HXD1C型机车无电区自走行装置运用与维护

摘要 南宁南机务运用段目前有25台HXD1C型机车担当货运主力机型。在南宁南整备作业区以及防城港整备作业区当前整备棚内并未搭建电力贯通线，电力机车无法直接升弓进入整备棚进行整备作业，在投入电力机车运用时，整备作业依靠内燃机车进行库内调车摆渡，极大影响机车整备效率。文章针对当前整备效率问题提出在机车上加装无电区自走行装置方案。充分利用钛酸锂电池蓄电储能、超级电容放电能力强的特点，满足了机车牵引变流器在进行出入库操作时对车载电源装置的需求。有效解决HXD1C机车原有的出入库操作繁琐、占用整备作业时分长、安全性差的问题。

关键词 机车整备;改进;储能;移车

中图分类号 U264.4 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2022）06-0071-04

引言

当前中国铁路机务系统大多数地区的机务段，在HXD1C型电力机车整备区搭建的整备作业平台均为25万kV电力线贯通的三层作业平台[1]。其优点是当电力机车入库进行整备作业时，能直接可以升起受电弓取流进入整备台位进行整备作业;缺点是三层整备作业平台顶部的25万kV的电力贯通线通过整备棚后，整备作业的安全系数下降。当作业人员进入整备区进行机车整备作业时，需要登顶作业必须对高压电进行断闸判断，否则容易受到电击伤害，危及生命安全。所以针对当前HXD1C型电力机车整备作业登顶作业安全控制，需要设计出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，进一步确保整个机车整备作业的安全。

1 HXD1C型机车无电区自走行装置设计背景及原理

1.1 整备作业当前现状

目前南宁南机务运用段两个主要整备区无电力贯通线的整备作业机车的牵车出入检修、整备作业库区的优化方法有以下几种：

一是采用内燃调车机来进行。这是最常用的方式。但是这种方式存在的最大问题就是调车机需要不停地转线作业，效率很低，造成燃油单耗上升，也不环保。

二是通过拖线式向机车提供电压恒定的直流电源，加载至机车牵引逆变器的直流电压环节，再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，且当前市面上设备大多数不能兼容直流传动机车与交流传动机车的牵引，且故障率较高，埋地线长时间经过大电流容易产生故障，需要挖地布线或进行重新焊接，工程量较大（如图1）。

三是专用的公铁两用牵引车。这种方式的问题在于牵引车的采购单价较高，保养维护的成本也高，对驾驶人员的素质要求较高，对于周边的环境条件有一定的要求。而且一旦进入轨道也需要不断地转线作业，效率与调车机相比并未提高，且更适用于机车库修作业而不是机车整备作业。（如图2）

1.2 HXD1C型机车无电区自走行装置的结构组成

以HXD1C型机车为例，从该车型的主电路中可以看出，在牵引变流器上有专用的库用开关。当=31-S02库用开关转至库用位时，主牵引变流器的中间直流环节就接通了车身上的DC600V插座。无电区自走行装置就是利用这个电路为牵引变流器提供车载的DC600V的电源，从而使得机车牵引变流器的出库入牵引功能得到了应用[2]。

如图3所示，无电区自走行装置由电源模块、钛配锂电池组、升压模块、超级电容模组和输出模块组成。

锂电池充电模块用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/蓄电池的功率，A模块设计的典型功率为1 kW，长时间小电流持续为锂电池补充能量，保证牵车的电量储备。根据锂电池的电压分段，A模块充电控制模式分为恒功限流充电、恒压限流充电。由于锂电池为能量密度储能器件，移车所需的能量主要保存在锂电池内，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。锂电池的过压、过温保护在系统中实时监控。如果有故障，系统能做出相应的故障响应。

超级电容充电模块用B模块表示，B模块为升压电路，典型功率为6 kW，由于机车牵车动作逆变器的特性，同样对B模块过载能力和控制有要求。根据电压分段，充电控制模式分为恒流充电、恒压充电，工作制为间歇性工作制。超级电容放电时能量释放能力强，提供机车启动能量。超级电容的过压、过温保护在系统中实时监控。如果有故障，系统能做出相应的故障响应。

C模块为输出模块，功率典型值为12 kW，过载能力要求达到45 kW。C模块直接与牵引逆变器、第5牵引电机连接，由于该装置的运行工况在无电区，因此C仅在无电区牵车启动时工作，为短时间工作。一次移车工作后，超级电容和锂电池储存的能量如果消耗过大，装置由机车110 V或其他列车控制电压重新充电，直到满足下次移车能量需求，方可启动。考虑到冗余，超级电容和锂电池设计时满足两次或两次以上的机车牵行100 m的能量，或者单次300 m的，甚至机车重联运行一次100 m的能量（如图4）。

