山区电气化铁路列尾装置的应用

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【摘要】本文分析了山区电气化铁路400M列尾信道盲区产生的原因及解决措施，通过试验、上线运用，总结了双信道（400MHz+400KHz）列尾装置，利用高频通信和感应通信互补方式，克服了山区电气化铁路高频弱电场造成列尾信道“盲区”现象，保证了机车与尾部主机之间的可靠通信。
【关键词】列尾装置盲区措施双信道
一、列尾装置及作用
1.1何为列尾装置
列尾装置是列车尾部安全防护装置的简称。列尾装置是用于货物列车取消守车后，综合应用计算机编码、无线遥控、语音合成、计算机处理技术，为保证列车运行安全而设计的安全防护设备，也是重要的铁路行车设备。
1.2列尾装置的作用
使用列尾装置，机车乘务员操作列尾司机控制盒能够及时准确地掌握列车尾部风压；当列车尾部风管因非正常泄露低于规定限值时，该设备可以自动报警；当车辆折角塞门被意外关闭时，机车乘务员可操纵列尾司机控制盒进行尾部排风辅助制动，以防止列车“放”事故；该设备还可兼作列车昼夜尾部标志的功能。
1.3列尾装置是保证列车运行安全的重要行车设备
2011年3月22日，点岱沟车站关闭折角塞门向区间发出列车的铁路交通事故中，列尾装置发挥了设备保安作用，避免了更大事故的发生。（注：2011年3月22日， D162次列车由点岱沟车站7道开车运行至点岱沟车站至龙王渠车站间DZK6+885处时，司机进行试闸，发现不制动，列车速度不降反升。列车速度达到39Km/h时，司机使用列尾装置排风进行制动，14时05分，列车停于DZK6+007处。）
二、大准铁路的线路状况
大准铁路是国家“八五”计划重点建设项目———准格尔项目三大主体工程之一，是神华铁路运输网的重要组成部分，是鄂尔多斯东部地区煤炭外运的主干线。大准线东起山西大同市燕庄站，西至内蒙古鄂尔多斯准格尔旗薛家湾镇点岱沟站，全长264.467公里。全线处于内蒙古高原与黄土高原交界地带，地形地貌复杂，有长大隧道26处，大型桥梁35座，自西向东重载列车开行方向有坡度为13‰的长大上坡道，最小曲线半径为400米，具有山区电气化铁路的明显特点，无线通信弱场区占线路总长的40%左右。
三、山区电气化铁路400M列尾信道传输盲区产生的原因
四、解决弱场问题的主要措施
列尾信息传输的主要任务是完成列车首尾间的数据通信，对于平原开阔地段基本上能满足通信，但在山区复杂线路就存在较多盲区，可通率明显降低，国内目前解决列尾装置弱场问题大多采了以下几种方式：（1）地面中继方式。通过无线列调漏缆、区间中继器、互控台等进行转发。此方式虽不增加列尾设备投资，但列尾首尾间的通信依赖大量无线列调地面中继设备，与无线列调同频工作，相互干扰较大，使用效果并不理想。区间机车联控好时，列尾却未必畅通，时常出现途中通不上，按故障要令，但入段后检测是列尾指标都正常。所以列尾通信质量好坏，有一半取决与小三角通信的质量。（2）中继列尾方式。如现大秦线和南昆线，在列车中间部位加装列尾装置中继器，列尾中继方式是根据线路状况和列车长短，出发前，在列尾中部增挂中继列尾设备。此种方式无论是采用450MHz或800MHz频段，对山区线路列尾通信质量的改善，不同的线路效果不一样，不同的车列效果不一样，尾部信息的返回率约80%～90%。配置时需增加约一倍的作业人员，摘挂作业很不方便。（3）双信道（400MHz+400KHz）方式。如宝成线的宝广段、襄渝线、成昆线中段、神朔线等。
