由最初的2 對(duì)提升至現(xiàn)在的112 對(duì)，神朔鐵路越來越成為我國(guó)推動(dòng)運(yùn)輸能力提升的中堅(jiān)力量。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和企業(yè)產(chǎn)能的提升，神朔鐵路現(xiàn)有的運(yùn)輸能力無法匹配企業(yè)自身成長(zhǎng)的要求，如何解決提高運(yùn)輸能力問題已迫在眉睫。

2 運(yùn)輸目標(biāo)

神朔鐵路承擔(dān)著繁重的煤炭貨物運(yùn)輸任務(wù)，在關(guān)系國(guó)計(jì)民生的大宗物資運(yùn)輸方面的作用是無可替代的。神華集團(tuán)要求神朔鐵路開行“3+0”單元萬噸重載列車至少25 列。

3 信號(hào)三顯示特殊困難區(qū)段開行“3+0”單元重載列車存在的問題

神朔鐵路受地形地貌的制約，沿線多長(zhǎng)大下坡道，屬典型的特殊困難區(qū)段，而單元重載列車又長(zhǎng)又重，致使單元重載列車運(yùn)行在三顯示狀態(tài)下的特殊困難區(qū)段時(shí)，存在嚴(yán)重的安全隱患。

3.1 特殊困難區(qū)段運(yùn)行單元萬噸重載列車存在的安全隱患

由于單元重載列車車體長(zhǎng)、重量大，當(dāng)單元列車在重車線長(zhǎng)大下坡道運(yùn)行時(shí)，遇到網(wǎng)壓下降、電機(jī)故障、信號(hào)突變、自動(dòng)過分相故障、天氣不良等原因或司機(jī)操作方法不當(dāng)，萬噸重載列車在長(zhǎng)大下坡道循環(huán)制動(dòng)需要再充氣和預(yù)防縱向沖動(dòng)，在列車調(diào)速制動(dòng)過程中，導(dǎo)致車鉤力和縱向沖動(dòng)的劇增，甚至出現(xiàn)車鉤折斷的可能性。同時(shí)由于列車縱向沖動(dòng)增加，制動(dòng)系統(tǒng)所需的再充氣時(shí)間就增長(zhǎng)，列車無法有效控制運(yùn)行速度；隨著列車編組輛數(shù)的增加，空氣管系的阻尼作用和充氣容積的擴(kuò)大必將引起再充氣速度的進(jìn)一步緩慢。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果萬噸單編列車在最小空氣制動(dòng)減壓量（50 kPa)條件下的尾部再充氣時(shí)間應(yīng)當(dāng)在5 min 左右，因此需要避免由于再充氣不足導(dǎo)致的列車制動(dòng)力衰減問題。

再者重載列車重量大、編組車輛數(shù)多、車體很長(zhǎng)，列車需要制動(dòng)或緩解時(shí)，前后部車輛制動(dòng)與緩解的時(shí)間差較大，造成了縱向沖擊力的加大。此外，由于輛數(shù)多、列車長(zhǎng)，列車制動(dòng)管總?cè)莘e加大，造成初充氣時(shí)間長(zhǎng)，且沿列車管長(zhǎng)度方向有較嚴(yán)重的“衰減”。列車的制動(dòng)延時(shí)也越長(zhǎng)，對(duì)列車的制動(dòng)效能影響就越大。神朔鐵路10 km 左右的連續(xù)下坡區(qū)間內(nèi)，由于距離過長(zhǎng)而不可避免地需要多次重復(fù)作用。

3.2 三顯示下特殊困難區(qū)段開行單元重載列車存在的安全風(fēng)險(xiǎn)

神朔鐵路區(qū)間采用三顯示自動(dòng)閉塞，通過信號(hào)機(jī)有黃、綠、紅（U、L、H)3 種顏色燈光顯示。綠燈表示列車運(yùn)行前方至少有2 個(gè)閉塞分區(qū)空閑。黃燈表示列車運(yùn)行前方至少有1 個(gè)閉塞分區(qū)空閑。紅燈表示列車必須在該信號(hào)機(jī)前停車。神朔鐵路自開行單元萬噸列車以來，由于列車編組長(zhǎng)，重量大，當(dāng)在長(zhǎng)大下坡道運(yùn)行時(shí)，機(jī)車制動(dòng)一把閘停不住，列車帶閘走行距離基本在2 500 m 左右，一旦減壓放風(fēng)后，列車充風(fēng)時(shí)間不足，導(dǎo)致列車風(fēng)管不能快速達(dá)到貫通狀態(tài)，列車運(yùn)行中各種因素的巧合，導(dǎo)致列車不能控速，引發(fā)列車縱向沖動(dòng)，導(dǎo)致車鉤折斷。

