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摘要：針對既有鐵路冷藏運輸發電裝備存在的問題，分析了國內外發電裝備的現狀和研發無人值乘、遠程監控發電箱的必要性，并重點介紹了無人值乘、遠程監控發電箱采用的關鍵技術、應用和試驗情況，該研究對降低冷藏運輸成本、推動鐵路冷藏運輸發展具有重要意義。

關鍵詞：冷藏運輸；發電箱；遠程監控；低溫啟動；消防安全；智能供電；運用維護

隨著生活水平的不斷提升，人們對食品安全要求越來越高，對鐵路冷藏運輸的需求越來越大。鐵路冷藏運輸需要穩定可靠的電力供應，現有的鐵路冷藏運輸發電裝備主要是B22、B23型機械冷藏車組的發電乘務車，該車為早期設計的產品，不足之處主要表現在：發電機組與鐵路車輛為一體式，不能靈活運用；車輛采用客車轉向架，結構復雜；發電機組為傳統機型，功率小，油耗大；發電機組不能實現遠程監控，運行中需有人員值乘，運營成本高。隨著自動控制技術、信息技術的發展，結合新型發電機組、智能控制和遠程監控技術，研制無人值乘、遠程監控的鐵路運輸發電箱對降低冷藏運輸成本、推動鐵路冷藏運輸的發展具有重要意義。結合中國鐵路總公司科技開發計劃課題（2017J009－O）《鐵路冷藏運輸發電裝備技術方案研究》，中車長江車輛有限公司研制了40ft無人值乘鐵路運輸發電箱，開發了遠程監控系統。

1國內外鐵路冷藏運輸發電裝備的現狀

鐵路運輸冷藏集裝箱一般采用發電箱或發電車供電，運用模式包括有人值乘或無人值乘，有人值乘模式由乘務人員對發電設備進行操控，無人值乘模式主要在到發兩站完成操控作業，目前基于信息化技術能進行遠程實時監控的鐵路冷藏運輸發電裝備尚屬技術空白。

1．1我國鐵路冷藏運輸發電裝備

我國鐵路冷藏運輸發電裝備主要包括發電車和發電箱。既有鐵路冷藏運輸發電車包括B22－1型、B23－1型2種車型（圖1），均為有人值乘的乘務發電車。B22－1型發電車為20世紀80年代從德國進口的產品；B23－1型發電車是在B22－1型發電車基礎上進行國產化的產品，在20世紀90年代初開始批量投入運用，但目前大部分已經達到報廢年限而停止使用，少量在用的也已接近報廢年限，而且裝備嚴重老化，油耗高，綜合性能較差，使用成本高［1］。我國鐵路于2000年曾嘗試使用40ft發電箱（圖2）為冷藏集裝箱供電。該發電箱采用有人值乘模式和并聯供電方式，使用成本高，連接電纜線多，存在安全隱患，不適應市場需求，已被停用淘汰。

1．2國外鐵路冷藏運輸發電裝備

美國、加拿大鐵路冷藏集裝箱長距離運輸主要采用發電箱供電［2］。美國南太平洋鐵路運輸公司曾研制過40ft發電箱（圖3），運輸時發電箱編組在車組中部，向9個40ft冷藏集裝箱供電，發車時人工開機，到站時人工關機，運輸途中無監控；加拿大鐵路采用40ft發電箱供電，發電箱采用自動控制方式和無人值乘模式，每個發電箱可為12～14個40ft冷藏集裝箱供電，直達列車在約1萬km的行駛里程中僅由司乘人員對發電箱進行一次技術狀態檢查；俄羅斯鐵路目前采用發電車供電，采用有人值乘模式，發電車掛在集裝箱車列中部，同時給12個冷藏集裝箱供電。

2遠程監控鐵路運輸發電箱的關鍵技術研究

無人值乘鐵路冷藏運輸發電箱是集機械、電氣、消防安全、遠程控制、信息網絡等技術于一體的智能化移動供電裝備，發電箱裝載在鐵路集裝箱平車或共用平車上，為鐵路貨車冷藏集裝箱供電。無人值乘鐵路冷藏運輸發電箱需滿足鐵路運輸長距離、大溫差、復雜的地理和氣候環境等運輸條件，需適應鐵路平車的運行特點，其關鍵技術主要有智能供電技術、低溫啟動技術、消防安全技術、遠程監控技術及運用維護技術。

