浅谈机车防寒自控温电加热装置

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　　【摘 要】根据机车加装碳纤维加热套破损及接地的情况，分析SS4B机车改进原有加热装置，加装自控温加热装置的必要性和可行性。针对自控温加热装置的结构特点，提出了新的安装方案，装车使用后，产生了一定的经济效益，并提高了安全的可靠性。
　　【关键词】朔黄铁路;SS4B机车;防寒;自控温加热装置
　　中图分类号： U264.5 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2019）12-0058-001
　　DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.12.026
　　1 问题的提出
　　朔黄铁路主要担当神池南至黄骅港的煤炭运输任务，全线位于北方寒冷地区，尤其是神池南地区，冬季极限温度在-30℃以下，机车防寒问题非常突出。冬季运用中存在的主要问题有：升弓空气管路中各阀类因积水结冰而冻结，造成受电弓不能升起或卡滞;制动机系统中各阀类因积水结冰而冻结，造成制动系统故障;空气干燥器排污阀及管路冻结造成干燥器工作不正常。上述故障的发生，对机车运用造成了极大的安全隐患。因此在机车制动系统中的关键部位加装电加热装置，防止出现冻结是很有必要。
　　为解决重要管路节点和阀体的冻结问题，通常采取加装碳纤维加热的方式。碳纤维加热是目前应用比较广泛的一种加热装置。其价格低、柔软性好，容易成型。但其也存在着明显的不足：一是，绝缘性能不好，易造成辅助回路接地;二是，使用寿命短，使用一个季度后50%以上的加热装置需要更换;三是，温度不能控制，当环境温度高时，其加热温度也高，甚至损坏机车管路或阀体内部的橡胶件，造成其老化失效，影响了机车性能。在使用中虽然采取了缩短加热装置的更换周期，加强小辅修时的检查等手段，但仍然无法解决上述的问题。因此，需要对原有的加热装置进行改造，以提高加热装置的可靠性。
　　2 加热装置的改进方案
　　近几年，随着电加热材料的技术进步，出现了多种新型电加热材料和电加热技术。其中，用可以自动控制加热温度的新型电加热材料制作的加热装置比较合适于机车制动系统的防寒，可靠性更高。这种新型电加热装置就是自控温电加热装置。
　　2.1 自控温电加热装置的原理及特点
　　机车自控温电加热装置以自控温电伴热线为发热体，通过剪裁和组合，外部包裹橡塑保温层和PVC塑料，形成各种长度和形状的保温护套，以适应机车管路和阀体安装的需要。具有以下特点 ：
　　（1）自控温电加热装置的温度自动控制，低温启动快。随着温度的变化，自动调节电阻大小。温度低时，电阻减小，电流增大，发热量增大;温度高时，电阻增大，电流减小，发热量减小。在高温条件下最高65℃，低温-20℃的条件下，120s内可达到0℃以上。
　　（2）自控温电加热装置的使用寿命长，其绝缘性能优良，使用中不存在短路、接地故障，性能可靠。
　　（3）自控温电加热装置根据需要剪裁成各种长度和形状的保温护套使用，安装使用非常方便。便于各种阀体的拆装检修。
　　（4）自控温电加热装置加热到一定温度时，自动降低工作电流，维持温度恒定，有利于管路中阀体的正常工作，具有节能降耗的作用。
　　2.2 机车自控温电加热装置主要技术参数
　　（1）电源：AC 220V±20% 或DC 110V±20%
　　（2）功率：26W/米（10℃）
　　（3）启动电流：≤5A
　　（4）-20℃—0℃加热时间：≤120s
　　（5）恒定温度：≤65℃
　　（6）绝缘电阻：≥20MΩ
　　2.3 自控温电加热装置的安装设计
　　机车管路距离比较短，而且结构复杂。在管路中还大量存在着各种阀体，需要经常拆装检修。而自控温电伴热线属于一次性安装，而且对管路的走向、弯角有一定的要求，因此不便于直接安装使用。
　　为保证装置的安装需要对自控温电伴热线，裁剪成一段一段的使用，对于阀体还要对多段电伴热线进行组合，这样就破坏了原有的绝缘和防水结构，需要重新对其进行防护处理，防护处理的重点是电伴热线的尾端和引线端。
　　先后采用了两种方案，第一种方案是采用耐高温玻璃纤维胶布、自拉伸绝缘胶布、PVC防水胶布、热缩套管的防护处理，共分为四层结构。在实际应用中发现其密封性能不是很好，长时间使用过程中有开裂现象。同时不美观，容易形成鼓包，不便于安装。随后又试制了第二种方案，即采用专用硅橡胶套，作为尾端和引线端的防护，密封绝缘效果良好，而 且美观规整，使用方便。
　　经过绝缘、防水处理后的电伴热线，与保温材料组合在一起，即形成了机车自控温电加热装置。其分为管路安装和护套安装两种类型。
　　其分层结构如下（图2）所示：
　　3 装车后运用效果及经济效益
　　（1）2008年機辆分公司先后在SS4B0035、SS4B0036两台大修机车上进行装车试验，经过一年考核期，性能稳定状态良好;从2009年开始对其余直流电力机车全部安装，截止到2013年4月份，未发生一起由于自控温电加热装置产生的接地情况。
　　（2）机车防寒自控温电加热装置温度自动控制，温度低时，功率增大;当加热到一定温度后，自动降低功率，减少工作电流。比一般的恒功率加热装置，具有明显的节能效果。其平均功率是碳纤维加热装置的50%。
　　按每台机车安装1000W的机车防寒自控温电加热装置计算，每年可以节约电力1000W×100天×24小时=2400KWh（按每台机车冬季使用100天计算）
　　按工业用电0.95元计算，可以节约电费0.95×2400=1200元
　　机辆所属按100台机车计算，可节约电能1200×100=12万元。
　　（3）机车防寒自控温电加热装置使用寿命长，一般是碳纤维电加热装置的5倍，虽然价格比一般产品贵2倍，但折合到每年计算，是碳纤维电加热装置的2/5。
　　如果每台机车电加热产品安装5000元计算，则每年可以节约成本：
　　5000元×2/5×100台=20万元。
　　4 自控温电加热装置应用前景
　　机车空气管路上使用自控温电加热装置防寒，可以有效地防止机车空气管路凝冰、冻结、堵塞，保证机车空气系统正常使用，保障了冬季机车行车安全。同时具有节能、环保、使用寿命长的优点。
　　机车自控温电加热装置采用了自控温电伴热线，硅橡胶护套防护等新材料和新工艺，设计方便灵活，今后可以根据不同管路和阀体的需要，设计出多种规格型号的产品，应用到不同型号电力机车上，具有广阔的应用前景。
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