礦用雙動力材料車高壓送電調試方法*

吉強

(中國煤炭科工集團 太原研究院有限公司， 山西 太原 030006)

0 引言

傳統的無軌膠輪車通常采用防爆柴油機作為動力源，它在提高煤礦生產效率的同時顯現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環境，防爆柴油機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，導致巷道及作業面空氣中有害成分超標，對煤礦安全生產帶來隱患[1]。雖然近年來隨著新能源車型技術的日益提高，采用防爆電動機作為動力裝置的車型已經開始應用，但是由于井下特殊作業環境的要求以及電池技術存在的瓶頸，純電動車型續航能力低、電池使用成本高、維護不易等缺點制約了其在煤礦生產過程中的應用和推廣[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，同時又可避免因續航能力不足而導致難以進行長距離運輸的問題，從而有效改善煤礦井下作業環境。

雙動力車輛的調試重點在電驅模式，通過對電氣設備及電氣系統的試驗可以及時發現準備投入的電氣系統、電氣設備本身存在的缺陷、錯誤和安裝過程中造成的質量問題，以判斷新安裝的或運行中的系統是否能夠正常投入運行。這是一項嚴謹、細致、技術性較高的工作[3]。但是，目前并沒有可供參考執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和防爆電機兩種動力裝置，通過燃油和電網電力兩種動力源進行分時驅動，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； 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有架線電網的道路運行時，駕駛員可通過操縱集電裝置的升降來捕捉電網，從而獲得電力。此時，車輛可在電驅模式下運行，能夠充分利用電動機動力持久、過載能力強、經濟性高、可實現回饋制動的特點，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電網的巷道中運行時，則由防爆電噴發動機提供動力，利用柴油機動力的低環境受限性，充分發揮輔助運輸高效便捷的特點。

2 電氣系統的組成

2.1 1 500 V直流配電所

雙動力材料車在以防爆電動機作為動力裝置的模式下，其動力來源為井下預先鋪設的1 500 V直流電網。為開展雙動力材料車上電調試，搭建了配電所，用以提供試驗調試時所需的1 500 V直流電。配電所主要由交流饋線柜、整流器柜、直流開關柜、電容濾波和絕緣監測柜、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

雙動力材料車的電氣系統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)、油泵電動機和牽引電動機組成，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

雙動力材料廠車使用的DC 1 500 V變頻牽引系統是把架線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，以實現電動機變速運行的系統。設計核心是高電壓DC/AC變頻器的設計，直流1 500 V輸入，輸出三相交流1 050 V，根據控制策略變換電源頻率，以供給車輛運行所需的轉矩和轉速，其中PLC負責整車邏輯控制[4]。

雙動力材料車上的集電裝置可以把架線電網上的1 500 V高壓電取下，經過斷路器箱后進入變頻器箱，再分別供給牽引電動機和油泵電動機，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，在整個調試過程中制定了嚴格的安全措施及操作流程以保證調試的順利進行。上電調試的步驟分為試驗臺調試及架線段調試兩個階段進行。

3 試驗臺調試方法

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

試驗臺調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，以便進行車輛性能及電氣設備的試驗及調試工作，如圖4所示。

3.1 準備工作

因調試時涉及高壓帶電作業，在試驗過程中必須設立警戒帶及高壓電器警告標志牌，防止人員誤入[5]。相關試驗人員職責明確，試驗過程中保證通信暢通，進行任何動作前必須預先通知所有現場人員。

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，駕駛人員將斷路器箱開關閉合后進入駕駛室。

圖4 試驗臺上電調試照片

3.2 調試過程

駕駛員操作切換裝置將車輛置于電驅模式，將變速箱置于空檔，開啟駐車制動。隨后打開通電開關，由整車自帶的24 V電源箱給操縱系統供電，檢查顯示器顯示是否為電驅操縱模式。確認無誤后即可通知變電所操作人員給整車供應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、電流等參數無誤后，通知駕駛員啟動車輛。車輛正常啟動，油泵電動機隨即開始工作，觀測油泵電動機轉向是否正確，如果有誤立即停車斷電進行調整。若轉向無誤，待油泵電動機運行平穩，檢查儀表盤上前后橋制動壓力及傳動系統壓力是否正常，如圖5所示。傳動壓力建立后，控制油門踏板，檢測牽引電動機能否正常啟動空轉，觀測并記錄電流、電壓值等數據是否正常。

圖5 調試時顯示狀態參數的儀表

以上調試工作完畢后，可進行車輛動作的調試。松開駐車制動器，將變速箱檔位置于前進Ⅰ檔，通過控制油門踏板使牽引電動機運行，使其帶動傳動系統工作，車輪隨即轉動，觀察車輪轉向是否正確。無誤后，加大油門，記錄牽引電動機轉速、電壓值、電流值以及車速等參數是否達到設計要求，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，檢測各相關數據能否達到設計要求。牽引電動機、油泵電動機均由變頻器控制，在調試中通過實際運行情況的反應，調整控制程序可優化設計參數，改善系統運行情況。

整個調試期間，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 調試結束后工作

調試完畢后，駕駛員關停車輛，恢復駐車制動，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試方法

完成試驗臺通電調試后，需將集電裝置的電纜線和斷路器箱恢復連接，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模式，將其行駛到架線試驗場，進行架線段上電跑合調試。

4.1 架線試驗場介紹

架線試驗場為雙動力材料車進行接觸網上電調試的場地，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 調試前準備

將車輛停在架線段電網下方，對集電裝置進行絕緣檢測。方法為：斷開電控箱隔離開關，用兆歐表測量集電器高壓正負極線對地線的絕緣電阻，測量1次。按照MT/T 661—2011標準的要求，1 500 V主回路對車架的絕緣電阻應不小于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，其碳刷要和電網上正負極接觸，其銅片要和電網上兩條接地軌貼合，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 調試過程

完成準備工作后，駕駛員將車輛切換至電驅模式，配電所操作人員給電網供電。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 架線段上電調試

車輛啟動后，油泵電動機開始工作，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，配電柜操作人員應密切注意各項參數，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調試，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回饋電流變化情況，驗證車輛回饋制動效果。

進行多次重復試驗，驗證各項參數是否達到設計要求，以及整個系統的穩定性。試驗過程中有任何異常情況，駕駛員應通知配電所操作人員進行斷電后再進行故障處理，上電期間駕駛員嚴禁上下車。

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 結論

車輛調試過程是一項耗時、重復的繁瑣工作，尤其是雙動力材料車，因涉及到1 500 V直流電的高壓操作，需制定嚴格的調試流程及操作規定。所有參與人員需進行相關培訓后才能進行調試工作。在整個雙動力材料車調試過程中，所有人員職責明確，溝通順暢，按照預先規定的試驗流程，完成了各項參數的驗證、記錄工作，試驗結果也符合設計要求。整個試驗期間未發生任何意外事故，充分證明了車輛及供電系統的可靠性，為后續車輛的正式工業性應用提供了寶貴的經驗以及充分的數據支持。