當(dāng)列車運(yùn)行前方信號(hào)機(jī)顯示綠燈時(shí)，司機(jī)僅知道運(yùn)行前方至少有兩個(gè)閉塞分區(qū)空閑，不能精確掌握閉塞分區(qū)的具體數(shù)量，再者地面車載信號(hào)設(shè)備傳輸?shù)男畔⒘可?，致使在操縱列車時(shí)，不能良好地操作列車。因此不管區(qū)間0730 信號(hào)機(jī)顯示何種顏色燈光，列車都必須越過0730 信號(hào)機(jī)停車緩解，存在著極其嚴(yán)重的安全隱患。增加列車占用此區(qū)間的停留時(shí)間，降低鐵路企業(yè)的運(yùn)輸效率。三顯示自動(dòng)閉塞已不能適應(yīng)重載鐵路多拉快跑的要求。

4 解決方案

4.1 方案制定

4.1.1 方案一

局部升級(jí)“新-孤”閉塞分區(qū)自動(dòng)閉塞三顯示改造為四顯示方案論述如下。

局部進(jìn)行“新-孤”閉塞分區(qū)三顯示無絕緣移頻自動(dòng)閉塞升級(jí)改造為四顯示。工程量較大、投資費(fèi)用大、施工工期較長(zhǎng)，區(qū)間信號(hào)機(jī)需重新布置、需增加地面、車載設(shè)備綠黃（LU）信息碼顯示，室內(nèi)需新增組合柜，需重新改造區(qū)間閉塞分區(qū)電路、站內(nèi)電碼化電路、自閉區(qū)間結(jié)合電路、需增加三接近、三離去接近表示電路，增加站間聯(lián)系電路以及引起車站計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖軟件的修改等項(xiàng)目，并相應(yīng)地修改列車運(yùn)行監(jiān)控裝置(LKJ)數(shù)據(jù)。神朔線自動(dòng)閉塞存在兩種制式。

4.1.2 方案二

維持既有三顯示自動(dòng)閉塞制式不變，為“新-孤”閉塞分區(qū)車載設(shè)備增加L2、L3 信息碼。方案論述如下。

“新-孤”閉塞分區(qū)信號(hào)采用ZPW-2000A 自動(dòng)閉塞，上行有6 架通過信號(hào)機(jī)，7 個(gè)閉塞分區(qū)，維持三顯示制式不變，軌道電路長(zhǎng)度不變，區(qū)間信號(hào)機(jī)布點(diǎn)不變、增加地面車載設(shè)備綠2(L2)、綠3(L3)信息碼，修改區(qū)間編碼電路如圖1 所示，室內(nèi)結(jié)合既有電路，增加部分零散組合，修改新城川、孤山川站內(nèi)電碼化編碼電路、增加站間聯(lián)系電路信息以及室外需重新敷設(shè)1 條站間聯(lián)系的信號(hào)電纜等。相應(yīng)修改并增加LKJ 數(shù)據(jù)，機(jī)車信號(hào)的測(cè)試電路等。

圖1 “新-孤”站間地面、車載設(shè)備信息顯示關(guān)系圖Fig.1 Relation diagram of trackside and onboard equipment information display of between Xinchengchuan station and Fugu station

站聯(lián)電纜敷設(shè)因新城川至孤山川區(qū)間橋隧多、沿途山區(qū)蜿蜒曲折、站間長(zhǎng)，電纜溝開挖、敷設(shè)難度大。

此時(shí)“新-孤”閉塞分區(qū)各個(gè)信息碼表示的含義如下。

L 碼：準(zhǔn)許列車按規(guī)定速度運(yùn)行，機(jī)車信號(hào)顯示1 個(gè)綠色燈光，表示列車運(yùn)行前方至少有2 個(gè)閉塞分區(qū)空閑。

U 碼：要求列車減速到規(guī)定的速度越過接近的信號(hào)機(jī)，機(jī)車信號(hào)機(jī)顯示1 個(gè)黃色燈光，表示列車運(yùn)行前方有1 個(gè)閉塞分區(qū)空閑。

L2 碼：準(zhǔn)許列車按規(guī)定速度運(yùn)行，機(jī)車信號(hào)機(jī)顯示1 個(gè)綠2 燈光，表示列車運(yùn)行前方至少有3 個(gè)閉塞分區(qū)空閑。

