铁路节能环保与安全卫生２０１７年第７卷第５期 文章编号：２０９５－１６７１ｆ２０１７）０Ｓ－０２４６－０４ 铁路空调客车整备检修地面电源的 运用特点和节能方法研究 张晶华 （哈尔滨铁路局计划统计处，黑龙江哈尔滨摘要：空调客车是铁路主要客运车辆．在运用过程中 １５Ｏ０Ｏ６） （ＤＣ６ｏｏ Ｖ） 实行定期检修和运用维修。需要不同类型的地面电源供 电。本文主要介绍了我国普通空调客车类型，通过调研 分析总结了空调客车整备检修地面电源的类型和运用特 点；针对地面电源运用过程的用电浪费情况提出了基于 在线实时监测的节能运行方法；在齐齐哈尔北车辆段部 署了在线监测的采集传输装置、数据汇聚和管理的服务 器，开发的数据管理分析软件和网络发布软件，通过实时 客车整备检修作业类型多，用电量大。以哈 尔滨铁路局为例。齐齐哈尔北车辆段和三棵树车 辆段一年耗电量约９３０万ｋＷ・ｈ。电费接近１ ０００ 万元；全路客车车辆段整备检修年用电一般都在 百万度（电）数量级以上。这些电能使用中，大部 分是整备检修作业必需的，但也有些不必要的耗 电，造成用电浪费。例如空调客车在冬季整备时， 数据实现地面电源的用电时间和用电负荷的管理。配合 管理措施，实现了１５％左右的节能效果。哈局的节能运 行实践填补了我国铁路地面电源节能运行的空白。同时 创造了可观的经济效益。 关键词：空调客车检修；地面电源；运用特点；节能 方法 客车室内温度达到１０℃即可实现检修整备作业 和客车设备的稳定运行，但在实际整备检修过程 中，客车室内温度通常达到２８—３０℃，有些甚至 达到供暖温度的极限值；夏季整备检修时，类似情 况也有发生。这些情况说明铁路空调客车整备检 修还有很大的节能空间，需要对其运行特点进行 分析并研究节能方法。 中图分类号：ＴＫ０１’８文献标志码：Ｂ １问题的提出 本文依托中国铁路总公司科技研究开发计划 重点课题：车辆段空调客车整备检修地面电源的 节能监测与预警技术研究（２０１５Ｚ００５－Ｄ）。对铁路 车辆段空调客车地面电源的类型和运用特点进行 了调研和分析，在此基础上对节能方法进行了研 究，并在哈尔滨铁路局齐齐哈尔北车辆段进行了 节能实践，取得了１０％～２０％的节能效果。 ２ 中国空调客车主要类型和地面电源类型 ２．１空调客车主要型号及发展 随着铁路装备现代化程度和旅客对出行舒适 性需求的提升，空调客车成为当前普速铁路客车 的主流。目前空调客车分为发电车供电的空调车 和直供电空调车，车载供电类型为三相交流３８０ 伏（３ＡＣ３８０ Ｖ）、直流６００伏（ＤＣ６００ Ｖ）。与之对 应，空调客车整备检修用的地面电源类型主要包 括三相交流３８０伏（３ＡＣ３８０ Ｖ）和直流６００伏 收稿日期：２０１７－０９￣９：修订日期：２０１７．１０－２０ 基金项目：中国铁路总公司科技研究开发计划重点课题《车 中国铁路普通空调客车主要有２２型和２５型 两种车型。２２型空调客车生产于１９５６—１９９４ 年，采用切人式自然通风装置，空调机组采用分装 式和车顶单元式两种。此后，在２２型空调客车基 辆段空调客车整备检修地面电源的节能监测与预警技术研究》 （编号：２０１５７－１）０５．Ｄ）。 作者简介：张晶华（１９６９一），女，山东人。高级工程师。主要从 事铁路节能环保管理工作。 ２４６ 铁路节能环保与安全卫生２０１７年第７卷第５期 础上又派生出１８型和２４型空调客车。 ＡＣ３８０ Ｖ地面电源应用于除２５Ｔ型空调客 ２５型空调客车研制于１９６４年。１９６７年开始 生产（１９６６年开始试制生产），２５型客车装有空 调机组，列车集中供电，构造速度为１６０ ｋｍ／ｈ； １９７９～１９８６年生产的２５型客车，装有空调机组． 列车集中供电（ＡＣ３８０ ｖ），构造速度为１４０ ｋｍ／ｈ。 ２５型客车包括２５型、２５Ａ型、２５Ｂ型、２５Ｇ型、２５Ｚ 车以外的普通空调客车整备检修使用。我国铁 路车辆部门大多都采用过ＡＣ３８０ Ｖ的交流地面 电源。ＤＣ６００ Ｖ地面电源应用于２５Ｔ型空调客 车整备检修使用。在车辆段中。采用三相电整 流或单相电整流后，获得直流６００ Ｖ，供给车辆 使用。大多数铁路局同时具备ＡＣ３８０ Ｖ和 型、２５Ｋ型、２５Ｔ型等。 ２５Ａ型客车（生产于１９８７－－１９９０年）构造速 度为１０４ ｋｍ／ｈ，装有车顶单元式空调机组。由空 调发电车提供三相３８０ Ｖ交流电。