平顶山矿区铁路电力牵引与内燃牵引的比较分析

平顶山矿区铁路电力牵引与内燃牵引的比较分析
中平能化集团铁路运输处
一、什么是电气化铁路
电气化铁路是指从外部电源和牵引供电系统获得电能，通过电力机车牵引列车运行的铁路。

它包括电力机车、牵引供电系统以及相应的机务设施、铁路通信、信号等设备。

牵引供电系统由牵引变电所和接触网构成。

牵引变电所从国家电网引入220千伏或l10千伏三相交流电源将三相电转换为适合电气列车使用的单相交流27.5千伏电源并送上接触网。

电气机车通过滑线弓受电，电力机车采用25kV单相工频交流电压，在架空接触导线和钢轨之间行驶，牵引变电所中的110kV/27.5 kV变压器也采用Y/△接线方式。

二次侧27.5 kV系统则把一相直接接地，其余两相(A、B相)为供电臂(由相互平行的承力索和接触网构成)向牵引变电所两侧的铁路供电，供电方式如图1所示：
由图1可看出，电力机车运行的动力由牵引变电所的供电臂供电，电流从供电臂的接触网经机车的接触装置(受电弓)进入机车头，做功后经车轮、钢轨(钢轨与大地相连)返回牵引变电所。

二、电气化铁路的主要特点
电气化铁路具有牵引功率大，运行速度高，运营成本低，消耗能源少，环境污染小等特点；对运量大的干线铁路和具有陡坡、长大隧道的山区干线铁路实现电气化，在技术上、经济上均有明显的优越性。

适合长距离，重载编组，高速运输。

同时，电气化铁路建设投资巨大，建设周期长。

三、平顶山矿区铁路的主要特征
1、线路特征
平顶山矿区为低山丘陵向平原过渡地带，东半部基本上是一开阔的冲击、洪积平原。

山脊较陡，山坡平缓，全区地势西北较高，东南较低。

矿区铁路线路等级为专用线一级，正线长120公里，线路总延长280多公里，线路限速为50km/h。

矿区铁路自西向东为重车方向，除九矿——五矿有11.53‰的上坡外，其他大多为下坡。

各支线矿站向干线重车方向为下坡。

一矿、四矿重车下坡坡度达22—26‰。

各矿站到发线有效长较短，除申西、田庄、八矿集配站有三股到发线有效长为1050m外，其他各站到发线长在350m——800m之间不等。

2、运输特征
（1）重车流组织
集团公司外运量的车流以申楼西、田庄、八矿为集配站组织5300吨始发直达或直通列车交国铁平东站。

宝丰以西各矿站原煤从平西口2300吨编组交国铁。

田庄、八矿洗煤厂所需的原煤按卸车线容车数由东部各矿站组织整列到达，七矿洗煤厂所需原煤由西部各矿站组织整列到达。

（2）空车流组织：
外运煤的空车来源由平东站供给东部各矿站，空车调配，按照出入平衡的原则进行组织，空车数量每天保持在900——1200辆之间。

矿区西口空车由国铁平西站供给西部各矿站，数量在100辆以内。

集团公司自备车运输按固定车底循环进行组织。

3、牵引机车及闭塞类型
（1）电力传动内燃机车
东风4DD 装车功率2940kw
东风10DD 装车功率2200kw
东风7G 装车功率1840kw
GKD3B, 装车功率2000kw
（2）液力传动内燃机车
太行型，装车功率884 kw
（3）闭塞类型：继电半自动闭塞。

四、电力牵引与内燃牵引的比较
各种机车牵引都有自己的优缺点，应该发展那一种牵引动力，应该从中平能化集团和平顶山地方经济发展对铁路运输提出的要求
出发；根据机车的性能，铁路建设的投资和运营成本，国家的产业政策以及机车工作对环境的污染程度，进行综合考虑。