2．1智能供電技術

以BX1K型冷藏集裝箱車組為例，其編組方式為：4（BX1K型車＋冷箱）＋1（BX1K型車＋發電箱）＋4（BX1K型車＋冷箱），為適應該編組方式，發電箱分兩路向兩端車輛供電。為減小負載對發電機組的沖擊，采用延時供電方式，即發電箱先給一端車輛供電，延后一段時間后（約20s），再給另一端車輛供電。為提高供電的可靠性，發電箱配置2臺發電機組，輪換交替工作，以保證兩者工作時間基本相同，便于同步檢修。發電機組運行滿足以下要求：（1）正常啟動時，自動優先啟動累計運轉工時較小的發電機組。當一臺發電機組運行12h后，自動切換到另一臺發電機組運行。為保證供電不間斷，遵循“后機先啟動，前機后停機”的原則，交替運行過程中兩發電機組可相互轉移負載。（2）受溫度、海拔高度影響，當1臺發電機組發電功率不夠時，2臺發電機組同時運行供電。并聯供電時，兩機組發電的有功功率和無功功率的分配額差度不超過10％。（3）通過兩發電機組控制器及兩發電機組間通信連接的自動調節，確保兩臺發電機組供電相位、頻率的一致性，保證兩發電機組自動并聯供電。兩發電機組供電邏輯關系如圖4所示。

2．2低溫啟動技術

發電箱在全國鐵路線路上使用，環境溫度最低可達－40℃。在低溫條件下，燃料黏度增加不利于燃油的霧化與燃燒，潤滑油流動性變差使零部件運動阻力增大、蓄電池工作能力降低，這些因素導致柴油發動機啟動困難［3］。為確保發電機組在低溫條件能順利啟動，除了選用適應低溫環境的柴油和潤滑油外，可采取進氣口加熱、潤滑油加熱、冷卻液加熱等措施。發動機啟動包括以下3種情況：（1）在環境溫度高于－15℃時，發動機直接啟動；（2）在環境溫度－15～－25℃時，發動機進氣預熱器自動加熱，能在30s內啟動；（3）在環境溫度低于－25℃時，采用外供220V電源，利用發動機水套加熱器、潤滑油加熱器給發動機缸套及潤滑油預熱，可在30min內啟動。

2．3消防安全技術

發電箱采用無人值乘模式，內部安裝有發電機組、油箱、風機、蓄電池、電纜等各種電器設備，一旦發生火災，后果非常嚴重，因此必須設置自動滅火裝置，且滅火操作要多級冗余，確保滅火有效性。發電箱箱體采用不可燃材料，箱內可燃物主要為電氣線纜和油料，可根據火災類型、區域環境選用合適的滅火劑、滅火方式及滅火策略［4］。2．3．1滅火劑。滅火劑主要有干粉、二氧化碳、泡沫、水、鹵代烷等［5］。干粉滅火劑對電氣、油料火災產生物理窒息、化學抑制作用，并可對熱輻射產生遮蔽、冷卻作用，具有物理和化學雙重功效，適用于撲救石油產品、油漆、電氣等火災，其粒徑小、流動性好、能在空氣中懸浮一定時間，能在發電箱封閉空間內實現全淹沒滅火。因此，根據發電箱結構布置及設備功能特點，選用了超細干粉滅火劑。2．3．2滅火方式。采用感溫電控啟動滅火罐、感溫自動啟動滅火球2種消防器材，同時設置手動啟動、感溫電控啟動和溫控自啟動3種滅火模式。如果手動啟動滅火模式失效，則感溫電控自動滅火模式啟動；如果感溫電控啟動滅火模式失效，則溫控自啟動滅火模式啟動。2．3．3滅火策略。采用四級滅火控制方式，手動與自動、遠程和本地、電控和溫控相結合。（1）溫度、煙度傳感器采集煙火信息。當溫度達到90℃時，火災報警系統開始報警。監控中心通過監控攝像頭確認火情，確需滅火時由人工啟動滅火罐進行滅火。（2）測溫控制器探測溫度。當溫度達到100℃且煙火報警系統未報警或人工疏于操作時，測溫控制器報警；溫度達到110℃，測溫控制器自動啟動滅火罐進行滅火。（3）感溫控制器探測溫度。當發電箱內無電導致測溫控制器失效時，如果溫度達到115℃，則自帶電池的感溫控制器自動啟動滅火罐進行滅火。（4）熱敏器件探測溫度。當自帶電池的感溫控制器失效時，如果溫度達到160℃，則熱敏器件自動啟動滅火球進行滅火。發電箱滅火過程如圖5所示。

