宝日希勒露天矿应用卡车架线辅助供电系统的探讨

1、宝日希勒露天矿应用卡车架线辅助供电系统的探讨钟志波, 徐振东, 田志伟( 神华宝日希勒能源有限公司露天矿, 内蒙古 呼伦贝尔 021025)摘 要: 介绍了卡车架线辅助供电系统的优缺点, 并对其将在宝日希勒露天矿的具体应用情况进行了分析。关键词: 卡车架线辅助供电系统; 双能源卡车; 直流调速器;中图分类号: TD 613文献标识码: B文章编号: 1671 - 9816( 2008) 03 - 0042 - 031 卡车架线辅助供电系统简介卡车运营成本。同时卡车架线辅助供电系统也存在着初次投资 增加、道路灵活性受限制等缺陷。卡车架线辅助供电系统是用于电动轮卡车的新型动力系统, 类似于无轨电车

2、系统, 即通过架设在空 中的输电线, 经集电弓子将电能传给电动轮卡车的 电动机使用。架空摩电线架设在相对稳定的主干道 上, 为上坡的车辆提供主要动力; 在没有架空输电线 的地方完全由燃油发电系统提供动力。改现在燃油 卡车为双能源卡车, 可在一定程度上降低露天矿的 运输成本, 提高运输效率。3卡车架线辅助供电系统实际应用效果3.1接触网形式世界上有很多露天矿很早就开始试验和应用卡车架线辅助供电系统, 以接触网形式不同分为:( 1) 采用与电气化铁道运输相似的软电缆。这种 形式的架线在南非几个矿山试验以后, 已获得较广 泛的应用。其特点是: 允许电流小, 电压降偏大; 柔性 安装较容易, 投资少;

3、 操 作容易, 驾驶员对中架 线电 网比较方便, 入口不受限制。( 2) 采用硬铝排, 接触网为刚性硬铝型材。这种 形式第一次用在加拿 大魁北克省加仑的卡 蒂尔矿 , 这是一个多冰雪的深凹矿山, 连续运行了 7 年, 是成 功的。其特点是: 允许电流大( 试验为 3 800A) ; 电压 降小( 28.5V/1 000A·km) ; 刚性安装, 初次投资大; 变 电站少, 运行不受湿路面打滑和自卸车超载的影响; 运行操作要求高, 在入口时, 驾驶员必须对中槽板。3.2 应用情况70 年代末、80 年代初在北美、南非一些矿山进 行了架线供电试验, 并取得了一定的效果。有的至今 还在运用

4、。( 1) 南非巴勒波拉矿, 从 1979 年开始试验, 1982 年投入运行, 有 75 台 170 t 的双能源自卸车。统计在 重载爬 8%坡道时: 每公里能耗费由 7.65 美元下 降 到 3.10 美 元 , 下 降 了 59.3% ; 爬 坡 时 柴 油 消 耗 仅为原油耗的 5%; 爬坡时车速由 13.6 km/h 升高 到 21 km/h, 升高了 35%。( 2) 南非依斯克锡兴铁矿 是世界最大 露 天 矿 山 之一, 从 1979 年 7 月开始试验辅助架线供电系统。 试 验 线 长 1 km、坡 度 6.5% , 设 置 了 3 座 1.6 MW 的 可 移 动 变 电 站

5、 , 变 电 站 输 入 交 流 11 kV, 输 出 直 流2 卡车架线辅助供电系统的优缺点从原理上可以看出, 原来车上柴油机供电的 系统, 因受柴油机功率的限制, 采用恒功率控制。而采 用架线供电以后, 能源功率不再 受限制, 使电动轮能 在设计极限之内平稳可靠的运行。在实际运行中, 电 流的大小取决于自卸车的有效载荷( 载重、坡道和滚 动阻力之和) 。一般采用在电路中串入降压电阻的办 法, 使卡车近于恒流加速, 平稳地由较低车速加速至 全电压的最高车速。因为卡车架线辅助供电系统能使电动轮在设计 极限之内平稳可靠的运行, 由此带来了以下好处。( 1) 可以减少卡车燃油发 动机的满负荷 运

6、转 时 间, 从而延长发动机和发电机的寿命。( 2) 它可以向电动机提供强大稳定的电能, 提高 电动轮的运转效果, 进而提高卡车的爬坡速度, 缩短卡车运行循环时间, 减少卡车数量, 提高卡车运行效 率。(3) 能源供应上部分采用电力替代燃油, 降低了收稿日期: 2008- 02- 03作者简介: 钟志波( 1971- ) , 男, 黑 龙 江 泰 康 人 , 技 术 员 ,2005 年毕业于北京京安学院应用电子专业, 现在神华宝日希 勒能源有限公司露天矿从事露天矿工业自动化、供电系统、 监控系统的设计安装工作。露天采矿技术2008 年第 3 期· 43 ·1.2 kV 至架