五、双信道列尾装置保证了大准线山区电气化铁路机车与尾部之间的信息传递的可靠通信
5.1信息传递的可靠性
利用高频通信和感应通信互补方式，克服了山区电气化铁路高频弱电场造成列尾信道“盲区”现象，保证了货物列车的安全运行。通过双信道、双收双发、双向数传方式实现了机车与尾部通信。
400KHz信道将感应信号通过接触网导线传送到目的地（尾部主机），信号传递不受山区、隧道的影响，只要有接触网的地方就有可能接收到信息，一般传输距离在3至7公里，中间不需要对信号进行中继放大的优点来填补400M易受山区、隧道等地理环境等影响传输距离的缺点，利用400M电台是视距传播辐射，平原地区传输效果好、抗干扰能力强、电路集成度高设备运行稳定的优点，来弥补400K在大站场内接触网分流使信号减弱、易受到其它用电器的电磁干扰的缺点，形成优缺互补格局，实现了机车与尾部主机之间的可靠通信。
5.2双信道列尾装置主要功能
（1）采用了“双向数传”技术。即机车与列尾主机之间的双方向通信全部使用数字编码，从而缩短了占用列车无线调度通信设备信道的时间，减少了列尾装置与列车无线调度通信设备之间的相互影响。（2）列尾主机和司机控制盒配合具有列尾作业“黑匣子”数据记录功能，在配套设备的支持下，可再现列尾作业全过程；（3）列尾主机传感器故障告警；（4）列尾主机“零风压”报警，用于提示列车分离（车钩脱、断）等原因引起的列车制动骤然断开的不安全状况；（5）列尾主机抗震动瞬间断电保护，在电池瞬间断开时不消除“一对一”关系；（6）列尾主机运行中电池欠压报警；（7）司机控制盒数码显示机车号、风压、电池容量、设备状态；（8）实现双信道的双收双发功能，解决了某一信道故障后，另一信道仍能保证列尾装置正常工作。（9）数传+语音调制方式，以数字显示和语音提示互补方式反馈列尾信息，弥补了因信噪比不足影响误码问题，使列尾信息能及时反馈给司机。
5.3双信道列尾装置组成
由固定在机车司机控制室的司机控制盒和安装在列车尾部的列尾主机及其附属设备组成。
5.4双信道列尾装置主机结构
双信道列尾主机由主控板、闪光板、电磁阀、传感器、400M电台、400MU型天线、400K感应电台、400K环形天线、风管及接头、7.2V/10Ah的专用数字锂电池组、底座等构成，各部分之间是通过机壳、支架、电源接触板以及排线等方式进行机械与电气上的连接，主控板是主机的核心分。
5.6双信道（450M+400K）列尾装置试验
随着大秦线万吨列车的开行，大准铁路及时进行了万吨站扩能改造，线桥隧改造加固，牵引变电所增容改造，机车同步牵引实验等一系列工作，列尾信息传递（可通率）能否满足要求是试验的一项重要内容。
5.6.1静态试验
2006年2月10日在点岱沟车站进行，在前后距离1550米，列尾主机在列车尾钩正常连挂，重联机车均升弓，劈相器和鼓风机均打开，本务端操作司机控制盒查询尾部风压，记录尾部风压返回情况，通过20次尾部风压查询，返回19次数字信号和1次模拟语音信号，信号传输可通率95%。
5.6.2动态试验
2006年3月25日、26日，3月29、30日和4月26日、29日，先后进行了万吨列车的牵引试验。按每分钟查询一次，进出站各一次，隧道和弯道等重点区段多试的原则进行列尾动态试验。首次试验效果并不理想，隧道和弯道近30%不通；在燕庄站发车时，400K返回语音断续；400M因与国铁无线列调同频受干扰较大造成解码低。返回后，对机车电台、列尾电台与控制板接口指标重新进行了测试调整，如调制频偏和SP接收等。