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大型養(yǎng)路機(jī)械加裝輔助電源研究

2016-06-21 10:00:16上海鐵路局上海大機(jī)運(yùn)用檢修段
上海鐵道增刊 2016年3期
關(guān)鍵詞:大機(jī)蓄電池啟動(dòng)

董 鴻 上海鐵路局上海大機(jī)運(yùn)用檢修段

大型養(yǎng)路機(jī)械加裝輔助電源研究

董 鴻 上海鐵路局上海大機(jī)運(yùn)用檢修段

對(duì)大型養(yǎng)路機(jī)械加裝輔助電源,在其電源系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)提供應(yīng)急啟動(dòng)、輔助供電和輔助充電,可以保證其電源系統(tǒng)正常供電,確保大機(jī)設(shè)備正常、安全運(yùn)用。

大型養(yǎng)路機(jī)械;電源系統(tǒng);輔助電源;充電機(jī)

大型養(yǎng)路機(jī)械(以下簡(jiǎn)稱“大機(jī)”)是鐵路工務(wù)線路大維修施工的主要生產(chǎn)工具。電源系統(tǒng)是大機(jī)的重要組成部分,由兩組串聯(lián)的12 V200 Ah鉛酸蓄電池和三臺(tái)并聯(lián)的直流發(fā)電機(jī)組成,其中發(fā)電機(jī)為主電源,向全車用電設(shè)備供電,同時(shí)給蓄電池充電。蓄電池的主要作用是發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)向啟動(dòng)機(jī)供電,同時(shí)輔助發(fā)電機(jī)向用電設(shè)備供電。

1 大機(jī)電源系統(tǒng)存在的缺陷和安全風(fēng)險(xiǎn)

現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用發(fā)現(xiàn),大機(jī)電源供電系統(tǒng)存在以下幾個(gè)方面缺陷和安全風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)。

1.1 蓄電池饋電嚴(yán)重,發(fā)動(dòng)機(jī)無法啟動(dòng)

大機(jī)蓄電池因車載電氣設(shè)備放電時(shí)間較長(zhǎng),或蓄電池本身性能下降,蓄電池饋電嚴(yán)重,導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)困難,在冬季寒冷天氣條件下,嚴(yán)重時(shí)甚至發(fā)動(dòng)機(jī)無法啟動(dòng)。

1.2 應(yīng)急泵工作耗電嚴(yán)重,影響應(yīng)急起復(fù)

部分大機(jī)應(yīng)急系統(tǒng)應(yīng)急泵采用的是直流電機(jī)泵,由蓄電池直接供電。在日常應(yīng)急演練中發(fā)現(xiàn),應(yīng)急泵工作時(shí),蓄電池電量損耗快,導(dǎo)致應(yīng)急泵工作后期動(dòng)力明顯不足,作業(yè)裝置無法全部收復(fù)到位,而且還影響發(fā)動(dòng)機(jī)的下次啟動(dòng)。

1.3 發(fā)電機(jī)故障,系統(tǒng)供電不足。

發(fā)電機(jī)故障時(shí),蓄電池?zé)o法正常充電,耗電嚴(yán)重,尤其是主發(fā)電機(jī)故障時(shí),系統(tǒng)供電不足,嚴(yán)重影響現(xiàn)場(chǎng)大機(jī)施工質(zhì)量和安全。

以上缺陷,直接威脅大機(jī)的正常運(yùn)用和生產(chǎn)安全。對(duì)此,本文提出加裝輔助電源的設(shè)計(jì)方案,以解決上述問題。

2 加裝輔助電源的設(shè)計(jì)方案

2.1 設(shè)計(jì)思路

利用大機(jī)隨機(jī)交流發(fā)電機(jī)組提供電源,選裝充電設(shè)備,將380/220 V交流電轉(zhuǎn)換成24 V直流電,作為輔助電源對(duì)蓄電池組進(jìn)行輔助充電和系統(tǒng)應(yīng)急供電。

2.2 輔助電源要實(shí)現(xiàn)的功能目標(biāo)和性能要求

大機(jī)電源系統(tǒng)通過加裝輔助電源預(yù)期可以實(shí)現(xiàn)以下功能目標(biāo)和要求:

(1)應(yīng)急啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī);

(2)應(yīng)急泵輔助供電;

(3)電源系統(tǒng)應(yīng)急輔助供電;

(4)蓄電池輔助充電;

