礦井雙電架線車輔助運輸系統探討范文

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《摩托車信息》2018年第1期

摘要:為了有效解決煤礦井下車輛污染、長距離大坡度運輸問題，提出一種新型礦井雙電架線車輔助運輸系統。該系統由供電系統、接觸網系統、充電站、集電裝置、雙電架線車組成，具有快充、架線、混合三種運營模式。文章提出了各子系統的關鍵技術指標，并詳細闡述了三種運營模式。最后，對該系統的三大關鍵技術:牽引變電所容量及供電臂匹配技術、接觸網分并線技術、動力電池選型及匹配技術，并提出相應解決方法，為將來礦井雙電架線車輔助運輸系統的實現提供思路及技術支持。

關鍵詞:礦井輔助運輸系統;牽引變電所;接觸網;集電裝置;雙電架線車

20世紀90年代以后，我國煤礦井下引進柴油無軌膠輪車輔助運輸系統，極大提高了運輸效率，為大型礦井高效高產提供保障。2013年中煤科工集團太原研究院有限公司與神東煤炭集團合作，投資上億資金，開始研究世界首創的柴電雙動力架線車技術，于2017年在神東公司補連塔煤礦成功試運行，驗證了架線車項目中牽引供電、接觸網、集電裝置、電力驅動及漏電保護等諸多關鍵技術。在此基礎上，本文提出礦井雙電架線車輔助系統，旨在解決現有無軌輔助系統存在部分問題。較現有柴油無軌輔助運輸系統，雙電架線車運輸系統主要具有以下三方面優勢［1，2］:1)長距離大坡度物料輔助運輸。柴油無軌車輛長距離大坡度運輸物料過程中，存在上坡發動機燒開鍋，下坡制動器發熱失效的問題。雙電架線車則上坡通過架線源源不斷的提供牽引動力，下坡通過回饋制動保證車輛制動安全性。2)巷道無污染。柴油車輛行駛過程中，在巷道產生大量尾氣污染與噪音污染，而雙電架線車則無尾氣排放且噪音低。3)運營成本低。通過車輛各工況運行計算，雙電架線車運營成本約是柴油車輛的四分之一。以上三方面優勢，雙電架線車就對無軌輔助運輸系統產生深遠影響。

1礦井雙電架線車系統運營模式

1.1礦井雙電架線車系統組成

礦井架線車系統主要由五部分組成:供電系統(包括饋線)、接觸網系統、充電站、集電裝置、雙電架線車。供電系統由多個牽引變電所及饋線網組成，每個牽引變電所從交流配電線網引進10kV交流電源，經過降壓整流變換為額定750V直流電源。饋線網貫通整個架線巷道，與供電系統直連，用于傳送電力至不同區段的接觸網。饋線網導線的截面積、長度直接決定接觸網的承載功率及末端壓降。最后，饋線網上連接一套完整的漏電流檢測及絕緣檢測裝置，確保整個帶電線網(包括接觸網)的漏電安全。接觸網通過分段絕緣器分成若干區段，每個區段通過斷路器與饋線連接，實現各區段的自動控制獨立供電。并且各區段分別安裝LED警示燈，提醒人員接觸網帶電，注意安全。當雙電架線車需要架線運行時，區段接觸網提前自動帶電;無需架線運行時，區段接觸網自動斷電。最終實現自動送停電及帶電提醒的安全運營模式。充電站設置于地面停車廠及井下停車位，可提供大功率快速充電，連接裝置與雙電架線車的集電裝置匹配。車輛可在此處進行快速充電。雙電架線車根據運輸物料種類及數量不同，分為多種類別:10座人車、20座人車、10T料車、5T料車、支架車等。每臺雙電架線車僅安裝一套電驅動力系統，并且自身攜帶適量具有快充能力的鈦酸鋰電池。車輛在架線區段，實現架線運行;非架線區段，動力蓄電池提供動力運行。

