一种煤矿用直流1500V架线供电系统的制作方法

本发明涉及一种煤矿用带集中式能量吸收装置的直流1500v架线供电系统，属于煤矿井下架线无轨辅助运输车辆配套设备的技术领域。

背景技术：

目前，煤矿井下无轨辅助运输领域主要采用防爆柴油机为动力，经过防爆改造的柴油机污染大、噪音大，且长距离下坡时采用纯机械制动，刹车片磨损严重，存在安全隐患。

防爆蓄电池车辆在煤矿井下有少量应用，但受电池技术制约，无法实现长距离、大吨位、连续运输，且蓄电池维护麻烦，造成运输效率低下。

目前，地面城市无轨电车，采用架线运输方式，运量大，不受功率限制，和蓄电池技术结合，可有效的实现不间断运输，整车采用电阻制动，减少机械磨损，安全性高。随着电力电子技术发展，使用igbt回馈制动并集中吸收处理成为一种可能，具有效率高、功率因素可调、绿色节能等优点。

技术实现要素：

本发明的目的是针对当前防爆无轨胶轮车污染大、噪音大、制动力差、驱动力不足的背景，提出一种煤矿用带集中式能量吸收装置的直流1500v架线供电系统，稳定输出的直流1500v电压，供巷道架线使用。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种煤矿用直流1500v架线供电系统，其特征在于，包括多座牵引变电所，所述牵引变电所通过架空接触网连接，相邻牵引变电所组成双边供电，所有牵引变电所均采用中性点不接地系统，输出直流1500v电源正负极悬浮，每个所述牵引变电所硐室内设备单排设置，高低压设备分开摆放，每个所述牵引变电所包括：一段母线高爆开关柜，二段母线高爆开关柜，辅助变压器gst1、辅助变压器gst2，矿爆移相牵引变压器rt1，矿爆移相牵引变压器rt2，矿爆三绕组能馈变压器nt，矿用12脉波整流器gr1，矿用12脉波整流器gr2，矿用直流1500v开关柜、矿用直流1500v负极柜gn、矿用直流1500v上网柜、矿用直流1500v端子控制柜dz，矿用防爆型低压馈电开关，矿用双向变流器柜fc1/fc2和矿用远程通讯柜；

所述一段母线高爆开关柜的输入端与一段进线连接，输出端分别经所述矿爆移相牵引变压器rt1和矿爆移相牵引变压器rt2降为ac1180v后，输出到矿用12脉波整流器gr1和矿用12脉波整流器gr2，输出直流1500v电压，然后经所述开关柜和上网柜后，分别通过区间电缆连接至架空接触网；所述一段母线高爆开关柜的输出端还经所述辅助变压器gst1后与所述矿用防爆型低压馈电开关连接；

所述二段母线高爆开关柜的输入端与二段进线连接，输出端依次经矿爆三绕组能馈变压器nt，矿用双向变流器柜fc1/fc2后与直流母线连接，所述二段母线高爆开关柜的输出端还经所述辅助变压器gst2后与所述矿用防爆型低压馈电开关连接；

矿用直流1500v端子控制柜dz用于实现所有直流系统设备的逻辑控制及闭锁；矿用远程通讯柜通过光纤将所有牵引变电所组成环网，上传矿井监控系统。

所述一段母线高爆开关柜包括10kv进线高爆开关gh1、整流用10kv馈线高爆开关gh2和gh3、备用高爆开关gh4和备用高爆开关gh5、辅助变馈线高爆开关gh6和母联高爆开关gh7；

所述二段母线高爆开关柜包括能量吸收用10kv馈线高爆开关gh8、辅助变馈线高爆开关gh9、备用高爆开关gh10和10kv进线高爆开关gh11；

所述10kv进线高爆开关gh1的输入端与一段10kv进线连接，输出端通过母排分别与整流用10kv馈线高爆开关gh2和整流用10kv馈线高爆开关gh3、备用高爆开关gh4和备用高爆开关gh5、辅助变馈线高爆开关gh6和母联高爆开关gh7的输入端连接，所述整流用10kv馈线高爆开关gh2和整流用10kv馈线高爆开关gh3的输出端通过10kv矿用电缆分别与矿爆移相牵引变压器rt1和矿爆移相牵引变压器rt2的高压侧连接，所述辅助变馈线高爆开关gh6的输出端与辅助变压器gst1的高压侧连接，所述母联高爆开关gh7的输出端与10kv进线高爆开关gh11的输出端连接；

