大秦线开行2万吨重载组合列车系统集成与创新

大秦线开行2万吨重载组合列车系统集成与创新耿志修：铁道部，副总工程师兼科学技术司司长，北京，100844摘要：大秦线是我国第一条双线重载电气化运煤专线，承担着全国铁路18％的煤炭运量。开行2万t重载组合列车涉及很多技术难题，采用LOCOTROL技术必须解决好“山区铁路通信可靠性、长大下坡道周期制动、长大列车纵向冲动”三大技术难题。铁道部先后安排60多项科研项目，自2004年起经过三个阶段、上百次试验，实现了大秦线开行2万t重载组合列车的技术创新、体系创新和运输组织创新，在运量和运输收入、装备水平等方面显著提高。关键词：重载运输技术；重载组合列车；机车无线同步操纵；GSM-R；大秦线2003年，铁道部党组根据党中央、国务院的要求，为缓解煤电油运紧张状况，作出了在大秦线开行2万t重载组合列车、大幅度提高大秦线运输能力的重大决策。通过系统集成与创新，2006年3月28日，大秦线正式开行了2万t重载组合列车，标志着我国铁路重载运输技术达到世界先进水平。1需求牵引，科学决策大秦线是中国第一条双线重载电气化运煤专线，西起北同蒲线的韩家岭站，东至秦皇岛地区的柳村南站，全长653km。1985年开工建设，一期、二期分别于1988年和1992年底投入运营。2002年，大秦线达到了年运量1亿t的设计目标。作为我国重要的煤炭运输通道，大秦线承担着全国铁路18％的煤炭运量，负责全国六大电网、五大发电公司、380多家主要发电厂、十大钢铁公司和6000多家企业生产用煤和民用煤、出口煤的运输任务。为从根本上提高大秦线的运输能力，2003年末，铁道部党组作出了加快大秦线重载技术创新和扩能改造、快速提高大秦线运输能力的重大决策。科学论证表明，开行2万t重载组合列车，提高列车牵引重量，是大幅度提图1大秦线煤运通道高运输能力的最优选择。2万t重载组合列车净载重16800t，如每天开行24．5对列车，即可达到年运量1．5亿t；每天开行49对列车，可实现年运量3亿t；每天开行70对列车，可实现年运量4亿t。不仅全面提高了大秦线的运输能力，而且可提供充足的综合施工、维修天窗。2003年12月，铁道部组织考察组对美国和南非铁路重载技术进行了考察，对当今世界上先进的重载技术即机车无线同步操纵技术(LOCOTROL)和有线电控空气制动技术(ECP)进行了对比分析。认为采用GE公司的LOCOTROL技术开行2万t重载组合列车，更符合中国铁路路情和大秦线运输实际，技术可行，经济合理，安全可控。2科研试验，集成创新大秦线开行2万t重载组合列车是一项复杂的系统工程，涉及到很多技术难题。2万t重载组合列车长达2672m，大秦线地处山区，隧道多，坡道大，采用LOCOTROL技术开行2万t重载组合列车，必须解决好“山区铁路通信可靠性、长大下坡道周期制动、长大列车纵向冲动”三大技术难题。2.1科研试验铁道部先后安排了60多项科研项目，以攻克三大技术难题为主要目标，在列车同步操纵、无线数据传输、牵引、制动技术、车辆重载技术、基础设施强化技术、牵引供电强化技术、重载运输组织技术、重载组合列车优化操纵、综合维修技术等方面开展了一系列技术创新工作，形成了大秦线2万t重载组合列车重载运输技术体系。在铁道部的组织下，自2004年起进行了3个阶段、上百次试验(其中综合试验26次)，对大秦线开行2万t重载组合列车进行了系统集成创新。目前已掌握了3种编组开行方式的技术。图2重载运输技术体系(1)采用4台SS4机车进行4×5000t重载组合列车综合试验。LOCOTROL技术在世界各国重载运输中已应用30多年，安装了7000多台机车，均以5000t列车的长度为基本单元开行重载组合列车。