礦用雙動力材料車高壓送電調(diào)試方法*

吉強(qiáng)

(中國煤炭科工集團(tuán) 太原研究院有限公司， 山西 太原 030006)

0 引言

傳統(tǒng)的無軌膠輪車通常采用防爆柴油機(jī)作為動力源，它在提高煤礦生產(chǎn)效率的同時顯現(xiàn)出一些難以消除的弊端，最主要的方面是尾氣排放污染井下空氣環(huán)境,對煤礦工人身體健康造成損害。因煤礦井下屬于較為封閉的特殊作業(yè)環(huán)境，防爆柴油機(jī)排放的尾氣中含有的CO、HC、NOx以及PM固體顆粒不能得到及時有效地排出，導(dǎo)致巷道及作業(yè)面空氣中有害成分超標(biāo)，對煤礦安全生產(chǎn)帶來隱患[1]。雖然近年來隨著新能源車型技術(shù)的日益提高，采用防爆電動機(jī)作為動力裝置的車型已經(jīng)開始應(yīng)用，但是由于井下特殊作業(yè)環(huán)境的要求以及電池技術(shù)存在的瓶頸，純電動車型續(xù)航能力低、電池使用成本高、維護(hù)不易等缺點制約了其在煤礦生產(chǎn)過程中的應(yīng)用和推廣[2]。

煤礦井下用雙動力材料車是一種為解決上述矛盾而開發(fā)的新型無軌膠輪車，通過兩種動力裝置在不同工況下的使用來減少其在巷道中的尾氣排放，同時又可避免因續(xù)航能力不足而導(dǎo)致難以進(jìn)行長距離運輸?shù)膯栴}，從而有效改善煤礦井下作業(yè)環(huán)境。

雙動力車輛的調(diào)試重點在電驅(qū)模式，通過對電氣設(shè)備及電氣系統(tǒng)的試驗可以及時發(fā)現(xiàn)準(zhǔn)備投入的電氣系統(tǒng)、電氣設(shè)備本身存在的缺陷、錯誤和安裝過程中造成的質(zhì)量問題，以判斷新安裝的或運行中的系統(tǒng)是否能夠正常投入運行。這是一項嚴(yán)謹(jǐn)、細(xì)致、技術(shù)性較高的工作[3]。但是，目前并沒有可供參考執(zhí)行的煤礦井下高壓供電無軌車輛的檢測和試驗辦法。

1 雙動力材料車的特點

雙動力材料車配備有防爆電噴柴油機(jī)和防爆電機(jī)兩種動力裝置，通過燃油和電網(wǎng)電力兩種動力源進(jìn)行分時驅(qū)動，主要用于煤礦井下材料、貨物、備件等的長距離運輸工作，其外形如圖1所示。

1-架線段電網(wǎng)； 2-變頻器箱； 3-斷路器箱； 4-車體； 5-集電裝置。

雙動力材料車上安裝有集電裝置，其在大巷和輔運平硐等鋪設(shè)有架線電網(wǎng)的道路運行時，駕駛員可通過操縱集電裝置的升降來捕捉電網(wǎng)，從而獲得電力。此時，車輛可在電驅(qū)模式下運行，能夠充分利用電動機(jī)動力持久、過載能力強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)性高、可實現(xiàn)回饋制動的特點，滿足車輛長距離坡道的使用需求，延長行車制動器摩擦片的使用壽命，同時實現(xiàn)礦井有害氣體的零排放和低噪聲運行。

雙動力材料車在順槽中或其他無法鋪設(shè)電網(wǎng)的巷道中運行時，則由防爆電噴發(fā)動機(jī)提供動力，利用柴油機(jī)動力的低環(huán)境受限性，充分發(fā)揮輔助運輸高效便捷的特點。

2 電氣系統(tǒng)的組成

2.1 1 500 V直流配電所

雙動力材料車在以防爆電動機(jī)作為動力裝置的模式下，其動力來源為井下預(yù)先鋪設(shè)的1 500 V直流電網(wǎng)。為開展雙動力材料車上電調(diào)試，搭建了配電所，用以提供試驗調(diào)試時所需的1 500 V直流電。配電所主要由交流饋線柜、整流器柜、直流開關(guān)柜、電容濾波和絕緣監(jiān)測柜、再生制動能量吸收裝置等部件組成，如圖2所示。

2.2 雙動力材料車電氣系統(tǒng)

雙動力材料車的電氣系統(tǒng)主要由斷路器控制箱(簡稱斷路器箱)、變頻器控制箱(簡稱變頻器箱)、油泵電動機(jī)和牽引電動機(jī)組成，如圖3所示。

圖2 1 500 V直流配電所

圖3 雙動力材料車的電氣系統(tǒng)