L3 碼：準(zhǔn)許列車按規(guī)定速度運(yùn)行，機(jī)車信號(hào)機(jī)顯示1 個(gè)綠3 燈光，表示列車運(yùn)行前方至少有4 個(gè)閉塞分區(qū)空閑。

此處L2、L3 信息碼只提示司機(jī)精準(zhǔn)掌握列車運(yùn)行前方閉塞分區(qū)的確切個(gè)數(shù)。司機(jī)通過列車運(yùn)行監(jiān)控裝置可預(yù)先知道運(yùn)行前方空閑閉塞分區(qū)的確切個(gè)數(shù)?！靶?孤”站間地面、車載設(shè)備顯示信息關(guān)系如圖1 所示，“新-孤”站間維持既有三顯示編碼電路如圖2 所示。

4.1.3 方案三

維持既有三顯示制式不變，對(duì)“新-孤”閉塞分區(qū)上下行線分期施工，并為三顯示該閉塞分區(qū)增加L2、L3 信息碼。方案論述如下。

圖2 “新-孤”站間信息碼編碼電路擴(kuò)容改造圖Fig.2 Expansion diagram of information coding circuit between Xinchengchuan station and Fugu station

鑒于“新—孤”閉塞分區(qū)為上行重車線，下坡段、且坡度又長(zhǎng)又大；下行線為空車線，為上坡段。維持三顯示方案，只增設(shè)L2、L3 碼，電路改造，技術(shù)方案同方案2 論述。

4.1.4 方案比選

方案一：編碼符合《機(jī)車信號(hào)信息定義及分配》，機(jī)車可操控性和保證行車安全有很大提高。機(jī)車信號(hào)能反映前方至少3 個(gè)閉塞分區(qū)的空閑情況。經(jīng)過經(jīng)行計(jì)算，信號(hào)點(diǎn)重新布置，新城川至孤山川區(qū)間調(diào)整信號(hào)機(jī)顯示（黃綠紅U、L、H 燈位變更為綠紅黃L、H、U），室外敷設(shè)區(qū)間電纜。室內(nèi)新增區(qū)間組合柜，工程量較大，由于區(qū)間都采用ZPW-2000A 三顯示無絕緣移頻軌道電路，新城川至孤山川區(qū)間改為四顯示后，區(qū)間存在兩種制式標(biāo)準(zhǔn)，運(yùn)營(yíng)相對(duì)繁瑣。

方案二：地面、機(jī)車增加L2、L3 信息碼。室外增加站聯(lián)電纜，結(jié)合室內(nèi)電路，增加部分組合修改區(qū)間自動(dòng)閉塞編碼電路、站內(nèi)電碼化編碼電路，投資費(fèi)用低。雖然“L2 碼、L3 信息碼”符合《機(jī)車信號(hào)信息定義及分配》特殊定義，但神朔鐵路需制定機(jī)車管理辦法、操縱制度，以區(qū)別于不同線別的L2 碼、L3 碼，避免司機(jī)混淆。項(xiàng)目施工工期短，投資費(fèi)用較低。

方案三：較方案二費(fèi)用高一些，能夠在滿足機(jī)車運(yùn)行需要，同方案二，但LKJ 數(shù)據(jù)需修改兩次。

從上述三個(gè)方案比選不難看出，方案二是最佳最優(yōu)選擇，為此，神朔鐵路依照方案二，對(duì)“新-孤”閉塞分區(qū)重車線特殊困難區(qū)段的地面信息進(jìn)行擴(kuò)容升級(jí)改造，能夠?yàn)閱卧剌d列車乘務(wù)員精確掌握列車運(yùn)行前方閉塞分區(qū)的確切個(gè)數(shù)，提供技術(shù)上的支持和安全平穩(wěn)操縱機(jī)車的前瞻性、可操作性、可控性，緩解了司機(jī)的壓力，達(dá)到指路行車的目的。