1.3 安装与线路的改造

以HXD1C型机车为例（如图5），无电区自走行装置安装在机械间内原工具柜位置，原工具柜拆除。微波炉放置于自走行装置柜体上。原工具柜内部存放两双铁鞋、若干工具杂物，其他层暂时空置，将其改装成工具盒，满足以上物品的存放。

车载自走行装置输入端连接至蓄电池或充电机输出位置，输出端连接至600 V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10 A。

2 HXD1C型机车无电区自走行装置日常操作及故障维护

2.1 装置基本操作

在装置上有一个触摸屏显示各种信息，其中主界面提供装置状态的基本信息。左侧数字显示为C模块输出电压值，电机动画显示为C模块是否处于移车模式。输入电压显示為电池电压，输入电流显示为电池充电电流，输出电压显示为C模块输出电压，输入电流为C模块输出电流。中间横条框显示为最近的故障信息，无故障时显示“非操作人员请勿触碰显示屏”。通信连接指示灯显示各模块与触摸屏是否进行通信连接;运行状态指示灯显示各模块的运行状态，运行时为浅绿色，故障时为红色。电池标志显示为钛酸锂电池剩余电量。“移车”“停止”按钮可实现无电区自走行装置移车状态的启停操作（如图6）[3]。

2.1.1 机车准备必须满足的条件

（1）自走行装置已储存足够能量，满足牵车的能量条件（建议用户界面电量显示大于70%）。

（2）机车满足制动所需的气压条件（大于750 kPa），或者外部具备机车制动的条件。

（3）主断断开，禁止升弓。

2.1.2 移车操作

切换600 V库用开关，将自走行装置输出连接的600 V库用开关=31-S02切换至库用位。启用牵引电机风机将牵引风机开关5闭合，其他牵引风机开关1、2、3、4、6均断开。启动无电区自走行装置在机车完成上述操作后，启动无电区自走行装置，触摸屏显示用户界面。按“2.2.2. 快捷移车”进行操作，则设备会进入牵车准备阶段，输出600 V给牵引逆变器中间电压充电，约10 s达到600 V。将机车模式转换开关=21-S54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，在司机屏幕上检查主变流器中间直流电压，其中一个升至600 V左右（如图7）。

缓解制动按照正常机车工作程序操作缓解制动。操纵手柄进行移车动作，即可进行移车。注意：库内限速为5 km/h，不要超速工作，否则牵引逆变器会转到保护模式（即：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进行机车制动;点击无电区自走行装置用户界面的“停止”按键，停止输出600 V;断开无电区自走行装置输入端连接的110 V开关; 将开关=21-S54切换至正常模式;将库用开关=31-S02切换至正常位;微机显示屏上显示信息“正常运行”。

2.2 故障分析与排除

无电区自走行装置在使用过程中，可能会出现的故障主要分为软件故障与硬件故障两类。软件故障有：输入欠压故障、输入过压故障、输入过流故障、过热故障、输出过压故障、输出过流故障、通信中断故障、开机输入欠压故障。硬件故障有：驱动故障、硬件过流。在设备故障情况下，检查故障类型。如果系统出现软件故障，可以通过操作显示屏“故障”界面对应故障模块中的“故障清除”，来消除故障。如果故障仍未能够消除，检查外围系统条件是否在合理范围内。

2.3 保养与维护

按照HXD1C機车的检修修程，执行机车设备检修与保养工作。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、超级电容仍然有高压，检修时须做好防护，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进行更换，不得擅自用其他器件替代。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]。

3 结语

南宁南机务运用段25台HXD1C型机车通过加装无电区自走行装置后，在南宁南整备点以及防城港整备点和谐型机车整备作业时分平均一台优化调车作业时间约20 min，提升两个主要整备点的整备作业效率近20%，也消除了库内登顶作业电击隐患，为生产运输提供了强有力的保证。

参考文献

[1]铁道部. HXD1C型电力机车[S]. 北京：中国铁道出版社， 2012.

[2]中国中车. HXD1C型电力机车使用维护说明书[S]. 株洲：中国中车， 2017.

[3]高首聪， 刘可安， 李鹏. HXD1C型电力机车电传动系统设计及运用[J].机车电传动， 2012（2）： 70-74.

[4]株洲南车时代电器股份有限公司.HXD1C型电力机车电器系统故障处理手册[S]. 株洲：南车株洲电力机车研究所有限公司， 2011.

收稿日期：2022-01-06

作者简介：曾真（1986—），男，本科，工程师，从事中国铁路机务系统机车检修、技术方面工作及研究。