雙動力材料廠車使用的DC 1 500 V變頻牽引系統(tǒng)是把架線DC 1 500 V電源變換成車輛運行所需要的各種頻率的交流電源，以實現(xiàn)電動機(jī)變速運行的系統(tǒng)。設(shè)計核心是高電壓DC/AC變頻器的設(shè)計，直流1 500 V輸入，輸出三相交流1 050 V，根據(jù)控制策略變換電源頻率，以供給車輛運行所需的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，其中PLC負(fù)責(zé)整車邏輯控制[4]。

雙動力材料車上的集電裝置可以把架線電網(wǎng)上的1 500 V高壓電取下，經(jīng)過斷路器箱后進(jìn)入變頻器箱，再分別供給牽引電動機(jī)和油泵電動機(jī)，從而給整車提供動力用電。

因本車型涉及到1 500 V的高壓直流用電，在整個調(diào)試過程中制定了嚴(yán)格的安全措施及操作流程以保證調(diào)試的順利進(jìn)行。上電調(diào)試的步驟分為試驗臺調(diào)試及架線段調(diào)試兩個階段進(jìn)行。

3 試驗臺調(diào)試方法

為保證用電安全，同時驗證電氣系統(tǒng)的可靠性，雙動力材料車在進(jìn)行架線段上電試驗之前需要進(jìn)行試驗臺上的整車通電調(diào)試。

試驗臺調(diào)試方法是將車體架起，通過高壓電纜將車體上的斷路器箱和變電所連接，然后由變電所產(chǎn)生的1 500 V直流電給車輛提供動力，從而可操作車輛動作，以便進(jìn)行車輛性能及電氣設(shè)備的試驗及調(diào)試工作，如圖4所示。

3.1 準(zhǔn)備工作

因調(diào)試時涉及高壓帶電作業(yè)，在試驗過程中必須設(shè)立警戒帶及高壓電器警告標(biāo)志牌，防止人員誤入[5]。相關(guān)試驗人員職責(zé)明確，試驗過程中保證通信暢通，進(jìn)行任何動作前必須預(yù)先通知所有現(xiàn)場人員。

通電前需檢查前后車輪是否完全離地，測量車體絕緣是否達(dá)到要求，檢測車體接地線連接是否牢固可靠。檢查完畢后，駕駛?cè)藛T將斷路器箱開關(guān)閉合后進(jìn)入駕駛室。

圖4 試驗臺上電調(diào)試照片

3.2 調(diào)試過程

駕駛員操作切換裝置將車輛置于電驅(qū)模式，將變速箱置于空檔，開啟駐車制動。隨后打開通電開關(guān)，由整車自帶的24 V電源箱給操縱系統(tǒng)供電，檢查顯示器顯示是否為電驅(qū)操縱模式。確認(rèn)無誤后即可通知變電所操作人員給整車供應(yīng)1 500 V直流電。

配電所上電后，操作人員檢查配電柜顯示的絕緣阻值及電壓、電流等參數(shù)無誤后，通知駕駛員啟動車輛。車輛正常啟動，油泵電動機(jī)隨即開始工作，觀測油泵電動機(jī)轉(zhuǎn)向是否正確，如果有誤立即停車斷電進(jìn)行調(diào)整。若轉(zhuǎn)向無誤，待油泵電動機(jī)運行平穩(wěn)，檢查儀表盤上前后橋制動壓力及傳動系統(tǒng)壓力是否正常，如圖5所示。傳動壓力建立后，控制油門踏板，檢測牽引電動機(jī)能否正常啟動空轉(zhuǎn)，觀測并記錄電流、電壓值等數(shù)據(jù)是否正常。

圖5 調(diào)試時顯示狀態(tài)參數(shù)的儀表

以上調(diào)試工作完畢后，可進(jìn)行車輛動作的調(diào)試。松開駐車制動器，將變速箱檔位置于前進(jìn)Ⅰ檔，通過控制油門踏板使?fàn)恳妱訖C(jī)運行，使其帶動傳動系統(tǒng)工作，車輪隨即轉(zhuǎn)動，觀察車輪轉(zhuǎn)向是否正確。無誤后，加大油門，記錄牽引電動機(jī)轉(zhuǎn)速、電壓值、電流值以及車速等參數(shù)是否達(dá)到設(shè)計要求，同時測試制動踏板工作是否正常。

相同方式再分別測試Ⅱ檔、Ⅲ檔、Ⅳ檔以及后退各檔位，記錄運行狀態(tài)，檢測各相關(guān)數(shù)據(jù)能否達(dá)到設(shè)計要求。牽引電動機(jī)、油泵電動機(jī)均由變頻器控制，在調(diào)試中通過實際運行情況的反應(yīng)，調(diào)整控制程序可優(yōu)化設(shè)計參數(shù)，改善系統(tǒng)運行情況。