5 方案實(shí)施

按照方案二，決定在新城川至孤山川區(qū)間軌道電路的ZPW-2000A 設(shè)備，為列車增加地面、車載信息，即綠2(L2)、綠3(L3)信息碼，修改站內(nèi)、區(qū)間電碼化編碼電路，如圖1、2、表1 所示。對(duì)新城川、孤山川上行正線接近電路、接發(fā)車電路和運(yùn)行監(jiān)控裝置均增加L2 和L3 信息，并增加部分零散組合，增加站間聯(lián)系電路信息，室外需另外敷設(shè)一條供站間聯(lián)系使用的信號(hào)傳輸電纜。當(dāng)機(jī)車收到運(yùn)行前方傳來的L2、L3 信息碼時(shí)，其列車運(yùn)行裝置的表示器只顯示1 個(gè)帶有L2 或L3 字樣的綠（L）色燈光。此時(shí)L2、L3 信息碼只表示列車運(yùn)行前方閉塞分區(qū)的空閑數(shù)量，不包含其他的含義。LKJ 收到的L2 或L3 信息碼，可預(yù)先知道運(yùn)行列車前方閉塞分區(qū)空閑的確切個(gè)數(shù)。此時(shí)三顯示自動(dòng)閉塞分區(qū)各個(gè)信息碼所表示的含義如表2 所示。

表1 “新-孤”閉塞分區(qū)地面、車載設(shè)備顯示關(guān)系表Tab.1 Relation table of trackside and onboard equipment display in Xinchengchuan-Fugu block section

表2 信息碼含義Tab.2 Meaning of information codes

6 方案效果

6.1 機(jī)車操縱安全平穩(wěn)，運(yùn)能提高

神朔鐵路通過對(duì)“新-孤”閉塞分區(qū)重車線特殊困難區(qū)段進(jìn)行地面信息擴(kuò)容升級(jí)改造，不僅確保司機(jī)能夠精準(zhǔn)掌握列車運(yùn)行前方閉塞分區(qū)的具體數(shù)量，而且減少了機(jī)車乘務(wù)員對(duì)列車制動(dòng)的頻繁操作，有利于機(jī)車乘務(wù)員平穩(wěn)操控列車，避免運(yùn)行至特殊困難區(qū)段產(chǎn)生制動(dòng)，保持列車在特殊困難區(qū)段車站勻速平穩(wěn)運(yùn)行，減少操作失誤，整體把控機(jī)車運(yùn)行，為機(jī)車的安全運(yùn)行提供了基礎(chǔ)保證，并提高區(qū)間通過能力，通過技術(shù)手段徹底解決長(zhǎng)大下坡道對(duì)“3+0”重載列車運(yùn)輸瓶頸的制約，實(shí)現(xiàn)特殊困難區(qū)段長(zhǎng)大下坡道運(yùn)行單元萬噸重載列車重大安全風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)控，降低列車制動(dòng)使用頻率，大大降低因制動(dòng)機(jī)使用不合理導(dǎo)致的突發(fā)事件發(fā)生。增加運(yùn)輸能力，避免區(qū)間圖停的發(fā)生，縮短區(qū)間運(yùn)行時(shí)間，避免因單元重載列車自動(dòng)機(jī)使用不當(dāng)引發(fā)的列車斷鉤分離事故，保證行車安全。增加列車行駛的安全性和舒適性并填補(bǔ)重載鐵路特殊困難區(qū)段開行單元萬噸重載列車的技術(shù)空白。

6.2 運(yùn)量屢創(chuàng)歷史新高，神朔鐵路經(jīng)濟(jì)效益創(chuàng)收不菲

三顯示特殊困難區(qū)段長(zhǎng)大下坡道信息碼擴(kuò)容改造前，單元重載列車需要進(jìn)行停車緩解操作，區(qū)間圖停7 min，如果按運(yùn)行25 列單元重載列車計(jì)算，則圖停175 min；對(duì)照萬噸列車13 min 開行追蹤間隔，至少每天多運(yùn)行13 列“3+0”單元萬噸重載列車。按一年365 天計(jì)算，則神朔線年運(yùn)量最少提高365×13=4 745 萬t。目前，神朔鐵路單元萬噸重載列車已開行至32 列。神朔鐵路在現(xiàn)有三顯示自動(dòng)閉塞條件下，運(yùn)能運(yùn)量開創(chuàng)歷史新高。每年至少創(chuàng)收18.87 億元經(jīng)濟(jì)效益。

6.3 運(yùn)能前景展望

在現(xiàn)有三顯示條件下，通過對(duì)特殊困難區(qū)段進(jìn)行信息碼擴(kuò)容改造，預(yù)計(jì)神朔鐵路的運(yùn)量還會(huì)屢創(chuàng)新高，加快推進(jìn)神華鐵路的一體化進(jìn)程，緩解神朔鐵路的貨物運(yùn)輸壓力，而且也能提高當(dāng)?shù)厝嗣竦纳钏?，為社?huì)和全體員工創(chuàng)造效益，并真正實(shí)現(xiàn)三顯示下特殊困難區(qū)段單元重載列車“指路行車”的目的。