所述10kv进线高爆开关gh11的输入端与所述二段10kv进线连接，输出端分别与能量吸收用10kv馈线高爆开关gh8、辅助变馈线高爆开关gh9、备用高爆开关gh10的输入端连接，所述能量吸收用10kv馈线高爆开关gh8的输出端与矿爆三绕组能馈变压器nt的高压侧连接，所述辅助变馈线高爆开关gh9的输出端与辅助变压器gst2的高压侧连接。

所述矿用直流1500v开关柜包括进线开关gf2和进线开关gf5，馈线开关gf1、馈线开关gf3、馈线开关gf4、馈线开关gf6和馈线开关gf7；

所述矿用直流1500v上网柜包括正极上网开关2111、正极上网开关2131、正极上网开关2121、正极上网开关2141、负极上网开关2151、负极上网开关2161、负极上网开关2171、负极上网开关2181、越区开关2211、越区开关2212、越区开关2213和越区开关2214；

所述矿用12脉波整流器gr1和gr2的直流侧正极分别与进线开关gf2和进线开关gf5的输入端连接，直流侧负极与矿用直流1500v负极开关gn相连；所述进线开关gf2和进线开关gf5的输出端与馈线开关gf1、馈线开关gf3、馈线开关gf4、馈线开关gf6的输入端通过直流母排连接，所述馈线开关gf1、馈线开关gf3、馈线开关gf4、馈线开关gf6的输出侧分别经正极上网开关2111、正极上网开关2131、正极上网开关2121、正极上网开关2141与架空接触网的正极连接，矿用直流1500v负极柜gn的输出侧分别经负极上网开关2151、负极上网开关2161、负极上网开关2171、负极上网开关2181与架空接触网的负极连接；所述越区开关2211、越区开关2212、越区开关2213、越区开关2214的两端分别连接在接触网分区开关两端上网开关之间；馈线开关gf7的输出侧通过电缆与直流母排连接，输入侧与矿用双向变流器柜fc1/fc2相连。

所述矿用双向变流器柜fc1/fc2内设置有2台双向变流器，每台双向变流器包括2台逆变器，三相交流电抗器，每台逆变器包括3个dc/ac模块，所述2台逆变器输出端并联后，经三相交流电抗器与矿爆三绕组能馈变压器nt的低压侧连接。

所述的一种煤矿用直流1500v架线供电系统，每一段架空线网均由2座变电所同时供电，每座变电所两台12脉波整流器gr1和gr2并列运行，通过两台移相整流变压器rt1和rt2分别移相+7.5度和-7.5度，组成等效24脉波整流，输出直流1500v电压。

所述的一种煤矿用直流1500v架线供电系统，还包括无功补偿装置和矿用直流蓄电池屏。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：本发明提供了一种带集中式能量吸收装置的煤矿用直流1500v架线供电系统，在煤矿井下巷道硐室变电所，采用双回路10kv供电，经过防爆型移相牵引/回馈变压器降压，采用24脉波整流方式以及双向变流装置，稳定输出的直流1500v电压，供巷道架线使用，从而提高架线车辆安全性、可靠性，进而综合提高矿井辅助运输的效率，减少污染排放。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种煤矿用直流1500v架线供电系统的结构示意图；

图2为本发明实施例中单座变电所设备布置图；

图3为本发明实施例中单座变电所电路图；

图4为本发明实施例中集中式能量吸收装置的电路图；

图中：1为一段母线高爆开关柜，2为二段母线高爆开关柜，3为矿用直流1500v开关柜，4为矿用直流1500v上网柜，5为矿用直流蓄电池，6为矿用防爆型低压馈电开关，7为矿用远程通讯柜，8为无功补偿装置。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例首次将直流1500v架线供电系统应用到煤矿井下，如图1所示，本发明实施例提供的一种煤矿用直流1500v架线供电系统主要由多座煤矿直流1500v架线牵引变电所，通过架空接触网联结构成。相邻牵引变电所组成双边供电，所有牵引变电所均采用中性点不接地系统，输出直流1500v电源正负极悬浮。