由于原来采用的450MHz数据电台在山区隧道地区传输距离仅为650m，为满足大秦线运输需求，铁道部采用800MHz数据电台作为无线传输平台，首次实现了800MHz数据电台与LOCOTROL技术的系统集成，传输距离达到790m，满足了机车间通信的要求，同时实．现了SS4机车与LOCOTROL技术、CCB－Ⅱ制动机的系统集成，实现了对SS4机车、新型C80车辆、机车自动过分相设备}的改造和试验验证。自2004年开始，进行了4×5000t重载组合列车综合试验。2004年12月12日，试验成功了中国第一列2万t(4×5000t)重载组合列车。(2)采用4台SS4机车进行2×10000t重载组合列车综合试验。大秦线有46个万吨装车点和8个2万t装车点，为了满足运输需要，提高运输效率，需要开行万吨单元列车组成的2万t重载组合列车。自2005年开始，通过科学论证、系统集成、综合试验，在世界上首次实现了LOCOTROL技术与GSM－R技术的结合，成功进行了2×10000t重载组合列车综合试验，标志着中国铁路重载运输技术达到世界先进水平。为了最大限度地利用资源，2006年5月，按照车站到发线有效长度进行了2×10500t综合试验(210辆C80)，每列2万t重载组合列车可增加l000t重量。(3)采用2台和谐型机车开行2×10000t重载组合列车。2007年5－7月，成功进行了用2台大功率和谐型电力机车加可控列尾装置牵引2万t重载组合列车的综合试验，开创了世界铁路重载史的新篇章。采用2台大功率和谐型机车牵引2万t重载组合列车，减少了机车台数，提高了运输效率和经济效益。图3大秦线重载组合列车编组开行方式2.2工程改造为满足大秦线开行2万t重载组合列车的需要，对大秦线牵引供电系统进行了增容改造，强化了路基、轨道、桥梁等基础设施，将13个站场到发线延长到2800m，加强和完善了GSM－R无线双网系统，配套改造了信号设备。大秦线分散自律调度集中系统(CTC)计划2007年底建成投入使用。大秦线CTC系统的开通使用，将进一步提升铁路装备水平，提高运输效率。2.3创新成果通过2万t重载组合列车的开行，在以下几个方面实现了创新。2.3.1技术创新一是系统集成创新。在世界上首次实现了LOCOTROL技术与GSM-R技术的结合，并成功应用于2×10000t重载组合列车。把LOCOTROL技术由过去的点到点通信传输，发展为系统网络通信传输，解决了机车间通信距离限制的关键问题，标志着我国铁路重载技术上了一个新的台阶，为世界铁路重载技术的发展作出了贡献。二是首次实现了采用2台和谐型大功率机车加可控列尾的方式，开行2万t重载组合列车，是世界重载技术的又一次创新，开创了世界铁路重载史的新篇章。三是在世界上首次实现了800MHz数据电台与LOCOTROL技术的结合，并成功应用于大秦线4×5000t重载组合列车，使通信传输距离由450MHz的650m提高到800MHz的790m，进一步拓展了LOCOTROL技术的应用领域。图4采用单套LOCOTROL系统与机车结合示意图四是首次采用单套LOCOTROL系统与SS4机车结合，实现了主控机车双端同步操纵控制功能。与GE公司推荐的方案相比，200台SS4机车仅设备改造就节约资金1亿元。五是首次系统采用了重载车辆及重载配套技术。为大秦线设计生产了C80重载货车，加装了120—1制动阀和中间牵引杆，在SS4机车上加装了E级钢车钩和大容量弹性胶泥缓冲器，纵向冲击力减少35％。六是首次采用机车自动过分相装置。自主研制的机车自动过分相装置确保了重载组合列车安全平稳运行。