單軌機車運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實驗室；3.中鋼集團安徽劉塘坊礦業有限公司；4.安徽富凱礦業有限公司）

金屬非金屬礦山井下大多采用單軌機車運輸，動力一般采用架線電機車，機車工作電壓一般采用直流250～750 V。由于井下巷道圍巖不穩定，時間久了，頂部或底板會產生變形，導致架線與軌面高差局部存在小于安全高度1.8 m的情況，達不到礦山安全規程要求，作業人員在巷道行走存在觸電危險。為避免架線觸電事故發生，提高設備本質安全，將架線電源控回路進行改造，使架線在無機車運輸的時候處于安全電壓或無電壓，僅在機車受電弓搭上后才有250 V工作電源［1-2］。

經過分析，對架線電壓的安全性采取措施，計劃通過檢測負載阻抗來決定是否吸合通電主接觸器，達到通斷電目的［3-5］。

1 方案

整個直流架空線自動控制供電系統組成：智能供電控制箱、主電源電纜、軌道接地及附件等。將現有架空線按照200～300 m分段，需要增加幾根總的電纜作為總的電源線；每個分段智能控制箱從總電纜上引入電源，經過控制輸出到所對應的分段架空線上。根據電機車所處的位置，只給電機車當時正在運行的那段架空線通電，而讓其它沒有電機車運行的架空線處于斷電狀態。也就是當電機車進入某一段時，給該段架空線通電；當電機車離開后，或者電機車落下受電弓后，該架空線延時斷電。具體技術內容如下。

（1）將一整條架空線分成若干段，在每段架空線分斷處安裝1臺智能控制箱。當電機車受電弓搭上架空線，控制箱內阻抗檢測儀檢測出是電機車對地之間的阻值，所連接的控制箱內部接觸器閉合，給此段架空線供電，發出聲音報警，提醒在場人員注意安全；并且斷開后方那段架空線電源。

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

（3）對于沒有電機車運行的架空線段，處于完全斷電狀態，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，也不會發生觸電等安全問題。

（4）控制箱總進線采用直流斷路器，當架空線上出現過流或接地等短路故障時，斷路器能夠及時斷開，切斷架空線上電源，防止事故擴大?？刂葡溆凶詣蛹笆謩铀碗姺绞?，可以根據需要選擇。

2 控制原理

該控制系統核心部分是阻抗檢測儀（內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）當轉換開關SA轉到自動狀態，受檢測體的阻抗值通過阻抗檢測儀檢測，正常人體電阻是500～1 000Ω，電機車的工作電阻為40～200Ω。通過可編程控制器設定KQ閉合條件為機車阻值范圍，超出范圍KQ打開，這樣接觸器KM就失電，處于斷開狀態，-250 V架線就沒有電。當受檢測體為機車受電弓接觸，阻抗檢測儀檢測到40～200Ω的阻值，可編程控制器KQ閉合，KM就通電閉合，同時控制繼電器KA有電，KA常開觸點閉合，達到架線有電運行并保持狀態，此段架線有電。

（2）當轉換開關SA轉到手動狀態，受檢測體不需要通過阻抗檢測儀檢測，直接按下啟動按鈕SF，這樣接觸器KM就處于有電狀態，KM常開觸點閉合，-250 V架線就有電，同時控制繼電器KA有電，其常開觸點閉合，達到架線有電運行并保持狀態。當按下停止鍵SS，接觸器KM失電，其常開觸點斷開，常閉觸點閉合，達到架線失電并保持狀態。

3 示例

圖2為該系統在安徽淮北某礦應用時的架線示意圖，井下機車架線分為O A、AB、BC、CD4段，機車直流250 V工作電源從整流柜產生，然后通過電纜與控制箱分別給各段供電，控制箱內阻抗檢測儀檢測出電機車對地之間達到一定的阻值，將所連接的控制箱內部的接觸器閉合，給電機車受電弓搭上那段架空線供電，發出聲音報警，提醒在場人員注意安全；同時當電機車離開后，或者電機車落下受電弓后，該架空線延時斷電。當架空線上出現過流或接地等短路故障時，斷路器能夠及時斷開，切斷架空線上電源，防止事故擴大。當人員觸碰到機車架線，由于阻值不在設定值范圍，所在區段接觸器不會閉合，達到安全的目的。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生過架線觸電事故。

4 結語

本方案對架線式電機車采用阻抗檢測儀檢測受電體阻抗，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。