２５Ｇ型客车 （１９９１年开始生产）构造速度为１４０ ｋｍ／ｈ。其空 调装置设置在车顶，其三相３８０ Ｖ交流电由空调 发电车提供。２５Ｂ型客车（生产于１９９２年）构造 速度为１４０ ｋｍ／ｈ。采用改装车顶切式通风器和 燃煤供暖装置，电力主要来源于本车供给，空调硬 卧车大多配属于哈尔滨铁路局和沈阳铁路局。 ２５Ｃ型客车（生产于１９９４年）是与韩国合作为广 深铁路设计的高速空调客车，由空调发电车提供 三相３８０ Ｖ交流电。２５Ｚ型车（生产于１９９３— １９９６年）构造速度为１６０ ｋｍ／ｈ，采用集中供电 （ＡＣ３８０ Ｖ），是全空调准高速客车。２５Ｋ型客车 （生产于１９９７年一２００３年底）是中国铁路第一次 大提速开行的全空调快速客车．构造速度为１６０ ｋｍ／ｈ，采用空调发电车提供三相３８０ Ｖ交流电， 部分客车供电为直流ＤＣ６００ Ｖ直流电。 ２５Ｔ型客车（生产于２００４年）构造速度为 １６０ ｋｍ／ｈ，是为了满足中国第五次大提速而设计 的全空调客车。其适用于电气化区段。由电力机 力受电弓从接触网取电，经电力机车变压器等部 件转换后．以ＤＣ６００ Ｖ直流双路电向空调车 供电。 ２．２空调客车检修用地面电源的主要类型 目前空调客车主要采用发电车集中供电 ＡＣ３８０ Ｖ和机车供电ＤＣ６００ Ｖ两种方式。空调 客车整备检修地面电源的主要类型也是ＡＣ３８０Ｖ 和ＤＣ６００ Ｖ地面电源。此外。还有少数空调客车 检修的地面电源使用到ＤＣ１１０ Ｖ和ＤＣ４８ Ｖ来检 修列车用电设备。 ＤＣ６００ Ｖ两类电源。 ３空调客车检修用地面电源的运用特点 通过调研中国主要铁路车辆段的地面电源的 运用情况。可以总结其运用有如下特点： ３．１大多数地面电源安装有计量电表．由人工定 期读取 大多数车辆段地面电源安装有计量电表。如 北京车辆段地面电表为山东力创科技ＥＤＡ ９０３３Ｆ 三相电参数综合测试仪。齐齐哈尔北车辆段地面 电源电表为正泰ＤＴＳ ６３４的普通模拟数字型，西 安车辆段地面电源电表为华立ＤＳＳ ５３５三相三线 电子式多功能电能表。广州车辆段地面电源电表 为三相三线电子式预付费电度表等等。地面电源 有电能表的单位。以人工定期抄表的形式进行统 计，计量地面电源的累计总电量。 ３．２地面电源的使用时间和使用负荷无法知道 《铁路客车运用维修规程》第１３４条规定“地 面电源供电时间原则上不超过２ ｈ”：“冬季温度 低于０℃时地面电源要对客车进行预热，防止冻 车”：第９８条规定“夏季车厢温度小于ｌ８℃时严 禁制冷．冬季车厢温度低于５℃时开始制热”。 但是在铁路现场．由于车辆运行状态和天气 情况差异较大。大多数空调客车整备检修供电的 时间不能确定，有时候时间短，有时候时间长。另 外冬季和夏季使用地面电源时长有较大波动。空 调客车整备检修地面电源供电时间不固定，造成 每辆车整备检修用电量负荷也不确定。 ３．３整备检修能耗基准无法知道 空调客车整备检修地面电源的用电量都是 以人工统计的实际用电量为准，人工抄表统计 有误差。统计点只能是累积用电量。加之每辆 ２４７ 铁路节能环保与安全卫生２０１７年第７卷第５期 车整备检修时间不固定，因此现有的计量方式 无法给出整备检修的能耗基准。无法确定能耗 基准，造成了大量的用电浪费。例如空调客车 在冬天进行整备时客车室内温度达到１０ ｏＣ即 可实现检修整备作业和客车设备的稳定运行， 但在实际中整备检修过程中。客车室内温度通 常达到２８～３Ｏ℃。 ４空调客车检修用地面电源的节能运行的可行 性和方法 目前地面电源人工抄表方式获得的数据存在 实时Ｉ生差、误计和漏计等问题，管理人员很难通过 抄表数据得知用电时间，用电负荷变化情况，无法 掌握用电基准，无法实现节电管理。 地面电源节能空间大．需要从技术和管理两 方面人手研究节能运行的可行性和方法。 ４．１节能运行的可行性 地面电源虽然安装计量电表。但缺少数据实 时读取功能，因此无法实现基于实时数据的节能 管理。监测技术的进步。特别是基于现场总线的 数据组网和读取方式。无线数据传输方式和网络 化数据聚集、分析和发布的技术使得地面电源节 能运行成为可能。 利用目前发展的多功能电表取代传统电表． 使得实时读取数据成为可能，采用无线远程数据 传输将电表实时数据传输至数据服务器进行数据 汇聚、管理和数据分析。能够获得地面电源的用 电时间、用电负荷以及累计用电量。