如图2所示，每个所述牵引变电所硐室内设备单排设置，高低压设备分开摆放，每座变电所内设置有：一段母线高爆开关柜1，二段母线高爆开关柜2，矿爆三绕组能馈变压器nt，辅助变压器gst1和gst2，矿爆移相牵引变压器rt1和rt2，矿用12脉波整流器gr1和gr2，矿用直流1500v开关柜3、矿用直流1500v负极柜gn、矿用直流1500v上网柜4、矿用直流1500v端子控制柜dz，矿用防爆型低压馈电开关6，矿用双向变流器柜fc1/fc2和矿用远程通讯柜7；此外，还包括无功补偿装置8、矿用直流蓄电池5、区间上网电缆、所内控制缆线等。其中，相邻变电所组成双边供电，当一个变电所发生故障退出运行时，构成大双边供电，进行越区供电。

其中，高压交流设备包括：一段母线高爆开关柜和二段母线高爆开关柜，其中，一段母线高爆开关柜包括一台10kv进线高爆开关gh1、两台整流用10kv馈线高爆开关gh2和gh3、两台备用高爆开关gh4、gh5、一台辅助变馈线高爆开关gh6、一台母联高爆开关gh7，柜体之间使用母排连接，输出端连接到各自的负载；二段母线高爆开关柜包括一台能量吸收用10kv馈线高爆开关gh8、一台辅助变馈线高爆开关gh9、一台备用高爆开关gh10、一台10kv进线高爆开关gh11，柜体之间使用母排连接，输出端连接到各自的负载。

其中：直流系统设备主要包括：

（1）两台矿爆移相牵引变压器rt1和rt2：通过10kv矿用电缆与高爆开关相连；一台矿爆三绕组能馈变压器nt高压侧与高爆开关gh8相连，低压侧与矿用双向变流器柜11相连；

（2）两台矿用12脉波整流柜gr1和gr2：其交流侧与对应的矿爆移相牵引变压器nt低压侧相连，直流侧正极与矿用直流1500v进线开关gf2相连，负极与矿用直流1500v负极柜相连；

（3）矿用直流1500v开关柜3：其包括两台直流1500v进线开关gf2和gf5，4台直流1500v馈线开关gf1、馈线开关gf3、馈线开关gf4、馈线开关gf6，和馈线开关gf7，其中两台直流1500v进线开关gf2和gf5与4台直流1500v馈线开关gf1、馈线开关gf3、馈线开关gf4、馈线开关gf6并柜布置，中间通过直流母排连接，馈线开关gf1、gf3、gf4、gf6输出侧连接至对应的直流1500v正极上网开关，另外1台直流馈线开关gf7输出侧通过电缆与直流母排连接，输入侧与矿用双向变流器柜fc1/fc2相连；

（4）矿用直流1500v负极柜gn：输出侧连接至对应的直流1500v负极上网柜；正负极矿用直流1500v上网柜通过区间电缆连接至架空接触网；越区开关并接在接触网分区开关两端上网柜之间，采用母排连接；

（5）矿用直流1500v上网柜4：输入侧与馈线开关输入端连接，输出侧通过区间电缆连接至架空接触网；

（6）矿用直流1500v端子控制柜dz：实现所有直流系统设备的逻辑控制及闭锁，采用多芯控制电缆以及通讯线缆与直流系统设备、高压交流设备相连，控制电源由矿用直流蓄电池屏提供。

其中，所述低压交流设备包括两台辅助变压器gst1和gst2，以及一系列矿用防爆型低压馈电开关6，设备之间通过低压矿用电缆相连；其中，矿用防爆型低压馈电开关6包括低压馈电开关kd1~kd15。