2.3.2体系创新在大秦线开行2万t重载组合列车技术创新的过程中，探索了以政府为主导、市场为导向、企业为主体、产学研用相结合的技术创新体系。一是充分发挥了铁道部的政府主导作用，组织2万t载组合列车相关重大科技项目的实施。部领导多次作出重要批示，亲自指挥重载试验，部机关各部门紧密配合，根据大秦线运输的需要，不断推进系统集成创新，优化重载列车开行方案。二是充分发挥企业在技术创新中的主体作用，开展产学研用联合攻关。在铁道部统一指挥下，北京铁路局、太原铁路局、大秦铁路股份有限公司发挥主体作用，积极与北京交通大学、铁道科学研究院、通号集团公司设计研究院、中国南方机车车辆工业集团公司、中国北方机车车辆工业集团公司、北京首科中系希电信息技术有限公司等单位联合，组成了产学研用联合体，与GE公司、华为技术有限公司等企业共同开展技术创新工作，成功实现了大秦线2万t重载组合列车的系统集成创新。大秦线开行2万t重载组合列车的技术创新实践，为完善我国铁路科技创新机制进行了成功探索。2.3.3运输组织创新一县优化了运输组织。大秦线在世界上首次采用4台机车1+2+1的方式、2台和谐型大功率交流传动电力机车1+1+可控列尾的方式，开行2×10000t重载组合列车，符合大秦线运输特点，具有运输效率高，制动性能好，纵向冲动小，安全平稳等特点。二是实现了集疏运一体化。2×10000t重载组合列车，满足了大秦线46个万吨和8个2万t装车点的需要，缓解了湖东站的编组压力。2万t装车点可开行点对点的重载组合列车，充分发挥了先进技术装备的优势，构建了集疏运一体化的格局，大幅度提高了运输效率和效益。3运力提升，效益显著3.1运量显著提高2002－2006年，大秦线运量从1亿t提高到2．54亿t，已成为世界上年运量最大的铁路，2007年运量预计将达到3亿t，相当于又新建了2条大秦线。从2006年3月28日正式开行2万t重载组合列车，到2007年8月底累计运量已达到1．254Lt。目前，大秦线每日开行2万t重载组合列车25对左右，年运量超过1．54Lt，已高于国外重载铁路的年运量。图62020年煤运基地铁路运输通道3.2装备水平显著提升大秦线2万t重载组合列车的开行，显著提升了我国重载装备水平，不仅为大秦线运量大幅度提高奠定了坚实的技术基础也为《中长期铁路网规划》中其他铁路煤运通道建设起到了示范作用。3.3运输收入显著增长大秦线运输收入从2002年的79亿元增加到2006年的161亿元，增加了103．8％，预计2007年将达到172亿元。开行2万t重载组合列车，大幅度压缩了全周转时间，降低了运营成本，提高了运输效率和效益。3.4社会效益十分显著开行2万t重载组合列车，提高大秦线运输能力，对缓解全国煤电油运紧张状况，促进国民经济持续健康快速发展具有重要意义。目前，大秦线每天开行25对2万t重载组合列车，年增运煤炭7000多万t，可多发电1500亿kW．h。随着和谐型大功率交流传动电力机车的陆续投入运用，2万t重载组合列车开行对数将进一步增加。大秦线已成为煤运通道重载运输的示范性工程、既有线扩能改造的样板性工程和铁路发展的标志性工程。大秦线开行2万t重载组合列车系统集成与创新的成功实践表明，树立学习型、开放型、全球型的观念，充分发挥比较优势、后发优势、体制优势，根据国情、路情，树立以我为主的思想，坚持把原始创新、集成创新和引进消化吸收再创新有机结合起来，全面增强自主创新能力，是快速提升我国铁路技术装备水平、快速提高运输能力、加快实现中国铁路现代化的正确选择。2009年，铁道部将与国际重载运输协会共同主办世界重载运输大会，向世界展示中国铁路的重载理念和技术。