1.2子系統關鍵技術指標

為了使礦井雙電架線車系統高效運行，通過分析研究各子系統需滿足以下技術指標，方可實現。供電系統關鍵技術指標:額定電壓DC750V;功率滿足各工況車輛運行;牽引變電所具有回饋功能;變電所具備遠程控制功能;具有漏電流檢測、絕緣檢測雙重安全防護;免維護、無人值守，自動控制。接觸網系統關鍵技術指標:具有帶電提示功能;具有分并線功能;具有防淋水功能;接觸網線采有柔性懸掛保證受流;接觸網能補償導軌導線熱脹冷縮;分并線及交叉器裝置具備帶電運行功能;車輛架線運行時速不小于40km/h。充電站關鍵技術指標:具有快速充電功能(10min);具有漏電保護功能;充電連接裝置與集電裝置匹配;井下充電站設備選用隔爆設備。集電裝置關鍵技術指標:上線捕捉時間小于6s，成功率95%以上;下線時間小于5s;具有出現故障后(左右過渡偏移、脫網、別卡、車輛故障、觸網故障、調度故障)，自動下線保護功能;單極獨立四點接觸，且每點碳刷與觸線貼合緊密，保證受流質量，出現火花每1公里小于2次;高速(大于等于10km/h)工況下，碳刷傳受電流不小于200A，低速工況下(小于10km/h)，碳刷傳受電流不不于400A;行駛過程中，產生最大噪音不大于90dB;運行速度不小于40km/h。雙電架線車關鍵技術指標:車輛蓄電池采用鈦酸鋰電池;上網及脫網時可以自動切換(切換時間小于0.1s);具有線上自動充電功能;電機、變頻器、電池散熱采用液冷;具有雙重絕緣防護;采用絕緣檢測及漏電流檢測雙重安全保護;所配電池容量滿足礦井運輸往返一次。

1.3雙電架線車運營模式雙電架線車運營模式

如圖2所示，礦井雙電架線車輔助運輸系統為了高效、可靠、環保、經濟的完成礦井中人員、材料、支架等輔助運輸。在礦井中設置了充電站、牽引變電所、接觸網、雙電架線車四大部分。充電站主要安裝于地面車庫及煤礦井下輔助運輸大巷中，通過雙電架線車的集電裝置完成車輛快速充電(10min充滿)。牽引變電所根據架線車使用工況容量需求，設置于地面或井下，與接觸網連接，為車輛架線運行提供電力。接觸網架設于礦井低瓦斯或無瓦斯輔助運輸大巷中，而在地面(車輛行駛線路不確定)及運輸巷(存在瓦斯)則不架設。最后根據運輸物料、數量不同，研制多種具有快速上下線網功能(6s)的架線車，滿足各種礦井人員、物料運輸。通過系統以上四大部分的設置，使架線車具有三種運營模式功能:快充模式、架線模式、混合模式。快充模式如圖3所示，架線車快充模式與純蓄電池車運營模式相同。當車輛電量不足時，則行駛至充電站充電;當車輛電量充足時，則下井運輸物料。架線模式如圖4所示，架線車不再進入充電站充電，當架線車在架線區域運行時，邊行駛，邊在線充電。在非架線區域時，則通過車輛自身動力電池提供動力。在線充的電量也能保證非在線運行。

2雙電架線車系統關鍵技術

2.1DC750V牽引變電所容量及供電臂匹配研究

DC750V電壓等級的牽引變電所廣泛應用于地鐵、架線車，相關設備的技術較為成熟、先進。如何根據礦井架線車使用工況匹配牽引變電所容量及供電臂，滿足車輛運營的壓降及饋線網載流需求，達到最大經濟性，是礦井供電系統研究的關鍵技術［3，4］。

2.2DC750V接觸網分并線技術研究

煤礦井下通常多個工作面同時開采，導致輔助運輸路線出現分岔運行情況。為了保證架線車高效運行，則需實現接觸網分并線。

2.3雙電架線車動力電池選型及容量計算方法研究

礦用架線車中電控、電機、電池三大核心技術中，電控及電機技術相對成熟，并且在第一代雙動力架線車項目中得到驗證，因此電池的選型及容量計算是本項目的關鍵技術［5，6］。

2.3.1動力電池選型目前主流動力電池有鉛酸電池［7］、鎳氫電池［8］、磷酸鐵鋰［9］、鈦酸鋰電。

2.3.2動力電池總能量計算礦用雙動力架線車動力電池總能量，需要滿足架線車地面至井下滿載往返一次的需求。這與車輛自重、額定載荷、續航里程、行駛工況等息息相關［11］。由于井下坡度較多，且坡度對續航里程影響較大，因此不能按照通常續航里程計算方法確定動力電池總能量。

3結語

通過對礦井雙電架線車系統運營模式及關鍵技術的分析研究，基本研究出相應解決方法。為了使該系統穩定可靠運行，更進一步的產業化推廣，還需要對系統的技術通過實踐一一驗證，特別是受電系統還需要投入大量技術力量。假若本系統可以穩定可靠運行，則能夠為礦井輔助運輸帶來第二次變革，甚至影響其他行業(金屬礦山)運輸方式。

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作者：劉玉榮 單位：中煤科工集團太原研究院有限公司