（矿用）电力机车接触式分段供电系统.pdf

总 第1 6 7期 d o i ： 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 5～ 2 7 9 8 ． 2 0 1 3 ． 0 7 ． 0 3 0 ( 矿 用) 电力机车接触式分段供电系统 许峰 ， 平伟 ， 王瑞， 解鹏 ( 潞安环能股份公 司 王庄煤矿 ， 山西 长治0 4 6 0 3 1 ) 摘要： 在实际使用中， ( 矿用) 电力机车供电系统为裸露架空线供电方式 ， 该方式存在很大安全隐患。为 了能够更好地杜绝该类隐患， 保证煤矿供电系统以及人员安全， 研发了电力机车接触式分段供电系统， 通 过电源条、 传感器等电器元件组合成整套机车供电系统。 关键词： 供电系统； 接触式分段； 供电单元 中图分类号 ： T D 6 1 1 文献标识码 ： B 文章 编号 ： 1 0 0 5 — 2 7 9 8 ( 2 0 1 3 ) 0 7 — 0 0 6 3 — 0 2 1 ( 矿用) 电力机车现有供电系统 1 ． 1 国内现有电力机车分析 国内市场电力机车是由牵引电动机驱动车轮的 机车。电力机车所需电能由供电系统的接触网或蓄 电池提供 ， 所以是一种非 自带能源的机 车。电力机 车具有功率大 、 过载能力强、 牵引力大 、 速度快 、 运营 费用低、 便于实现多机牵引、 能采用再生制动以及节 约能量等优点。使用电力机车牵引车列， 可以提高 列车运行速度和承载重量， 从而大幅度地提高运输 能力和通过能力。 1 ． 2 现有 电力机车工作原理 电力机车没有空气污染 ， 且易于保养 ， 牵引列车 速度可达几百公里 ， 所 以高速列 车都 由电力机车牵 引的。电力机车另一个优点就是能够在短时间内完 成启动和制动 ， 这个性能 比蒸汽机车和内燃机车要 优秀很多。所以在世界范围内， 正大力发展 电气化 铁路的电力机车。在绿色环保 的今 天， 电力机车 的 发展更加受到重视。机车上的各种电气设备包括主 电路、 辅助电路、 控制电路。①主电路： 电力机车的 最重要组成部分 ， 它决定机车的基本性能 ， 由牵引电 动机 以及与之相连接的电气设备和导线共 同组 成。 在主电路 中流过全部 的牵 引负载 电流 ， 其 电压为牵 引电动机 的工作电压 ， 或者接触 网的网压 ， 所 以主电 路是 电力机车上的高 电压大电流的动力 回路 。它将 接触网上的电能转变成列车牵引力。②辅助电路 ： 供电给电力机车上的各种辅助电机的电气回路。辅 助电机驱动多种辅助机械设备 ， 如冷却牵引 电动机 和制动电阻用的通风机， 供给各种气动器械所需压 缩空气的压缩机等。辅助电机可 以是直流的 ， 也可 以是异步的。③控制电路： 由司机控制器和控制电 器的传动线 圈和联锁触 头等组成的低压小功率 电 路。控制 电路 的作用是使机车主电路和辅助电路 中 的各种电器按照一定的程序动作 ， 这样 ， 电力机车即 可按照司机的意图运行 。 1 ． 3 矿用电力机车供电方式 目前 ， 矿用井下 电力机车的供 电系统分为接触 式架空线供 电和机车 自带 电池供 电两种形式 。其 中， 接触式架空线供 电存在诸多安全隐患 ： 其一 ， 由 于架空线裸露 ， 悬挂高度既不能高也不能低 ， 因此容 易造成井下人员意外触电； 其二， 天线敷设距离过 长 ， 一般都在几公里以上 ， 而在这几公里的任何地方 都通电； 其三 ， 接触式供电在机车行驶过程 中会产生 火花或电弧 ， 不符合 《 煤矿安全规程》 的要 求 ， 因此 对矿井安全造成 了威胁。而机车 自带电池供电也存 在诸多缺陷： 其一 ， 无法实现持续供 电， 导致机车行 驶范围有限； 其二， 由于井下通常不配设充电室， 当 电池电量耗尽时 ， 需将数 以吨计 的电池上井进行充 电， 费时费力； 其三， 电池本身无法提供强大的动力， 因此导致机车的载荷有限。综合上述分析， 现有矿 用井下电力机车的供 电系统 由于 自身结构所限， 存 在安全隐患多、 无法实现持续供电、 充电费时费力、 以及影响机车载荷等问题。基于此 ， 有必要发 明一 种全新的矿用井下电力机车 的供 电系统 ， 以解决上 述 问题 。 2 矿用井下电力机车接触式分段供 电系统 2 ． 