其中，所述通讯设备包括一台矿用远程通讯柜，通过光纤将所有本系统内变电所组成环网，统一上传矿井监控系统。

具体地，如图2所示，牵引变电所硐室内最右侧布置一段母线高爆开关柜1和一段母线高爆开关柜2；一段母线高爆开关柜1内的高爆开关之间通过母排连接并柜安装，二段母线高爆开关柜2内的高爆开关之间通过母排连接并柜安装，两段母线之间通过高压矿用电缆相连；往左依次为两台辅助变压器gst1、gst2，落地安装；然后是矿爆移相牵引变压器rt1、rt2，分别安装于预制的设备基础上，前后留出散热通道；然后是矿爆三绕组能馈变压器nt，安装于预制的设备基础上，前后留出散热通道；然后往左是矿用12脉波整流器gr1和gr2，均安装在槽钢基础上，外壳与槽钢基础焊接接地，底部留有出线电缆沟；矿用直流1500v端子控制柜dz、矿用直流1500v开关柜3、矿用直流1500v上网柜4由右往左依次设置在矿用12脉波整流器gr1和gr2之间，矿用直流1500v端子控制柜dz右侧留出大于1米的空间进行安装；矿用直流1500v开关柜3使用母排连接并进行并柜安装，底部焊接在基础槽钢上；矿用直流1500v上网柜中的开关每三个为一组，中间通过母排连接并柜安装，出线端通过区间电缆引出到架空接触网上；然后往左为矿用直流1500v负极柜gn，其底部焊接在基础槽钢上；矿用双向变流器柜fc1/fc2安装在专用基础上，通过内部地排引线接地；矿用直流1500v馈线开关柜gf7作为能量吸收装置的馈线和进线柜使用，与双向变流器柜fc1/fc2就近安装；矿用直流蓄电池屏zlp也安装到槽钢基础上，进出线直接走底部电缆沟；矿用防爆型低压馈电开关13安装在专用的固定架上，中间通过低压电缆相连，接地线连接到接地扁钢上；矿用远程通讯柜7与高低压强电设备保持1米以上间距安装，减小通讯干扰，进出线均使用屏蔽线或光纤；预留了水泥基础作为无功补偿设备的安装位置。

具体地，如图3所示，每个牵引变电所中，所述一段母线高爆开关柜1包括10kv进线高爆开关gh1、整流用10kv馈线高爆开关gh2和gh3、备用高爆开关gh4和备用高爆开关gh5、辅助变馈线高爆开关gh6和母联高爆开关gh7；所述二段母线高爆开关柜1包括能量吸收用10kv馈线高爆开关gh8、辅助变馈线高爆开关gh9、备用高爆开关gh10和10kv进线高爆开关gh11。

其中，如图3所示，所述10kv进线高爆开关gh1的输入端与一段10kv进线连接，输出端通过母排分别与整流用10kv馈线高爆开关gh2和整流用10kv馈线高爆开关gh3、备用高爆开关gh4和备用高爆开关gh5、辅助变馈线高爆开关gh6和母联高爆开关gh7的输入端连接，所述整流用10kv馈线高爆开关gh2和整流用10kv馈线高爆开关gh3的输出端通过10kv矿用电缆分别与矿爆移相牵引变压器rt1和矿爆移相牵引变压器rt2的高压侧连接，所述辅助变馈线高爆开关gh6的输出端与辅助变压器gst1的高压侧连接，所述母联高爆开关gh7的输出端与10kv进线高爆开关gh11的输出端连接。

其中，如图3所示，所述10kv进线高爆开关gh11的输入端与所述二段10kv进线连接，输出端分别与能量吸收用10kv馈线高爆开关gh8、辅助变馈线高爆开关gh9、备用高爆开关gh10的输入端连接，所述能量吸收用10kv馈线高爆开关gh8的输出端与矿爆三绕组能馈变压器nt的高压侧连接，所述辅助变馈线高爆开关gh9的输出端与辅助变压器gst2的高压侧连接。

具体地，如图3所示，所述矿用直流1500v开关柜3包括进线开关gf2和进线开关gf5，馈线开关gf1、馈线开关gf3、馈线开关gf4、馈线开关gf6和馈线开关gf7；所述矿用直流1500v上网柜4包括正极上网开关2111、正极上网开关2131、正极上网开关2121、正极上网开关2141、负极上网开关2151、负极上网开关2161、负极上网开关2171、负极上网开关2181、越区开关2211、越区开关2212、越区开关2213和越区开关2214。