下面仅从运输的角度做出简要分析。

1、电气化铁路投资巨大
据报道，漯阜铁路按国家原Ⅱ级线路标准修建，为准轨地方铁路，设计时速50km/h。

2009年实行电气化改造，按照改造方案，漯阜铁路将全线建设成为国家Ⅰ级复线电气化铁路。

线路全长206．74公里，设计列车运行时速120公里/小时，货物发送量可达1．6亿吨。

该工程投资估算总额约60亿元，折合每公里造价2902万元。

设想一下，地理位置和基础条件与漯阜铁路相似的平顶山矿区铁路，如果120公里正线电气化改造；采用标准低一些，按单线，列车时速80 km/h，每公里造价按700万元估算。

工程总投资为700万元/公里×120公里=8.4亿元。

按十年银行贷款，年利息率8%计算，每年利息为8.4亿元×8%=6720万元；可见工程投资和利息负担是巨大的。

当然，电气化改造的投资概算，要经过设计院充分的现场调查，进行可行性研究才能确定。

2、未来矿区总资源量、总运输量增长不大
任何一项投资工程都要考虑需求，电气化铁路改造同样是这样。

2009年矿区运输总量为4600万吨，在未来可预见时间内，矿区煤炭产量增加有限。

增长点主要有鲁阳电厂用煤250万吨，首山一矿达到设计产量后增加100万吨，以及未来的首山二矿200万吨，合计550万吨。

以现有的24台内燃机车运输能力，科学地进行运输组
织，基本能够满足需要。

3、调车、小运转运输方式更适合用内燃机车担任
根据现场统计，矿区铁路运输调车作业要占机车全周转时间的47.75%，区间运行时间占34.82%，待机时间占17.43%。

由作业性质可以看出，调小运输更适合由内燃机车担任，而由电力机车担任，运力浪费大，不经济。

2009年12月铁运处机车运用情况统计表
序号车号运用
台次
区间运行
时间(分）
调车作业
时间（分）
待机时间
（分）
机车周转
时间（分）
调车作业
钩数
运行总
公里
单机公
里
1 003 55 12007 1675
2 4525 33284 2646 5801 619
2 019 39 8003
10483
3505 21991 1661 1871 428 3 020 49 8750 12263 5695 26708 1716 4044 448 5 060 52 13025 13380 5510 31915 1937 6859 867
7 088 58 13861 14132 5929 33922 2261 6927 859
8 131 53 11621 14442 5885 31948 2094 5558 671
9 158 53 5769 7169 2574 15512 1076 2655 220
10 182 62 11258 19667 4305 35230 2814 6036 673
11 183 54 10250 14638 5515 30403 2275 5063 592
12 091 50 9515 14632 4324 28471 1757 4820 458
13 092 55 12319 13329 6275 31923 2180 5890 547
14 093 53 10642 18314 5436 34392 2209 5181 629
15 095 42 10650 11122 3591 25363 1700 4452 457
16 096 55 9834 18967 5967 34768 1971 4725 435
17 097 45 8619 11749 5073 25441 1754 4058 417
18 5121 60 10910 13701 8482 33093 2460 5699 494
19 5172 37 7006 10114 2692 19812 1431 3514 398
20 5178 50 11151 13453 6506 31110 1833 4869 419
21 5181 54 9912 19196 4751 33859 2176 4811 455
22 5182 33 6116 8448 4224 18788 1213 3621 243 合计20台1009 201218 275951 100764 577933 39164 96454 10329 平均50.5 10060.9 13797.6 5038.2 28896.65 1958.2 4822.7 516.45 平均
百分
比
34.82% 47.75% 17.44% 100%
4、区间运行电力牵引与内燃牵引的比较
(1)、各矿站分支线
各矿站分支线线路段，坡道陡，到发线、装车线较短。