解决上述问题后，在第二次试验中，上行共查391次，返回387次，可通率达99%（其中有5次虽然没解码，但模拟语音清晰）；下行单400KHz信道，除在北黄土沟站过分相处（后查属高频过相装置故障）、黄河大桥、燕庄车站（两侧股道有列车通过时）共有三次例外，其它每次查询都能及时返回信息并解码，可通率也达99%，双信道可通率也超过99%，仅2次语音断续未听清。5月18日、20、23、27日，有进行了四次添乘试验，进一步检验信息传输的可通率和设备的稳定性，除2次中途出现电池欠压报警（在前方站更换电池后恢复正常）外，其它区段均畅通。
5.7双信道列尾装置故障排查内容
日常工作中要加强列尾装置隐患排查力度，确保设备安全、可靠运行。排查内容如下：（1）列尾主机电池电压及容量是否在标准范围值内，与主机接触是否良好。（2）列尾主机天线发射（接收）场强是否良好，各部件连接是否紧固，外观状态有无损坏、异常现象。（3）列尾主机输入机车号是否正确，是否有两台以上列尾主机输入了同一机车号码。（4）列车更换本务机车后，列尾主机原有的机车号码是否消号成功。（5）列尾主机号码是被本列本务机车确认，还是被非本务机车抢走。（6）列尾司机控制盒确认主机是否正确。（7）无线列调电台和列尾确认仪是否存在常发射与同频干扰问题。（8）换挂、重联机车司机消号、确认时机、风压及按键间隔时间操作是否标准。（9）列尾机车设备的号码与机车本身的号码是否一致。（10）是否有多台机车在同一站场同时进行消号、确认操作。（11）故障发生地区场强环境是否满足列尾信号传输条件。（12）周边地区是否存在较强或不定时的信号干扰源。（13）列尾主机在检测台上检测的各项数据是否正常，检测结论是否合格。（14）查看列尾主机“黑匣子”运行数据。（15）查看列尾司机控制盒“黑匣子”运行数据。
5.8双信道列尾装置运行结论
从2006年至今，经过多年时间上线运用证明，双信道列尾装置采用400MHz+ 400KHz双重场强覆盖，双信道互补，场强覆盖率达到95%以上，解决了山区电气化区段弱场区的通信问题，在不增加设备、不改变列尾作业程序和作业量的情况下，充分发挥了列尾装置在山区电气铁路的保安作用。
六、开行2万吨列车列尾装置展望
做为连接巴准、准池线的大准铁路，要更好地发挥枢纽通道的作用，适应前方通道（朔黄铁路）对货物运输能力的需求，仅仅依靠开行万吨列车，是不可能完成的。
目前大准铁路采用重联线方式传输解决机车同步操纵问题，此技术仅适合于单元万吨列车开行。若开行两万吨列车，必须解决机车无线同步操纵技术。我国曾采用传统机车车辆制动机成功开行过万吨列车和2万t列车。大秦线开行的2万t货物列车，在车辆采用120型空气制动机技术的基础上，机车采用了美国GE公司的空气制动同步操作Locotrol技术。
现大秦线正在使用的是北京中铁公司研发的一种可控列尾装置，其基本功能是：当司机操纵列车空气制动装置对列车进行制动减速时，可控列尾装置根据来自LKJ的列车管减压量信息，由列尾控制盒生成控制指令，通过GSM-R网络及LOCOTROL地面应用节点（AN）、控制列尾主机在列车尾部对列车管同步减压。当减压量达到给定值时，停止减压。
随着新技术的采用与科学技术的不断发展，将来的列尾装置将是向着体积小、重量轻、操作简便、功能更齐全、稳定性和可靠性高等方向发展，为重载2万吨列车的正常开行提供更有效、更安全保证，发挥着更重要的做用。
参考文献
[1]曲星照，苟天戈.列尾装置与列尾作业员[M].北京：中国铁道出版社，2007.9
[2]耿志修.大秦铁路重载运输技术[M].北京：中国铁道出版社，2009.3