礦井架線機車接觸網負荷信號閉鎖裝置的研究和應用

胡小剛，丁守坤

（1.中國神華能源股份有限公司神東煤炭分公司，陜西 神木 719315；2.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

煤礦井下架線式機車通過接觸網獲取動力電源，當供電區段內接觸網負荷過大、機車數量過多時，易引起供變電設備跳閘保護，影響區域內所有機車的運行，甚至造成設備損壞。因此需要信號機按照接觸網負荷情況引導機車入網，避免過多機車進入供電區段引起接觸網負荷超限。

常規的信號裝置根據架線機車接觸網供變電設備的負載情況實施調度［1］，而當電網負載數據信息無法獲取時，信號裝置便無法實現調度。因此，需要一種閉鎖裝置，不僅能夠以接觸網供變電設備的負載信息為依據，還可根據進入供變電區域的機車情況實施信號閉鎖；能夠保證在供變電設備與信號機控制器間的通信發生故障或供變電設備狀態監測功能故障時正常發布調度信號，保障接觸網及供變電設備的運行安全。

1 機車接觸網負荷信號閉鎖裝置結構與工作原理

礦井架線機車接觸網負荷信號閉鎖裝置由信號機控制器、閉鎖信號機、機車定位器和接觸網供變電監測器組成，其結構框圖如圖1所示。信號機控制器與供變電站監測器通信可獲取該區段的接觸網負荷狀態；與礦井已有的機車定位系統連接可直接從機車定位器的通信數據中獲取進入和離開該區段的車輛信息［2］。

圖1 接觸網負荷信號閉鎖裝置組成框圖

接觸網實行分段供電方式。信號機控制器根據區段內接觸網負荷狀態或區域內車輛信息對閉鎖信號機實施閉鎖、解鎖控制［3］。當接觸網負荷信息接入正常時，信號閉鎖以負荷信息為依據；當接觸網負荷信息接入故障時，信號閉鎖以區域內機車數量為依據。

2 信號閉鎖方法

本文設計的礦井架線機車接觸網負荷信號閉鎖方法，不僅能夠以接觸網供變電設備的負荷監測信息為依據，還能夠以進入接觸網供變電區段的機車數量為依據。以多源信息為依據，能夠保證一方設備故障或通信故障時可正常實施信號閉鎖，進行安全調度［4－5］。信號機控制器可以設定接觸網的信號閉鎖負荷極限數值、信號解鎖負荷數值以及區段內允許的機車數量等信息。

（1）以接觸網負荷為依據時：信號機控制器與接觸網供變電站監測器通信正常并且能夠獲取接觸網負荷，根據供變電站監測器獲得的接觸網的實時負荷狀態數據WP，依據配置的閉鎖負荷WLK和解鎖負荷WUL數值，控制信號機顯示閉鎖信號或解鎖信號。即：當WP≥WLK時，信號閉鎖；當WP＜WUL時，信號開放。設某區段內的接觸網額定載荷基數為WB，則WLK、WUL可分別設定為：

（2）以機車數量為依據時：此時信號機控制器與供變電站監測器通信斷開或供變電站監測器的監測功能發生故障，可根據機車定位器獲得的車輛進入和離開該區域的車輛信息統計出區域內機車的數量。簡易的判斷方法是依據配置的閉鎖和解鎖機車數量數值，控制信號機顯示閉鎖信號、解鎖信號。但是，因機車的運行功率會因載重、速度等情況實時變化，而不同車型的額定功率相差較大，簡易的機車數量判斷方法誤差較大、保護能力不高。因此區段負荷閉鎖以機車數量為依據時，控制器從機車定位系統的數據中可識別和統計區段內各機車類型的數量，以各類型機車的額定功率和數量計算區段載荷WN，即：

其中：α為可調參數，應大于1.0；WA、WB、WC分別為A、B、C類型機車的額定功率；NA、NB、NC分別為A、B、C類型機車的數量。

以式（3）計算的WN與式（1）、式（2）中的WLK、WUL比較，判斷信號應閉鎖或應開放。

3 試驗與應用

架線機車接觸網負荷信號閉鎖裝置已在神華神東補連塔礦井DC1500V架線車精確定位、行車信號控制及運行安全監測系統中投入使用。信號機控制器和機車定位器為KJ650-F礦用本安型機車調度分站，閉鎖信號機為DHX15L（A）礦用本安型信號燈。信號機設于車輛進入架線車接觸網的巷道端口處，機車定位系統的定位器分散設于架線車接觸網區域內。補連塔礦井下接觸網共分三段，如圖2所示。

圖2 補連塔礦井下接觸網供配電分段示意圖

結合應用實例對礦井架線機車接觸網負荷信號閉鎖裝置的具體實施方式進行詳細說明，接觸網負荷信號閉鎖裝置實例如圖3所示。以其中補連塔礦井下某一個區段為例，實施方式說明如下：

（1）接觸網供變電站監測器4能夠將電網負荷信息通過總線傳遞給信號機控制器1。

（2）2臺機車定位器能夠將監測到的機車進入、離開區域信息通過總線傳遞給信號機控制器1。

（3）2臺閉鎖信號機通過總線接收信號機控制器1的閉鎖、解鎖指令。

（4）配置信號機控制器的信號閉鎖負荷極限數值、信號解鎖負荷數值、信號閉鎖機車數量極限數值、信號解鎖機車數量數值。

（5）正常情況下，信號機控制器1按照接觸網供變電站監測器4采集的電網負荷數據控制信號機。當信號機控制器1與接觸網供變電站監測器4的通信鏈路發生故障時，或當接觸網供變電站監測器4的監測功能發生故障時，信號機控制器1按照機車定位器監測的機車信息進行信號機控制。

圖3 接觸網負荷信號閉鎖裝置實例

4 結語

本文研究的礦井架線機車接觸網負荷信號閉鎖裝置能夠在供變電設備與信號機控制器間通信發生故障時，或供變電設備狀態監測功能發生故障時，正常發布調度信號，避免過多機車進入區域，導致電網負荷超限，保障了接觸網及供變電設備的運行安全。目前為止，該裝置已在補連塔煤礦投入使用半年多，運行狀態良好，功能使用正常，滿足了煤礦對架線車接觸網負荷信號控制的要求。