在数据积累 的过程中，用电基准能够计算获得。 因此，利用在线监测技术，可以实现地面电源 运行的状态实时监测。在此基础上实现地面电源 的节能运行。 ４．２节能运行的方法 要实现空调客车检修用地面电源节能运行， 需要新增在线监测设备和系统，用来采集实时用 电数据，在此基础上，利用实时数据进行用电时间 和用电负荷的管理，利用积累数据进行用电基准 的核算与管理。 ４．２．１增加地面电源运行状态实时在线监测 ２４８ 系统 增加地面电源运行状态实时在线监测系统， 是把目前一个月只获得一个积累用电量扩大到实 时采集电压、三相电流、小时和日用电量。 在线监测系统由网络化多功能电表、前端数 据采集传输装置、服务器数据汇聚和处理软件、网 络发布软件构成。 ・地面电源加人网络化多功能电表，用来计 量地面电源的用电量。 ・前端数据采集传输装置是采集地面电源的 瞬时电压和三相电流值，同时读取网络化多功能 电表的积累用电量，并采用有线或无线传送方式 将数据传输至服务器。 ・服务器汇聚和处理软件安装在服务器中。 用于汇聚位于地面电源现场的前端数据采集装置 发送的数据，并将其存储、分析获得节能运行所需 的结果，如地面电源使用时间、最大使用电流、使 用用电量等参数。 ・网络发布软件将服务器汇聚和处理软件分 析的结果利用网络进行发布，使用人员可以从网 络中进入并使用和下载数据。 ４．２．２利用实时数据进行用电时间和用电负荷 管理 利用在线监测系统采集的数据可以计算出 地面电源在空调客车整备检修过程中的使用时 间。为节能管理提供用电的时间信息。从数据 中找出整备检修用电时间长的作业进行分析． 找到其中的原因。有些是实际需要的长时间供 电，有些是没有必要的浪费。经过近２年的运 行分析，空调客车绝大多数都能够在２ ｈ内整备 检修完成。一些确实需要长时间的供电的作业 也能够正常供电。用电时间管理的节能贡献达 到４０％。 采集的数据可以提供用电负荷管理。主要采 用最大用电电流。在增加在线监测系统的初期。 在冬季供暖和夏季制冷时。最大供电电流最大达 到了６００ Ａ，达到正常最大电流值的３倍。通过 数据积累，加上管理措施，使整备检修作业的最大 用电电流大大下降。这一项对节能贡献达 铁路节能环保与安全卫生２０１７年第７卷第５期 到６Ｏ％。 ４．２．３利用积累数据计算空调客车整备检修的 用电基准核算与管理 在数据积累的基础上。采用统计、分析和管理 人员确定的方法，确定了空调客车整备检修的用 电基准。分析冬季打温、夏季制冷和春秋时的用 电差异，首先按照冬夏和春秋两季制定用电基准。 随着数据的不断积累，还可以按照月份与平均温 度进行用电基准的核算。 ５节能应用实践 哈尔滨局齐齐哈尔北车辆段地面电源有节能 改造的技术需求，在中国铁路总公司的支持下，由 北京交通大学牵头。我局参与的研发团队开发了 地面电源运行状态的在线监测和节能预警系统的 开发，并部署在齐齐哈尔北车辆段。监测结果如 图１、２所示。图１所示为早期监测结果，可以看 出空调客车检修时间达到７ ｈ，最大电流５５０ Ａ， 消耗太多的电能。图２所示为经过数据分析后增 加管理措施。空调客车检修时间和最大电流大大 减少，节能效果显著。 ２０１６年１月１２日１８号电表电流数据 图１早期监测结果 ｎ Ａ相电 流 Ｂ相电流ｏｃｋ ｊ电流 Ｉ ， Ｉ一 ２０１６年５月３０日１８号电表电流数据 图２增加管理措施的监测结果 经过接近２年的运行，监测系统提供的数据已 经应用于节能管理中，初步测算，每年通过检测系 统的数据发现的可节能的电能达到１００万ｋＷ・ｈ， 占齐齐哈尔北车辆段常规用电（７００万ｋＷ・ｈ）的 １４．３％。节省的电费能够覆盖监测系统的投入， 实现了较少投入。较多的节能效果。 通过监测系统实现节能。能够科学精准把浪 费的电能节省下来，而正常合理的用电会正常提 供。齐齐哈尔北车辆段的实践填补了我国铁路地 面电源节能运行的空白，同时创造了可观的经济 效益。 ６结束语 我国普通空调客车检修地面电源通常包括交 流３８０ Ｖ和直流６００ Ｖ。目前的电表不适应节能 管理的需求。采用地面电源在线监测系统提供数 据。对用电时间和用电负荷数据进行分析，结合管 理措施。能够实现用小投入换取较多的节能效果。 哈局的实践表明。采用在线监测的节能方法更能 够精准和高效的实现节能。 ２４９
