矿井双电架线车辅助运输系统探讨范文

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《摩托车信息》2018年第1期

摘要:为了有效解决煤矿井下车辆污染、长距离大坡度运输问题，提出一种新型矿井双电架线车辅助运输系统。该系统由供电系统、接触网系统、充电站、集电装置、双电架线车组成，具有快充、架线、混合三种运营模式。文章提出了各子系统的关键技术指标，并详细阐述了三种运营模式。最后，对该系统的三大关键技术:牵引变电所容量及供电臂匹配技术、接触网分并线技术、动力电池选型及匹配技术，并提出相应解决方法，为将来矿井双电架线车辅助运输系统的实现提供思路及技术支持。

关键词:矿井辅助运输系统;牵引变电所;接触网;集电装置;双电架线车

20世纪90年代以后，我国煤矿井下引进柴油无轨胶轮车辅助运输系统，极大提高了运输效率，为大型矿井高效高产提供保障。2013年中煤科工集团太原研究院有限公司与神东煤炭集团合作，投资上亿资金，开始研究世界首创的柴电双动力架线车技术，于2017年在神东公司补连塔煤矿成功试运行，验证了架线车项目中牵引供电、接触网、集电装置、电力驱动及漏电保护等诸多关键技术。在此基础上，本文提出矿井双电架线车辅助系统，旨在解决现有无轨辅助系统存在部分问题。较现有柴油无轨辅助运输系统，双电架线车运输系统主要具有以下三方面优势［1，2］:1)长距离大坡度物料辅助运输。柴油无轨车辆长距离大坡度运输物料过程中，存在上坡发动机烧开锅，下坡制动器发热失效的问题。双电架线车则上坡通过架线源源不断的提供牵引动力，下坡通过回馈制动保证车辆制动安全性。2)巷道无污染。柴油车辆行驶过程中，在巷道产生大量尾气污染与噪音污染，而双电架线车则无尾气排放且噪音低。3)运营成本低。通过车辆各工况运行计算，双电架线车运营成本约是柴油车辆的四分之一。以上三方面优势，双电架线车就对无轨辅助运输系统产生深远影响。

1矿井双电架线车系统运营模式

1.1矿井双电架线车系统组成

矿井架线车系统主要由五部分组成:供电系统(包括馈线)、接触网系统、充电站、集电装置、双电架线车。供电系统由多个牵引变电所及馈线网组成，每个牵引变电所从交流配电线网引进10kV交流电源，经过降压整流变换为额定750V直流电源。馈线网贯通整个架线巷道，与供电系统直连，用于传送电力至不同区段的接触网。馈线网导线的截面积、长度直接决定接触网的承载功率及末端压降。最后，馈线网上连接一套完整的漏电流检测及绝缘检测装置，确保整个带电线网(包括接触网)的漏电安全。接触网通过分段绝缘器分成若干区段，每个区段通过断路器与馈线连接，实现各区段的自动控制独立供电。并且各区段分别安装LED警示灯，提醒人员接触网带电，注意安全。当双电架线车需要架线运行时，区段接触网提前自动带电;无需架线运行时，区段接触网自动断电。最终实现自动送停电及带电提醒的安全运营模式。充电站设置于地面停车厂及井下停车位，可提供大功率快速充电，连接装置与双电架线车的集电装置匹配。车辆可在此处进行快速充电。双电架线车根据运输物料种类及数量不同，分为多种类别:10座人车、20座人车、10T料车、5T料车、支架车等。每台双电架线车仅安装一套电驱动力系统，并且自身携带适量具有快充能力的钛酸锂电池。车辆在架线区段，实现架线运行;非架线区段，动力蓄电池提供动力运行。

1.2子系统关键技术指标

为了使矿井双电架线车系统高效运行，通过分析研究各子系统需满足以下技术指标，方可实现。供电系统关键技术指标:额定电压DC750V;功率满足各工况车辆运行;牵引变电所具有回馈功能;变电所具备远程控制功能;具有漏电流检测、绝缘检测双重安全防护;免维护、无人值守，自动控制。接触网系统关键技术指标:具有带电提示功能;具有分并线功能;具有防淋水功能;接触网线采有柔性悬挂保证受流;接触网能补偿导轨导线热胀冷缩;分并线及交叉器装置具备带电运行功能;车辆架线运行时速不小于40km/h。充电站关键技术指标:具有快速充电功能(10min);具有漏电保护功能;充电连接装置与集电装置匹配;井下充电站设备选用隔爆设备。集电装置关键技术指标:上线捕捉时间小于6s，成功率95%以上;下线时间小于5s;具有出现故障后(左右过渡偏移、脱网、别卡、车辆故障、触网故障、调度故障)，自动下线保护功能;单极独立四点接触，且每点碳刷与触线贴合紧密，保证受流质量，出现火花每1公里小于2次;高速(大于等于10km/h)工况下，碳刷传受电流不小于200A，低速工况下(小于10km/h)，碳刷传受电流不不于400A;行驶过程中，产生最大噪音不大于90dB;运行速度不小于40km/h。双电架线车关键技术指标:车辆蓄电池采用钛酸锂电池;上网及脱网时可以自动切换(切换时间小于0.1s);具有线上自动充电功能;电机、变频器、电池散热采用液冷;具有双重绝缘防护;采用绝缘检测及漏电流检测双重安全保护;所配电池容量满足矿井运输往返一次。