7、线电网。架线采用铜线, 两线间距 4 m。车上采用菱形集电弓、碳质滑板结构。先后改装了 3 辆车, 一辆是 Mark36, 另 2 辆是 170C。其中一种采用 BBC 公司的转换装置, 另一种采用 GE 公司的转换 装置。2 种装置都能完好地工作, 但 170C 车上 GE 公司的装置较简单, 准备长期采用。试验结果是: 柴 油 消 耗 降 低 : 用 柴 油 机 供 电 系 统 小 时 油 耗 量 为320 L, 而用架线供电时, 小时油耗下降到 80 L。车 速提高: 重载爬坡车速由柴油机供电的 12 km/h 提 高到 20 km/h。生产率增加: 爬 坡时间由 3.33 min 减少

8、到 2.50 min。( 3) 鲁星铀矿, 从 1981 年开始研究架线供电, 在1985 年 8 月到 1986 年 12 月, 在斜坡上修了 2.5 km 的 架 线 , 坡 度 为 8% , 变 电 站 容 量 为 3 MVA, 输 入 交 流 11kV, 输出直流 1.2 kV。给 18 台车供电。集电弓 系统由 Stenman Techini k 改装, 车上设备和通风机 由 GE 公司改装, 架线和变电站由 Siemens 改装。试 验结果每车公里费用节约 8.6%, 柴油机寿命由 1 万 h1.2 万 h 提高到 1.8 万 h, 车速达到 21 km/h。宝日希勒露天矿的生产规

9、模在不断扩大, 开采深度和卡车运距也越来越大, 随着燃油价格的不断 大幅攀升, 燃油成本在开采成本中所占比重越来越 高, 生产对燃油的依赖程度越来越大。本地电力资源 十分丰富, 少用油多用电是节约成本的有效手段; 并 可降低生产依赖燃油供应的风险; 减少露天矿卡车 数量和坑内污染物排放量, 改善深凹露天矿的大气 环境, 符合目前国家节能减排的产业要求。6 宝日希勒露天矿 应用卡车架线 辅助供电系统 的条件宝日希勒露天矿 2008 年将 达产 800 万 t 规模,坡 道 长 度 达 1.5 km 适 合 修 建 宽 度 和 平 坦 度 满 足 要 求的坡道; 年爬坡运量达 1 200 万 t&

10、#183;km; 每 L 柴油 价/每 kW·h 电价高达 10。卡车架线辅助供电系统不 改变宝日希勒露天矿现有的生产工艺, 可以很好的 融入到现有的生产当中去, 不会对正常生产产生严 重 影 响 。 我 国 有 50 年 使 用 无 轨 电 车 的 历 史 , 在 SF31904 电 动 轮 卡 车 的 改 造 和 架 空 线 路 的 架 设 , 及 系统的管理方面积累了成熟的技术和经验; 随着电 力电子技术的进步, 电子直流调速器性能优良, 价格 下降, 为我矿顺利实施卡车架线辅助供电系统奠定 了技术基础。(4) 南非帕拉博拉露天矿 应用了卡车架 线 辅 助供电系统, 他们提供的

11、数据表明, R220 卡车采用该系统后在 8% 坡道上 行驶的速度由 9.5 km/h 提高到19.5 km/h。发动机全功率工作时间由平均运输周期 的 46% 下降到 16% , 发动机 大 修 周 期 延 长 到 大 约 2 万h。7 宝日希勒露天矿卡车架线辅助供电系统实施方案卡车架线辅助供电系统主要由供电系统、架线系统和自卸车系统 3 部分组成。供电系统包括主配电站、整流装置、断路器和保 护开关等。理论上讲, 供电系统可以采用交流供电, 也可采用直流供电。目前都采用直流供电系统, 利用 切换串联降压电阻调节车速, 控制系统相对交流供 电简单。但随着电力电子技术的进步, PLC 技术的应

12、用, 交流供电控制复杂的问题已很好解决。交流供电 系统造价低、效率高的优点很明显。为此我们设计采 用交流供电方式。SF31904 电动轮卡车采用西门子6RA70 型直流调速器控制卡车速度, 外加由 PLC 组 成的自动切换控制系统。我矿现有 4 台 SF31904 电动 轮 卡 车 , 最 高 需 提 供 2 400A 电 流 , 移 动 变 电 站 功率 需 达 到 4 000 kW。 架 线 系 统 考 虑 采 用 软 电 缆 方 式, 方便移动。4卡车架线辅助供电系统的建设条件路 面 平 坦 是 采 用 该 系 统 的 首 要 条 件 。 由 于 该系统采用架空摩电线通过集电弓子向卡车电

