單軌機(jī)車運(yùn)輸架空線供電的安全控制

郭本利 高連月 房振宇4

（1.中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究總院股份有限公司；2.金屬礦山安全與健康國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；3.中鋼集團(tuán)安徽劉塘坊礦業(yè)有限公司；4.安徽富凱礦業(yè)有限公司）

金屬非金屬礦山井下大多采用單軌機(jī)車運(yùn)輸，動(dòng)力一般采用架線電機(jī)車，機(jī)車工作電壓一般采用直流250～750 V。由于井下巷道圍巖不穩(wěn)定，時(shí)間久了，頂部或底板會(huì)產(chǎn)生變形，導(dǎo)致架線與軌面高差局部存在小于安全高度1.8 m的情況，達(dá)不到礦山安全規(guī)程要求，作業(yè)人員在巷道行走存在觸電危險(xiǎn)。為避免架線觸電事故發(fā)生，提高設(shè)備本質(zhì)安全，將架線電源控回路進(jìn)行改造，使架線在無機(jī)車運(yùn)輸?shù)臅r(shí)候處于安全電壓或無電壓，僅在機(jī)車受電弓搭上后才有250 V工作電源［1-2］。

經(jīng)過分析，對(duì)架線電壓的安全性采取措施，計(jì)劃通過檢測(cè)負(fù)載阻抗來決定是否吸合通電主接觸器，達(dá)到通斷電目的［3-5］。

1 方案

整個(gè)直流架空線自動(dòng)控制供電系統(tǒng)組成：智能供電控制箱、主電源電纜、軌道接地及附件等。將現(xiàn)有架空線按照200～300 m分段，需要增加幾根總的電纜作為總的電源線；每個(gè)分段智能控制箱從總電纜上引入電源，經(jīng)過控制輸出到所對(duì)應(yīng)的分段架空線上。根據(jù)電機(jī)車所處的位置，只給電機(jī)車當(dāng)時(shí)正在運(yùn)行的那段架空線通電，而讓其它沒有電機(jī)車運(yùn)行的架空線處于斷電狀態(tài)。也就是當(dāng)電機(jī)車進(jìn)入某一段時(shí)，給該段架空線通電；當(dāng)電機(jī)車離開后，或者電機(jī)車落下受電弓后，該架空線延時(shí)斷電。具體技術(shù)內(nèi)容如下。

（1）將一整條架空線分成若干段，在每段架空線分?jǐn)嗵幇惭b1臺(tái)智能控制箱。當(dāng)電機(jī)車受電弓搭上架空線，控制箱內(nèi)阻抗檢測(cè)儀檢測(cè)出是電機(jī)車對(duì)地之間的阻值，所連接的控制箱內(nèi)部接觸器閉合，給此段架空線供電，發(fā)出聲音報(bào)警，提醒在場(chǎng)人員注意安全；并且斷開后方那段架空線電源。

（2）當(dāng)電機(jī)車進(jìn)入剛送上電的這段架空線后，控制箱檢測(cè)記憶電機(jī)車所在段。如果電機(jī)車在此段停車，并將受電弓架拉下，控制箱斷開當(dāng)前架空線電源。如果電機(jī)車需要再運(yùn)行，只要受電弓抬起接觸到架空線，控制箱的記憶探測(cè)功能立刻激活控制回路，使主回路閉合，恢復(fù)當(dāng)前架空線上的電源。如果是人員碰觸了架空線，則不會(huì)送電，保證人員安全。

（3）對(duì)于沒有電機(jī)車運(yùn)行的架空線段，處于完全斷電狀態(tài)，沒有任何電壓（包括低電壓），線路非常安全，即使人員直接觸碰，也不會(huì)發(fā)生觸電等安全問題。

（4）控制箱總進(jìn)線采用直流斷路器，當(dāng)架空線上出現(xiàn)過流或接地等短路故障時(shí)，斷路器能夠及時(shí)斷開，切斷架空線上電源，防止事故擴(kuò)大?？刂葡溆凶詣?dòng)及手動(dòng)送電方式，可以根據(jù)需要選擇。

2 控制原理

該控制系統(tǒng)核心部分是阻抗檢測(cè)儀（內(nèi)部包括可編程控制器），其它組成器件包括控制電源、直流接觸器、控制繼電器、控制按鈕、指示燈（圖1）。工作過程中如下。

（1）當(dāng)轉(zhuǎn)換開關(guān)SA轉(zhuǎn)到自動(dòng)狀態(tài)，受檢測(cè)體的阻抗值通過阻抗檢測(cè)儀檢測(cè)，正常人體電阻是500～1 000Ω，電機(jī)車的工作電阻為40～200Ω。通過可編程控制器設(shè)定KQ閉合條件為機(jī)車阻值范圍，超出范圍KQ打開，這樣接觸器KM就失電，處于斷開狀態(tài)，-250 V架線就沒有電。當(dāng)受檢測(cè)體為機(jī)車受電弓接觸，阻抗檢測(cè)儀檢測(cè)到40～200Ω的阻值，可編程控制器KQ閉合，KM就通電閉合，同時(shí)控制繼電器KA有電，KA常開觸點(diǎn)閉合，達(dá)到架線有電運(yùn)行并保持狀態(tài)，此段架線有電。

（2）當(dāng)轉(zhuǎn)換開關(guān)SA轉(zhuǎn)到手動(dòng)狀態(tài)，受檢測(cè)體不需要通過阻抗檢測(cè)儀檢測(cè)，直接按下啟動(dòng)按鈕SF，這樣接觸器KM就處于有電狀態(tài)，KM常開觸點(diǎn)閉合，-250 V架線就有電，同時(shí)控制繼電器KA有電，其常開觸點(diǎn)閉合，達(dá)到架線有電運(yùn)行并保持狀態(tài)。當(dāng)按下停止鍵SS，接觸器KM失電，其常開觸點(diǎn)斷開，常閉觸點(diǎn)閉合，達(dá)到架線失電并保持狀態(tài)。

3 示例

圖2為該系統(tǒng)在安徽淮北某礦應(yīng)用時(shí)的架線示意圖，井下機(jī)車架線分為O A、AB、BC、CD4段，機(jī)車直流250 V工作電源從整流柜產(chǎn)生，然后通過電纜與控制箱分別給各段供電，控制箱內(nèi)阻抗檢測(cè)儀檢測(cè)出電機(jī)車對(duì)地之間達(dá)到一定的阻值，將所連接的控制箱內(nèi)部的接觸器閉合，給電機(jī)車受電弓搭上那段架空線供電，發(fā)出聲音報(bào)警，提醒在場(chǎng)人員注意安全；同時(shí)當(dāng)電機(jī)車離開后，或者電機(jī)車落下受電弓后，該架空線延時(shí)斷電。當(dāng)架空線上出現(xiàn)過流或接地等短路故障時(shí)，斷路器能夠及時(shí)斷開，切斷架空線上電源，防止事故擴(kuò)大。當(dāng)人員觸碰到機(jī)車架線，由于阻值不在設(shè)定值范圍，所在區(qū)段接觸器不會(huì)閉合，達(dá)到安全的目的。井下架線通過改造后，安全性大大提高，近年來該礦井下沒有發(fā)生過架線觸電事故。

4 結(jié)語

本方案對(duì)架線式電機(jī)車采用阻抗檢測(cè)儀檢測(cè)受電體阻抗，以此控制架線通電與否，方案簡單可行、安全可靠，可最大限度地保障了井下人員的人身安全。