下行入矿空车的数量主要受煤矿产量、装车线装车能力的限制，受牵引力大小的影响不大，单纯提高牵引力并不能提高牵引重量。

而上行重车方向多为长下坡道，牵引重量多少主要受列车制动能力的限制，基本不受牵引大小影响。

以一矿——申西站为例，限制坡道为24‰，由东风4DD牵引，按牵引力计算下行牵引1050吨，折合C64货车48辆空。

由于受装车线一次最多只能装17个车限制（3道16车，4道17车，5道15车、现封锁），分两钩装车，故下行只能牵引33个空车。

上行牵引重车3000吨（按制动能力核算），C64货车36辆重。

在现有的站场、区间线路条件下，电力牵引重量并不能增加；但是上行下坡道时，电力机车能够施行电阻制动，向电网回馈电能，节约能源。

（2）、干线起伏坡道上
以平煤矿区铁路五矿——九矿区间牵引为例，限制坡道为11.53‰。

a、由SS4型电力机车牵引，机车最低计算速度51.5 km/h,经计算，牵引重量为2875吨。

计算如下：G=[102Fjλy-P(W0'+ix)]/(W0"+ix)=102×431.6×0.9-150(4.08+11.53)/(1.50+11.53)=2875t
式中：Ｆj—机车计算牵引力，kn
λy—机车牵引力使用系数，取0.9
P—机车计算重量，t
w0’——机车运行单位基本阻力，k/kn
w0”——车辆运行单位基本阻力，k/kn.
i x—限制坡道加算坡度千分数
b、由东风4DD内燃机车牵引，机车最低计算速度23.4km/h，经计算牵引重量为2400 吨。

计算如下：G=[102Fjλy-P(W0'+ix)]/(W0"+ix)= [102×358×0.9-150（3.06+11.53）]/(1.1+11.53)=2400t
电力机车牵引重量比内燃机车牵引多（2875-2400）/2400=19.8%，电力牵引通过坡顶的速度为51.5 km/h，速度较高；而内燃机车东风4DD 为23.4km/h。

C、集配站申西、田庄、八矿站至平东交接口的牵引重量
由内燃机车东风4DD牵引，计算牵引重量。

ⅰ、八矿——平东区间上行限制坡道3.1‰，经计算牵引重量5850吨，速度23.4km/h。

ⅱ、田庄——平东区间上行为下坡，不受牵引力大小影响，核定牵引重量6420吨，不超过线路限速50km/h。

ⅲ、田庄——申西——平东区间上行为下坡，不受牵引力大小影响，核定牵引重量6420吨，不超过线路限速50 km/h。

若由电力机车SS4牵引，牵引重量同样是这样。

由以上分析知，在区间运行干线起伏坡道上，电力机车牵引重量比
内燃牵引多约２０％，速度较高。

在分支线和集配站到平东交接站时，牵引重量基本一样。

5、运营成本问题
内燃机车运营成本60%以上是油料消耗，2009年我处完成货物总周转量158579.664 万吨公里，燃油消耗2878.87万元，单位燃油消耗为33.56公斤/万吨公里。

按09年燃油平均单价5.36元/公斤计算，折合179.88元/万吨公里。

其实，2008年11月份以前，我处蒸汽机车单位煤耗量为1吨/万吨公里，按煤价350元计算，折合350元/万吨公里。

使用蒸汽机车并不像想象的那样，节约燃料成本。

通常电力机车消耗电力，运营成本较低，矿区铁路万吨公里耗电量还是个未知数。

终上所述，现有内燃机车牵引力能够满足现阶段、及可预见的将来矿区煤炭运输的需要，与电力牵引相比运行速度较低，适应矿区线路限速50—60km/h要求。

而且，矿区总延长280公里任何一处内燃机车都能运行，作业方便、灵活，用作调车、小运转运输方式很适合。

如果采取电力机车牵引，区间牵引重量有所增加，运行速度较高，时速至少应在80—100km/h以上。

但用作调车、小运转作业运力浪费，在没有电气化的分支线、装车线、调车线上，机车都不能运行；很不适合调车、小运转运输方式。

再则，电气化铁路投资巨大，一般企业难以承受，而能够增加的运输总量有限，增加的运输总收入也有限。