13、动轮供 电, 因此必须保证集电弓子与摩电线的接触良好, 这 就要求路面平坦, 起伏在集电弓子容许的范围之内; 另一方面由于架线汽车运行较快且受到架空线的限 制, 将会出现超过其他燃油车辆的情况, 就要求道路 宽度较一般情况下宽, 卡车的转弯半径也不应小于200 m, 以保证转向顺利。一般情况下, 应尽量保证卡 车在水平路段进入架线系统; 同时为充分体现架线系统的优势, 所有重车上坡段均应布置在架线系统内。经济效益方面, 满足年爬坡运量大于 1 600 万 t· km 和 每 L 柴 油 价/每 kW·h 电 价 大 于 4 的 2 项 条 件, 项目投资就可产生经济效益;

14、另外当地电网能提 供所需负荷。8 宝日希勒露天矿 应用卡车架线 辅助供电系统 的效益预测5 宝日希勒露天矿 应用卡车架线 辅助供电系统 的背景2 008 年 宝 日 希 勒 露 天 矿 采 煤 燃 油 消 耗 至 少 将机电与自动化露天采矿技术2008 年第 3 期· 44 ·达 1 600 万元, 应用卡车架线辅助供电系统后, 因为运 行 效 率 的 提 高 , 4 台 108 t 卡 车 可 达 到 5 台 108 t 卡车的运量, 保守估计以节约燃油 1/3 计算, 一年就 可节约燃油费 533 万元, 还不包括其他间接的的经 济效益。SF31904 电动轮卡车 如采

15、用西门子 6RA70应用卡车架线辅助供电系统取得成功后, 还可推广到土方剥离环节, 那样露天矿的总体燃油消耗将减 少一半, 大大减少对燃油的依赖, 会给我矿带来更为 可观的经济和社会效益。参考文献: 1 段家典. 柴 油架 线 双 能 源 自 卸 车 的 探 讨 J . 冶 金 设 备, 1992 ,( 1) : 17- 21.型 直 流 调 速 器 进 行 柴 油 - 架 线 双 能 源 改 造 ,每 台6RA70 型直流调速器的售价为 13 万元。在采煤环节!( 上接第 19 页)根据岩石岩溶、裂隙发育情况及其富水性, 划分 成 4 个含水带, 即风化裂隙含水带、石炭二迭系采空 岩溶含水带

16、、石炭二迭系灰岩岩溶含水带、石炭系裂 隙含水层。矿区内岩层富水性弱, 矿床顶底板为非含 水的混合岩。主要充水因素为石炭二迭系采空岩溶含 水带及石炭系( 含矿带) 裂隙水, 区内无大地表水体, 大气降雨为地下水主要补给来源, 大部分矿体高于侵 蚀基准面, 矿坑水大部分可以自然排泄。矿区水文地 质条件较简单。坑内正常涌水量 10 000 m3/d, 最大 涌水量 30 000m3/d。2.2 开采范围本次初步设计地下开采范围为露天开采境界以 外的矿体部分, 主要有号矿体和号矿体。南露天 坑底标高 46 m( 已闭坑) , 北露天坑底设计标高- 50 m, 现采到 80 m 标高。根据矿体赋存条件,

17、 号矿体北 段主要赋存于- 50 m 至- 200 m 标高 之间, - 200 m 标 高以下储量逐渐减少; 号矿体南段主要赋存于 50 m 至- 100 m 标高之间; 号矿体主要赋存于 200 m 至- 200 m 标高之间。因此, 地下开采范围为号矿 体 北 段- 50 m 至- 200 m 标 高 ; 号 矿 体 南 段 50 m 至- 100 m 标高; 号矿体 200 m 至- 200 m 标高。( 1) 进行矿区岩体构造的调查。随着开采深度的增加进行深部岩体节理构造调查工作, 查清影响矿、 岩稳定的主要构造。当巷道掘进和采矿工程进行时, 增加矿体和围岩的节理构造调查工作, 特别

18、要研究 易发生塌陷和冒落地段的节理构造和特征。对贯通多 中段的大节理、级构造或破碎带更需注意。(2) 进行岩石物理力学参数试验。表 1 列的岩石力 学 指 标 大 部 分 来 源 于 露 天 开 采 时 进 行 的 边 坡 研究, 相对取样深度较浅, 后续的地质报告中完成的岩 石物理力学性质试验较少。建议矿山补充一定数量 的、在矿区有足够代表性的围岩及矿体试样的物理 力学性质测定,从而得到各类岩石的抗压强度、抗拉 强度、抗剪强度、弹性模量、泊松比、内聚力及内摩擦角等参数,以便进行露天地下联合开采的稳定性分析及采场结构参数的优化。( 3) 进行矿区原岩应力测量。矿区原岩应力场数 据是评价矿岩及采矿工程稳定性和井巷工程设计的 主要依据。建议矿山在有条件时, 进行矿区原岩应 力测量工作, 搞清矿区最大、最小主应力的大小、方 向, 这样不仅便于更准确地分析地下开 采与露天开 采的相互影响, 而且有利于采场结构、井巷工程布置 及硐室工程的设计优化。特别是随着开采深度的增 加,