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(dòng)力源，它在提高煤礦生產(chǎn)效率的同時(shí)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(duì)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(shí)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(duì)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(dòng)機(jī)作為動(dòng)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(dòng)車型續(xù)航能力低、電池使用成本高、維護(hù)不易等缺點(diǎn)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(dòng)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(dòng)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(shí)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(yùn)輸?shù)膯栴}，從而有效改善煤礦井下作業(yè)環(huán)境。

雙動(dòng)力車輛的調(diào)試重點(diǎn)在電驅(qū)模式，通過對(duì)電氣設(shè)備及電氣系統(tǒng)的試驗(yàn)可以及時(shí)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(cuò)誤和安裝過程中造成的質(zhì)量問題，以判斷新安裝的或運(yùn)行中的系統(tǒng)是否能夠正常投入運(yùn)行。這是一項(xiàng)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(yàn)辦法。

1 雙動(dòng)力材料車的特點(diǎn)

雙動(dòng)力材料車配備有防爆電噴柴油機(jī)和防爆電機(jī)兩種動(dòng)力裝置，通過燃油和電網(wǎng)電力兩種動(dòng)力源進(jìn)行分時(shí)驅(qū)動(dòng)，主要用于煤礦井下材料、貨物、備件等的長距離運(yùn)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(dòng)力材料車上安裝有集電裝置，其在大巷和輔運(yùn)平硐等鋪設(shè)有架線電網(wǎng)的道路運(yùn)行時(shí)，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(shí)，車輛可在電驅(qū)模式下運(yùn)行，能夠充分利用電動(dòng)機(jī)動(dòng)力持久、過載能力強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)性高、可實(shí)現(xiàn)回饋制動(dòng)的特點(diǎn)，滿足車輛長距離坡道的使用需求，延長行車制動(dòng)器摩擦片的使用壽命，同時(shí)實(shí)現(xiàn)礦井有害氣體的零排放和低噪聲運(yùn)行。

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

2 電氣系統(tǒng)的組成

2.1 1 500 V直流配電所

雙動(dòng)力材料車在以防爆電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力裝置的模式下，其動(dòng)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(dòng)力材料車上電調(diào)試，搭建了配電所，用以提供試驗(yàn)調(diào)試時(shí)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(dòng)能量吸收裝置等部件組成，如圖2所示。

2.2 雙動(dòng)力材料車電氣系統(tǒng)

雙動(dòng)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(dòng)機(jī)和牽引電動(dòng)機(jī)組成，如圖3所示。

圖2 1 500 V直流配電所

圖3 雙動(dòng)力材料車的電氣系統(tǒng)

雙動(dòng)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(yùn)行所需要的各種頻率的交流電源，以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)變速運(yùn)行的系統(tǒng)。設(shè)計(jì)核心是高電壓DC/AC變頻器的設(shè)計(jì)，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(yùn)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(dòng)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(dòng)機(jī)和油泵電動(dòng)機(jī)，從而給整車提供動(dòng)力用電。

因本車型涉及到1 500 V的高壓直流用電，在整個(gè)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(yàn)臺(tái)調(diào)試及架線段調(diào)試兩個(gè)階段進(jìn)行。

3 試驗(yàn)臺(tái)調(diào)試方法

為保證用電安全，同時(shí)驗(yàn)證電氣系統(tǒng)的可靠性，雙動(dòng)力材料車在進(jìn)行架線段上電試驗(yàn)之前需要進(jìn)行試驗(yàn)臺(tái)上的整車通電調(diào)試。

試驗(yàn)臺(tái)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(dòng)力，從而可操作車輛動(dòng)作，以便進(jìn)行車輛性能及電氣設(shè)備的試驗(yàn)及調(diào)試工作，如圖4所示。

3.1 準(zhǔn)備工作

因調(diào)試時(shí)涉及高壓帶電作業(yè)，在試驗(yàn)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(yàn)人員職責(zé)明確，試驗(yàn)過程中保證通信暢通，進(jìn)行任何動(dòng)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(yàn)臺(tái)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(dòng)。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(dòng)車輛。車輛正常啟動(dòng)，油泵電動(dòng)機(jī)隨即開始工作，觀測油泵電動(dòng)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(dòng)機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)，檢查儀表盤上前后橋制動(dòng)壓力及傳動(dòng)系統(tǒng)壓力是否正常，如圖5所示。傳動(dòng)壓力建立后，控制油門踏板，檢測牽引電動(dòng)機(jī)能否正常啟動(dòng)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(shí)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(dòng)作的調(diào)試。松開駐車制動(dòng)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?dòng)機(jī)運(yùn)行，使其帶動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)工作，車輪隨即轉(zhuǎn)動(dòng)，觀察車輪轉(zhuǎn)向是否正確。無誤后，加大油門，記錄牽引電動(dòng)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(jì)要求，同時(shí)測試制動(dòng)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(yùn)行狀態(tài)，檢測各相關(guān)數(shù)據(jù)能否達(dá)到設(shè)計(jì)要求。牽引電動(dòng)機(jī)、油泵電動(dòng)機(jī)均由變頻器控制，在調(diào)試中通過實(shí)際運(yùn)行情況的反應(yīng)，調(diào)整控制程序可優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù)，改善系統(tǒng)運(yùn)行情況。

整個(gè)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(dòng)，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(yàn)臺(tái)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(dòng)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(yàn)場，進(jìn)行架線段上電跑合調(diào)試。

4.1 架線試驗(yàn)場介紹

架線試驗(yàn)場為雙動(dòng)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(gè)185 m的直線段，一個(gè)12 m的彎道，一個(gè)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(yàn)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(duì)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(duì)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(duì)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(gè)試驗(yàn)場拉好高壓警戒帶，防止人員誤入。試驗(yàn)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(hào)燈亮起，表明車輛受電成功，可以啟動(dòng)。

圖7 架線段上電調(diào)試

車輛啟動(dòng)后，油泵電動(dòng)機(jī)開始工作，檢查傳動(dòng)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(shí)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(xiàng)參數(shù)，如有異常及時(shí)斷電處理。

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

進(jìn)行多次重復(fù)試驗(yàn)，驗(yàn)證各項(xiàng)參數(shù)是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求，以及整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。試驗(yàn)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(yàn)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(yàn)場。

5 結(jié)論

車輛調(diào)試過程是一項(xiàng)耗時(shí)、重復(fù)的繁瑣工作，尤其是雙動(dòng)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(gè)雙動(dòng)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(yàn)流程，完成了各項(xiàng)參數(shù)的驗(yàn)證、記錄工作，試驗(yàn)結(jié)果也符合設(shè)計(jì)要求。整個(gè)試驗(yàn)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(yàn)以及充分的數(shù)據(jù)支持。