(5)不影響電源系統(tǒng)原有性能。

2.3 輔助電源充電設(shè)備參數(shù)設(shè)計(jì)

2.3.1 滿足應(yīng)急啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的要求

大機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)采用的是道依茨BF12L513風(fēng)冷發(fā)動(dòng)機(jī),配備0117 6177啟動(dòng)電機(jī),功率:6 kW,額定電流:250 A,啟動(dòng)電流為額定電流的4~7倍,即:1 000 A~1750 A,因此,輔助電源應(yīng)具備瞬間電流達(dá)到1 750 A左右。

2.3.2 滿足應(yīng)急輔助供電的要求

從電源系統(tǒng)原理圖分析可知:大機(jī)電氣系統(tǒng)負(fù)載總共有6路:加熱器激光系統(tǒng)、工作系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)作業(yè)照明系統(tǒng)、ALC記錄儀系統(tǒng)、安全系統(tǒng)和應(yīng)急泵系統(tǒng)。電源供電系統(tǒng)為三臺(tái)直流發(fā)電機(jī)和蓄電池輔助供電,三臺(tái)直流發(fā)電機(jī)分別是:1m8輸出電流120 A,1m9輸出電流55 A和1m21輸出電流55 A,正常作業(yè)狀態(tài)下,三臺(tái)直流發(fā)電機(jī)完全可以滿足全車的供電需求??紤]最不利情況,假定1m8故障,輔助電源需提供120 A電流。

啟動(dòng)應(yīng)急泵通常是在發(fā)動(dòng)機(jī)故障情況下直流發(fā)電機(jī)不工作,由蓄電池供電。應(yīng)急泵功率:2.5 kW,額定電流:104 A,因此,輔助電源提供120 A左右電流輔助蓄電池對(duì)應(yīng)急泵供電,可以保證應(yīng)急泵供電充足,且大大減少對(duì)蓄電池電量的損耗,不影響蓄電池的啟動(dòng)性能。

智能樓宇應(yīng)用根據(jù)系統(tǒng)功能的不同可以分為安全防護(hù)、綠色節(jié)能和高效便捷三大類[6]:①安全防護(hù)包括視頻監(jiān)控、入侵監(jiān)測(cè)、火災(zāi)探測(cè)及報(bào)警、(車輛及人員)出入口控制以及應(yīng)急響應(yīng)等;②綠色節(jié)能包括制冷制熱、電器照明控制、環(huán)境監(jiān)測(cè)和能耗統(tǒng)計(jì)分析等;③高效便捷包括公共廣播、智能會(huì)議、訪客管理、信息引導(dǎo)及發(fā)布、資產(chǎn)管理等。

2.3.3 滿足輔助充電的要求。

一般按照10 h充電率選擇充電電流,即充電電流=蓄電池額定容量/10,所以大機(jī)電源蓄電池組充電電流為:400 Ah/ 10 h=40 A。

大機(jī)蓄電池組的容量為400 Ah,合理的充電電流為蓄電池容量的1/10,即40 A,因此,輔助電源只要可以提供40 A電流就可以滿足輔助充電的要求。

2.3.4 不影響電源系統(tǒng)原有性能的要求

總電源供電導(dǎo)線采用的是95mm2的銅質(zhì)導(dǎo)線,最大通過電流(安全載流)為302 A,因此,輔助電源電流不能過大,不能超過30 2A。

強(qiáng)電不得影響弱電系統(tǒng),不得干擾作業(yè)系統(tǒng)。大機(jī)作業(yè)系統(tǒng)屬于精度系統(tǒng),輔助電源交流部分布線應(yīng)遠(yuǎn)離弱電系統(tǒng),必須做好屏蔽。交流與直流需做好隔離設(shè)計(jì)。

綜上分析可知,輔助電源充電設(shè)備應(yīng)具備瞬間電流達(dá)到:1 750 A左右,最大充電電流:120 A左右為宜,最大充電電流不能超過302 A,電流可調(diào)。

2.4 輔助電源系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)

圖1 輔助電源供電原理圖

3 應(yīng)用實(shí)踐

3.1 充電設(shè)備的選配

根據(jù)上述參數(shù)分析,經(jīng)研究,選用萬邦WB1800型快速啟動(dòng)充電機(jī)(見圖2和圖3)作為輔助電源的充電設(shè)備。

3.1.1 技術(shù)參數(shù)

輸入電源:220/380 V,輸出電壓:(9~30)V,最大充電電流:120 A,瞬間電流:1 800 A,輸出檔位:(12~24)V,外形尺寸(mm):450×370×720,適用電瓶:(30~800)Ah。