整個調(diào)試期間，在1 500 V直流電上電過程中，駕駛員不得上、下車輛，其他人員不得觸碰車體。

3.3 調(diào)試結(jié)束后工作

調(diào)試完畢后，駕駛員關(guān)停車輛，恢復(fù)駐車制動，通知配電所操作人員斷電，斷電后駕駛員方可下車，然后斷開斷路器箱上的1 500 V供電電纜及車體接地線，將車輛落地。

4 地面架線段上電的調(diào)試方法

完成試驗臺通電調(diào)試后，需將集電裝置的電纜線和斷路器箱恢復(fù)連接，測試集電裝置升降動作是否正常。無誤后，車輛切換到防爆電噴柴油機(jī)模式，將其行駛到架線試驗場，進(jìn)行架線段上電跑合調(diào)試。

4.1 架線試驗場介紹

架線試驗場為雙動力材料車進(jìn)行接觸網(wǎng)上電調(diào)試的場地，其架線段全長約400 m，包括一個185 m的直線段，一個12 m的彎道，一個153 m的直線段以及一段50 m長的14°坡道，如圖6所示。

圖6 架線試驗場照片

4.2 調(diào)試前準(zhǔn)備

將車輛停在架線段電網(wǎng)下方，對集電裝置進(jìn)行絕緣檢測。方法為：斷開電控箱隔離開關(guān)，用兆歐表測量集電器高壓正負(fù)極線對地線的絕緣電阻，測量1次。按照MT/T 661—2011標(biāo)準(zhǔn)的要求，1 500 V主回路對車架的絕緣電阻應(yīng)不小于100 MΩ[6]。

絕緣值符合要求后，方可操縱集電裝置升起。集電裝置升起到位后，其碳刷要和電網(wǎng)上正負(fù)極接觸，其銅片要和電網(wǎng)上兩條接地軌貼合，如圖7所示。

上電前要保證整個試驗場拉好高壓警戒帶，防止人員誤入。試驗過程中，相關(guān)人員保持通信暢通，除駕駛員外其余人員禁止接觸車體。

4.3 調(diào)試過程

完成準(zhǔn)備工作后，駕駛員將車輛切換至電驅(qū)模式，配電所操作人員給電網(wǎng)供電。供電完成后，車輛斷路器箱上信號燈亮起，表明車輛受電成功，可以啟動。

圖7 架線段上電調(diào)試

車輛啟動后，油泵電動機(jī)開始工作，檢查傳動壓力無誤后，駕駛員可掛擋行駛車輛。起步過程中記錄電壓、電流值，同時觀察集電裝置上銅片在行駛過程中是否與接地軌貼合。行駛過程中，配電柜操作人員應(yīng)密切注意各項參數(shù)，如有異常及時斷電處理。

在整個試驗過程中，要完成車輛在各擋位行駛的狀態(tài)調(diào)試，及時測量電流值、電壓值、各擋位行駛時的車速，并記錄換擋時牽引電動機(jī)電流值的變化情況。在車輛制動及減速過程中，配電所操作人員及時觀察并記錄電網(wǎng)回饋電流變化情況，驗證車輛回饋制動效果。

進(jìn)行多次重復(fù)試驗，驗證各項參數(shù)是否達(dá)到設(shè)計要求，以及整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性。試驗過程中有任何異常情況，駕駛員應(yīng)通知配電所操作人員進(jìn)行斷電后再進(jìn)行故障處理，上電期間駕駛員嚴(yán)禁上下車。

試驗完成后，駕駛員通知配電所斷電后，再將集電裝置降下，車輛方可駛離試驗場。

5 結(jié)論

車輛調(diào)試過程是一項耗時、重復(fù)的繁瑣工作，尤其是雙動力材料車，因涉及到1 500 V直流電的高壓操作，需制定嚴(yán)格的調(diào)試流程及操作規(guī)定。所有參與人員需進(jìn)行相關(guān)培訓(xùn)后才能進(jìn)行調(diào)試工作。在整個雙動力材料車調(diào)試過程中，所有人員職責(zé)明確，溝通順暢，按照預(yù)先規(guī)定的試驗流程，完成了各項參數(shù)的驗證、記錄工作，試驗結(jié)果也符合設(shè)計要求。整個試驗期間未發(fā)生任何意外事故，充分證明了車輛及供電系統(tǒng)的可靠性，為后續(xù)車輛的正式工業(yè)性應(yīng)用提供了寶貴的經(jīng)驗以及充分的數(shù)據(jù)支持。