其中，整流用10kv馈线高爆开关gh2和整流用10kv馈线高爆开关gh3输出端的10kv高压交流电分别经所述矿爆移相牵引变压器rt1和矿爆移相牵引变压器rt2降为ac1180v后，分别输出到矿用12脉波整流器gr1和矿用12脉波整流器gr2，输出直流1500v电压。所述矿用12脉波整流器gr1和gr2的直流侧正极分别与进线开关gf2和进线开关gf5的输入端连接，直流侧负极与矿用直流1500v负极开关gn相连；所述进线开关gf2和进线开关gf5的输出端与馈线开关gf1、馈线开关gf3、馈线开关gf4、馈线开关gf6的输入端通过直流母排连接，所述馈线开关gf1、馈线开关gf3、馈线开关gf4、馈线开关gf6的输出侧分别经正极上网开关2111、正极上网开关2131、正极上网开关2121、正极上网开关2141与架空接触网的正极连接，矿用直流1500v负极柜gn的输出侧分别经负极上网开关2151、负极上网开关2161、负极上网开关2171、负极上网开关2181与架空接触网的负极连接；所述越区开关2211、越区开关2212、越区开关2213、越区开关2214的两端分别连接在接触网分区开关两端上网开关之间；馈线开关gf7的输出侧通过电缆与直流母排连接，输入侧与矿用双向变流器柜fc1/fc2相连，双向变流器柜fc1/fc2的另一端经能量吸收用10kv馈线高爆开关gh8以及10kv进线高爆开关gh11后与二段10kv进线连接。

其中，矿用双向变流器柜fc1/fc2和矿爆三绕组能馈变压器nt组成能量吸收装置，如图4所示，矿用双向变流器柜内部采用空间拓扑结构，使用6个dc/ac模块，每三个一组，组成2台逆变器。运行时2台逆变器输出并联后，连接到三相交流电抗器，然后电抗器输出到矿爆三绕组能馈变压器的低压侧，经变压器回馈到10kv电网。两整套矿用双向变流器柜并联运行，共同连接于能馈变压器nt。

本发明实施例中，每一段架空线网均由2座变电所同时供电，降低系统压降。每座变电所两台12脉波整流器gr1和gr2并列运行，通过两台移相整流变压器rt1和rt2分别移相+7.5度和-7.5度，组成等效24脉波整流，输出直流1500v电压。当变电所正常运行时，每个变电所室内两套12脉波牵引整流机组并联运行，直流1500v越区开关处于分闸状态；非正常运行，当一套12脉波整流机组退出运行时，另一套12脉波整流机组在运行条件许可（机组过负荷满足要求、谐波含量满足要求、不影响故障机组的维修）时继续供电，否则整个牵引变电所退出运行，由相邻的牵引变电所越区供电，保证继续正常运行，提高系统运行可靠性与可维护性。当架线车辆下坡制动发电时，造成线网电压抬升，矿用双向变流柜检测到电压超过设定阀值，开始逆变运行，进行能量吸收，将多台车辆制动产生的电能集中回馈到高压10kv电网中，供矿井其他设备使用，从而保持架空线网电压在稳定范围之内。

此外，所述系统在每个变电所均预留了无功补偿装置的安装位置，可根据运行车辆、电网质量等因素，综合评估后安装。

如图3所示，供电系统运行时，一段入线ac10kv电源通过矿爆移相牵引变压器降到ac1180v，变压器输出到2台12脉波整流器rt1，rt2，输出直流1500v电压，同时一段母线上挂接一台辅助变压器gst1，输出低压电，作为控制电源使用；二段母线ac10kv电源通过矿爆三绕组能馈变压器nt降到ac900v，变压器输出到2台双向变流器柜fc1\fc2，进行能量吸收，同时二段母线上也挂接一台辅助变压器gst2，输出低压电，作为控制电源使用；两段母线之间使用母联开关相连，具有自动投切和“三选二”功能，两段母线供电提高系统运行可靠性，保障供电安全。整套系统中性点不接电，直流正负极1500v输出对地悬浮。

图4所示，能量吸收装置电路图，该装置启动运行后，内置机械开关闭合，当检测到直流母线电压高于设定值时，每个柜子内部的6个dc/ac模块开始工作，将直流电逆变为交流电，然后经过能馈变压器升压返回到10kv电网中，从而起到稳定线网电压的作用。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。