2．4遠程監控技術

為滿足無人值乘、安全運用的要求，對機組運行參數、箱內工作環境、箱體運輸狀態、能源消耗指標等信息數據進行采集，并通過4G網絡傳輸到地面控制中心，實現遠程監視和控制。遠程監視包括監視參數和監視圖像2種信息載體。監視參數主要有機組運行的水溫、油溫、油壓、轉速、電流、電壓、功率、頻率和工作時間；箱內的溫度、濕度和煙霧濃度；箱體的所在位置、運行里程、運行速度、振動加速度和箱門開關狀態；相關能源消耗的油箱油位、電瓶電壓和蓄電池電壓等。發電箱對監視參數中影響安全的重要指標設置報警閾值，可實時自動報警。監視圖像主要是箱內攝像視頻。遠程控制包括手動控制和自動控制2種方式，保證發電箱的運用安全。遠程手動控制的項目主要有機組啟停機、風機開關機、1位端或2位端供電、滅火罐啟動、箱內照明開關和箱內攝像開關等；自動控制的項目主要有機組自動運行模式下的自動供電、兩機組工作自動切換、風機開關機、滅火器啟動前切斷電源、照明燈自動關閉、滅火系統自動啟動、燃油系統供油電磁閥自動開啟和關閉等。信息采集及處理采用RS485通信和CAN模塊，數據通信采用TCP協議。傳輸數據時通過加密和校驗防止有效數據被截獲及非法數據被接入，保證通信數據的可靠性。當通信中斷時，監控數據自動保存在箱載存儲設備內，待通信恢復后再傳輸到地面控制中心，以保證數據的完整性。

2．5運用維護技術

40ft鐵路運輸發電箱是固定裝載在鐵路集裝箱平車上運行的發電裝備，需根據發電機組的運行特點和電氣裝置的技術要求確定合理的修制修程，在保證安全前提下實現“箱－車”“箱－機組”的同步檢修，提高發電箱的運用效率，實現運輸效益的最大化。2．5．1運用要求。（1）發電箱裝車后，需安裝好箱體與本車車體的接地線、箱體與鄰車連接的動力插頭；發電箱卸車前，需拆下箱體與本車車體的接地線、箱體與鄰車連接的動力插頭。（2）根據季節氣候更換適合的燃油、潤滑油及冷卻液。（3）正常運用時，通過遠程監控系統對發電箱進行監測和控制，不設值乘人員。（4）2臺機組同時運行或12h交替運行。在自動運行模式下優先啟動運轉工時較少的機組。（5）對風機、滅火裝置、機組急停相關設備等只在應急情況下啟動的安全設施需定期檢查，使其保持技術狀態良好，確保在緊急情況下能及時啟動。（6）進行常規檢查、維護保養、冷箱裝卸等現場作業時，需對遠程監控系統顯示的信息進行現場確認，確保與發電箱實際情況一致。2．5．2檢修周期。按照“箱－車”同步檢修原則，每1．5年對發電箱（含機組）進行1次小修，每3年進行1次中修，每9年進行1次大修。2．5．3保養與維護按廠家的規定對機組進行保養與維護。發電箱機組保養時對發電箱箱體及附屬設備關鍵部位進行檢查維護，主要內容有：（1）箱體外觀是否有變形、破損；（2）進風百葉窗、機組進氣口、排風百葉窗、加油窗、端門有無漏雨現象；（3）各緊固件有無松動情況（查看螺栓螺母上的防松標記）；（4）電氣接頭是否有打火、線損情況；（5）油箱及供電管路是否有燃油滲漏情況；（6）滅火裝置的殼體及鋁薄膜是否有破損情況；（7）各傳感器安裝連線是否有松脫現象；（8）遠程監控各子系統功能是否正常，有無信息丟失、錯誤情況。

3試驗及運用情況

中車長江車輛有限公司對40ft無人值乘鐵路運輸發電箱及遠程監控系統的關鍵技術進行了試驗驗證［6－9］。試驗結果顯示，機組的供電性能符合GB／T2819—1995《移動電站通用技術條件》的要求，低溫啟動性能符合設計技術條件的要求［10］，滅火裝置模擬啟動滿足CECS322：2012《干粉滅火裝置技術規程》的要求［11］，遠程監控系統滿足中國鐵路總公司科信裝函［2018］78號文發布的《40ft鐵路運輸發電箱遠程監控系統技術條件》的要求［12－13］。車輛沖擊試驗結果顯示，發電箱的機組性能和遠程監控功能正常［14］。樣箱經過2年多的運用考驗，發電箱及遠程監控系統各項功能均正常，滿足中國鐵路總公司科信裝函［2018］78號文發布的《40ft鐵路運輸發電箱設計技術條件》《40ft鐵路運輸發電箱遠程監控系統技術條件》的要求。

4結束語

中車長江車輛有限公司研發的鐵路冷藏運輸發電箱實現了信息化、智能化技術在鐵路冷藏運輸發電裝備上的成功運用，并通過了實際運用考驗。采用智能化、信息化技術，通過遠程監控平臺對發電箱及其內部設備進行遠程監測和控制，實現了無人值乘運用。與現有B22－1、B23－1型發電乘務車相比，提高了供電效率，減少了燃油消耗，更加節能環保，且無需人員值乘，極大地降低冷藏運輸成本，對促進全社會冷鏈物流的發展具有重要的現實意義。

作者:舒麟 何遠新 景傳峰 金曉平 羅桂瓊 單位:中車長江車輛有限公司