1 技术方案概述 矿用井下电力机车接触式分段供 电系统包括机 车、 铁轨、 安装于机车上的机车供 电系统 、 以及铺设 于铁轨沿线的若干段电源条； 其中的机车供电系统 包括前信号发射器、 后信号发射器、 交换电路、 机车 收稿 日期 ： 2 0 1 3 - 0 5 -0 3 作者简介： 许峰( 1 9 8 5一) ， 男， 陕西西安人 ， 助理工程师 ， 从事供电技术工作。 63 许 峰等： ( 矿用) 电力机车接触式分段供电系统 第2 2 卷第7 期 电池 、 手控开关 、 机车电动机、 以及接触探头 ； 前信号 发射器安装于机车车头； 后信号发射器安装于机车 车尾 ； 机车电池的输 出端通过手控开关连接交换 电 路 ； 接触探头的输出端连接交换 电路 的输入端 ； 前信 号发射器 、 后信号发射器 、 机车电动机等的输入端均 连接交换 电路 的输 出端 ； 各段电源条首尾相接铺设 于铁轨沿线 ； 各段电源条上设有首尾相接铺设于铁 轨沿线的若干个电导线单元、 以及电源线； 相邻两个 电导线单元之间均通过 电源线连接 ； 每段 电源条两 端均安装有信号接收感应开关， 每个信号接收感应 开关均连接电源线 ； 接触探头与电源条相互接触 。 2 ． 2 具体工作过程 首先 ， 机车司机闭合手控开关 ， 机车电池分别向 前信号发射器 、 后信号发 射器、 机 车电动机进行供 电。机车在机车电动机驱动下起步行驶， 同时前信 号发射器发射控制信号接收感应开关闭合的信号， 后信号发射器发射控制信号接收感应开关断开的信 号 。机车电动机起步行驶后 ， 机车车头到达位置 ， 所 对应的电源条上的信号接收感应开关会接收到前信 号发射器发射 的信号 ( 机车车头 尚未到达位置 ， 所 对应的电源条上的信号接收感应开关不会接收到前 信号发射器发射的信号) ， 并根据信号接通电源条 上的电源线 ， 使得电源条上的各个 电导线单元通电 ， 安装于机车上的接触探头随机车运动， 依次接触各 个电导线单元 ， 由此产生电流。同时， 机车车尾离开 位置所对应的电源条上的信号接收感应开关会接收 到后信号发射器发射的信号， 并根据信号断开电源 条上的电源线， 使得电源条上的各个 电导线单元失 电。当机车车速达到一定值时， 即接触探头的电流 达到供 电要求时， 交换 电路会切断机车电池供 电， 而 改由接触探头向机车电动机供电， 同时由接触探头 向机车电池充电。基 于上述过程 ， 本方案所述的矿 用井下电力机车接触式分段供电系统实现了电源条 分段性供电， 使得整条铁轨上只有机车所在位置 的 电源条带 电， 而其他位置的电源条不带电， 由此大大 降低 了能耗 ， 增强了供电安全性 ， 填补了矿用井下电 力机车供 电安全性的空白。 与现有矿用井下 电力机车 的供电系统相 比， 本 方案所述的矿用井下电力机车接触式分段供电系统 具备以下优点： ①与接触式天线供电相比， 本方案所 述的矿用井下电力机车接触式分段供 电系统无需使 用机车天线 ， 由此消除了因采用天线而造成 的各类 安全隐患； ②与机车自 带电池供电相比， 本方案所述 的矿用井下电力机车接触式分段供电系统实现了持 续供电且无需充电， 由此保证了机车行驶范围， 避免 了充电费时费力 ， 同时其能够提供强大的动力 ， 提高 了机车的载荷。 3 方案的结构示意图 方案的结构示意 ， 见图 1 。 卜 L 车 ；2 一 电源条；3 一前信号发射器；4 一 后信号发射器 ； 5 一交换电路； 6 一机车电池； 7 —手控开关；8 一机车电动机； 9 一 电导线单元；l O 一电源线 ；1 l 一信号接收感应开关 ；I 2 一接触探头 图 1 方案的结 构示 意 具体实施时 ， 各段电源条可任意进行拆装 ， 实现 对电源条的分段检修。每个信号接收感应开关还可 引出信号传送至车辆调度 ， 这样就可 以对机车行驶 位置进行实时监控 。同时每台机车 的前、 后信号发 射器均有不同的编码 ( 类似 电子钥匙 ) ， 由车辆调度 向电源条上的信号接收感应开关发出允许接受信号 的编码后 ， 有相应编码 的机车才能控制信号接收感 应开关动作， 否则信号接收感应开关不进行动作， 机 车就无法运行 ， 由此增强 了机车供 电的管理和安全 力度。 [ 责任编辑： 常丽芳] ( 上接第 3 8页) [ 3 ] 方新秋； 钱鸣高， 曹胜根， 等． 综放开采不同顶煤端面顶 板稳定性及其控制[ J ] ． 中国矿业大学学报， 2 0 0 2 ( 1 ) ： 6 9—7 4． [ 4 ] 孟庆龙， 刘成． 煤矿冒顶原因与防范措施[ J ] ． 煤炭技 术 ， 2 0 0 9 ( 2 ) ： 1 0 6—1 0 8 ． [ 责任编辑 ： 常丽芳]