3.1.2 功能特點(diǎn)

(1)輸出電壓12 V,24 V可調(diào);

(2)電流6檔可調(diào);

(3)輸入電壓220 V,380 V自動(dòng)可調(diào);

3.2 應(yīng)用要求

根據(jù)大機(jī)各種應(yīng)急情況的不同工況特點(diǎn),經(jīng)應(yīng)用實(shí)踐和探討研究,制定相應(yīng)的操作步驟程序和關(guān)鍵點(diǎn)(見表1),以滿足相應(yīng)工況需求。

表1 輔助電源操作程序和關(guān)鍵點(diǎn)

4 效益分析

4.1 安全效益

加裝輔助電源,可以提高大機(jī)運(yùn)用的可靠性和安全性。輔助電源可以在大機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)因電瓶容量不足啟動(dòng)困難或無法啟動(dòng)時(shí),及時(shí)提供足夠電流快速啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī);可以在現(xiàn)場(chǎng)施工中出現(xiàn)因直流發(fā)電機(jī)故障而導(dǎo)致系統(tǒng)供電不足的情況下提供最大電流120 A的直流電源輔助供電,保證大機(jī)電源系統(tǒng)供電正常,順利完成作業(yè)任務(wù),確保施工安全;在應(yīng)急起復(fù)過程中可以給應(yīng)急泵以最大電流120 A的直流電源輔助供電,保證作業(yè)裝置能夠及時(shí)收復(fù)。

4.2 經(jīng)濟(jì)效益估算 加裝輔助電源,有利于大機(jī)節(jié)能減排,還能產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)效率。大機(jī)在作業(yè)等待和附掛轉(zhuǎn)移過程中,可以利用輔助電源給蓄電池進(jìn)行充電,減少發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間,從而降低燃油消耗。以維修三隊(duì)為例,全隊(duì)10臺(tái)大機(jī),據(jù)日常油耗統(tǒng)計(jì)分析,發(fā)動(dòng)機(jī)燃油消耗率約為25 l/h,每天作業(yè)等待時(shí)間約2 h,以每月20個(gè)封鎖天窗計(jì)算,全年全隊(duì)大機(jī)作業(yè)等待時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)間約為:2 h×20天×12月×10臺(tái)大機(jī)=4 800 h,燃油消耗4800 h×25 l/h=120 000 l,以現(xiàn)燃油單價(jià)4.25元/l計(jì)算,費(fèi)用約為51萬;2015年維修三隊(duì)大機(jī)長(zhǎng)途附掛轉(zhuǎn)移296臺(tái)次,以每次轉(zhuǎn)移時(shí)間48 h計(jì)算,途中發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)間至少要10 h以上,可以估算出每臺(tái)大機(jī)轉(zhuǎn)移一次燃油消耗約250 l,全年維修三隊(duì)大機(jī)長(zhǎng)途轉(zhuǎn)移途中發(fā)動(dòng)機(jī)消耗燃油約74 000 l,費(fèi)用約為31.5萬元,全段100多臺(tái)大機(jī),一年能節(jié)約燃油費(fèi)用約825萬元。

電源系統(tǒng)是大機(jī)電氣控制的核心,其穩(wěn)定性和可靠性直接影響大機(jī)的安全運(yùn)用,因此,大機(jī)電源系統(tǒng)輔助電源的研究具有十分重要的意義。本設(shè)計(jì)方案充分考慮了大機(jī)電源系統(tǒng)故障各種應(yīng)急工況作業(yè)要求,直接選用成熟的充電機(jī)作為輔助電源,具有簡(jiǎn)單、易實(shí)現(xiàn)和成本低的特點(diǎn),可以很好地解決大機(jī)電源系統(tǒng)存在的安全缺陷,有利于節(jié)能減耗,具有很好的經(jīng)濟(jì)效益,可以全面推廣應(yīng)用。

[1]李良仁.電工與電子技術(shù).北京:電子工業(yè)出版社,2011.

[2]桂長(zhǎng)清.動(dòng)力電池.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2009.

[3]方大千,方亞敏.實(shí)用電工電子查算手冊(cè).北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2011.

[4]韓志青,唐定全.抄平起撥道搗固車.北京:中國(guó)鐵道出版社,1996.

責(zé)任編輯:王華 張建強(qiáng)

來稿日期:2016-08-18

5 結(jié)論

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