1.3双电架线车运营模式双电架线车运营模式

如图2所示，矿井双电架线车辅助运输系统为了高效、可靠、环保、经济的完成矿井中人员、材料、支架等辅助运输。在矿井中设置了充电站、牵引变电所、接触网、双电架线车四大部分。充电站主要安装于地面车库及煤矿井下辅助运输大巷中，通过双电架线车的集电装置完成车辆快速充电(10min充满)。牵引变电所根据架线车使用工况容量需求，设置于地面或井下，与接触网连接，为车辆架线运行提供电力。接触网架设于矿井低瓦斯或无瓦斯辅助运输大巷中，而在地面(车辆行驶线路不确定)及运输巷(存在瓦斯)则不架设。最后根据运输物料、数量不同，研制多种具有快速上下线网功能(6s)的架线车，满足各种矿井人员、物料运输。通过系统以上四大部分的设置，使架线车具有三种运营模式功能:快充模式、架线模式、混合模式。快充模式如图3所示，架线车快充模式与纯蓄电池车运营模式相同。当车辆电量不足时，则行驶至充电站充电;当车辆电量充足时，则下井运输物料。架线模式如图4所示，架线车不再进入充电站充电，当架线车在架线区域运行时，边行驶，边在线充电。在非架线区域时，则通过车辆自身动力电池提供动力。在线充的电量也能保证非在线运行。

2双电架线车系统关键技术

2.1DC750V牵引变电所容量及供电臂匹配研究

DC750V电压等级的牵引变电所广泛应用于地铁、架线车，相关设备的技术较为成熟、先进。如何根据矿井架线车使用工况匹配牵引变电所容量及供电臂，满足车辆运营的压降及馈线网载流需求，达到最大经济性，是矿井供电系统研究的关键技术［3，4］。

2.2DC750V接触网分并线技术研究

煤矿井下通常多个工作面同时开采，导致辅助运输路线出现分岔运行情况。为了保证架线车高效运行，则需实现接触网分并线。

2.3双电架线车动力电池选型及容量计算方法研究

矿用架线车中电控、电机、电池三大核心技术中，电控及电机技术相对成熟，并且在第一代双动力架线车项目中得到验证，因此电池的选型及容量计算是本项目的关键技术［5，6］。

2.3.1动力电池选型目前主流动力电池有铅酸电池［7］、镍氢电池［8］、磷酸铁锂［9］、钛酸锂电。

2.3.2动力电池总能量计算矿用双动力架线车动力电池总能量，需要满足架线车地面至井下满载往返一次的需求。这与车辆自重、额定载荷、续航里程、行驶工况等息息相关［11］。由于井下坡度较多，且坡度对续航里程影响较大，因此不能按照通常续航里程计算方法确定动力电池总能量。

3结语

通过对矿井双电架线车系统运营模式及关键技术的分析研究，基本研究出相应解决方法。为了使该系统稳定可靠运行，更进一步的产业化推广，还需要对系统的技术通过实践一一验证，特别是受电系统还需要投入大量技术力量。假若本系统可以稳定可靠运行，则能够为矿井辅助运输带来第二次变革，甚至影响其他行业(金属矿山)运输方式。

参考文献:

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［3］田丽华，姜久春．无轨电车供电线网分路最大容量估算［J］．电源学报，2015，13(3):113－118．

［4］张帝．双源无轨电车车载储能系统及新型供电网络优化控制［D］．北京:北方交通大学，2017:15－33．

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［9］李哲．纯电动汽车磷酸铁锂电池性能研究［D］．北京:清华大学，2011．

［10］宋永华，阳岳希，胡泽春．电动汽车电池的现状及发展趋势［J］．电网技术，2011，35(4):1－7．

［11］王志福，张承宁．电动汽车电驱动理论与设计［M］．北京:机械工业出版社，2017:26－48.

作者：刘玉荣 单位：中煤科工集团太原研究院有限公司