司家营研山铁矿（即司家营二期工程）地处河北滦县，是冀东铁矿区的重要组成部分，属鞍山式沉积变质铁矿床，隶属于河钢矿业。
该处铁矿矿体南北长10km，以S6勘探线为界被分为南北两区，南区资源储量为14.65亿吨，北区资源储量为8.83亿吨。研山铁矿属于北矿区，全部选用露天开采方式。
研山铁矿基建项目于2009年年初全面展开，计划2010年三季度末首期两条生产线建成投产，2013年全面达产。项目概算总投资65亿元，设计规模为年采选矿石1500万吨。
本着装备大型化、现代化、自动化的原则，采运系统选用斗容16m³大型电铲和载重180t的别拉斯矿卡。
经历长达十年之久的不间断机械化采掘，研山铁矿Ⅰ、Ⅱ号露天采场转向采坑深处开采，各类运营难题也接踵而至。
在开采作业过程中，矿卡出现爬坡速度慢、上坡时间长，导致踩坑深处空气污染严重、生产运输效率低、运输成本高等诸多用车痛点。
从矿山道路现状和实际用车需求出发，经矿方多部门研究，探讨出一种采用架线辅助为电动矿用卡车供电的双动力解决方案。
实施该套外部供电系统后，电动矿卡上坡速度有较大提高，缩短了运输时间，降低了设备维护费用，并减少了尾气排放造成的空气污染。
以下内容改编自杨楠编写的《别拉斯自卸矿车双动力系统设计》
关键词：
目前，研山铁矿露天采场使用别拉斯矿卡130T、180T、220T共计48台，即是由柴油机带动发电机驱动电动轮，采场30%～45%运输成本主要是燃油消耗。
本文提出一种采用高架线对电动轮自卸车，提供外部电能输入的方式。
架线辅助供电是当下较为经济可行的供电方式之一，是采用空中架线的方式对电动轮矿卡提供外部电能的输入，从而使其加快上坡速度、提高生产率、缩短运输时间、减少柴油消耗、减少制动电阻散发热量、降低设备维护费用、降低空气污染等。
1、采场工况调查及架线线路规划
研山采场工况如上图所示。由于2023年研山铁矿采场岩破将下移-97 m，按照矿石运输线路规划架线线路如下：根据一、二采场的规划，选择适合路段设置电动轮矿卡架线系统，采场架线辅助系统线路布置如上图。
铁矿石重车上坡适合架线的路段总长4.0 km，剥离的岩石运输路段不进行架线设计。
2、牵引供电系统设计
对电动轮矿卡进行双动力系统改造，首先要进行牵引供电系统设计。
牵引供电系统组成:在司家营铁矿一二期露天采场交界处新建35kV变电站，电源引自研山铁矿35KV架空线，做T接架空至新建变电站。
站内设置两台SZ11-M-20000kVA35/10kV变压器，通过电缆方式引至别拉斯10KV高压配电室，再送至牵引变电所，至馈电网、正负接触网组成的牵引网。
牵引变电所釆用24脉波整流技术，以减小供电系统的谐波电流和输出电压的纹波系数。每一个变电所都通过电网输入高压交流电，通过降压整流变成直流750V电压，变压、整流后再把直流电输出至架线系统。
矿场中的供电系统一般都采用移动式变电所，接触网的电压与矿卡电气系统的直流侧的电压相一致。
设立两个独立的供电系统目的在于，当一个供电系统发生故障时，可以用另一个系统供电。
架线系统由接触网、馈线电缆、结构件组成，馈线电缆是把电从变电所输送至接触网的装置，设计考虑避免发热和过大的压降。
结构件设计时应该主要考虑其可移动性和结构强度。
研山铁矿采矿场的接触网采用软电缆，架线与电气化铁路的接触网类似，该种电缆架线方式已在同类型矿山中进行试验并应用。
电缆架线易安装、投资少，驾驶员对准架线网比较容易，操作方便，接入口不受限。在受电网供电运行过程中，矿卡发动机处于高效区或高怠速区运转，可以有效降低发动机磨损、提高燃油转换效率、降低排放，减少发动机大修次数，延长日常维修保养间隔时间。
3、车辆改装设计
矿卡受电系统由集电弓和车上控制系统组成，集电弓的结构适应架线的结构。受电弓与电力机车相类似。
车上控制系统的主要作用是提供动力开关、限流控制和逻辑控制，把电流限制在设计的极限电流以下。
要实现从柴油机发电牵引到架线供电这两种工况的平稳转变，要需保证电动轮牵引电机的端电压保持不变。人为操作难以实现，因此采用自动控制技术来实现。
主要功能块如下:
(1)矿车整车控制器VCU：采集整车运行信息，负责驱动系统、驾驶员指令及显示系统、发动机控制系统、励磁调节系统、受电弓系统以及矿车举升/转向/制动系统的协调控制，并进行必要的状态/数据记录、统计，提供数据/诊断接口。
(2)发动机控制器ECU：整车控制器根据驾驶员指令、矿卡工作模式和发动机负荷情况计算出发动机的转速的目标，将转速目标值发给发动机控制器，由后者进行供油量闭环调节，实现发动机转速恒定。
(3)励磁调节器AVR：根据矿卡工作模式、牵引功率，通过控制发电机励磁电流，得到合理的牵引发电机输出电压和直流母线电压。
(4)牵引控制：根据驾驶员操作和矿卡工作模式，控制牵引逆变器输出，调节电动轮的转矩和转速，从而实现矿卡的牵引。牵引方向包括前向和后向两种。
(5)仪表显示系统：显示发动机、发电机、驱动系统、整车相关参数，故障代码显示及存储。
动力系统如上图所示。其原理为:发电机组发出的三相交流电经整流变化为直流电，送往直流母线，受电网通过受电弓装置与直流母线连接，二者共同构成混合动力系统的主动力部分，动力系统的电能切换受整车控制系统控制。
图为国外试验场测试，仅供参考
4、双动力系统的应用优势
别拉斯采用架线辅助供电加制动能量回收系统运行后，矿卡满载爬坡总费用可减少30%以上。
按照研山采场2020年供矿计划1550万吨/年，重载上坡每吨·公里节约0.56元计算，每年可节约费用3000余万元。
项目实施后，相对于柴油动力具有以下优势:
(1)生产效率大幅提高。采用双动力系统的电动轮自卸车，上坡速度由车载发动机的功率和架线辅助供电系统共同决定，而且架线供电系统的电能大于车载发动机的功率，上坡道运行速度更快，上坡时速度不再由车载发动机功率决定，而由架线辅助供电系统决定。
由于架线辅助供电系统电能输入远远大于目前的柴油发动机功率，所以卡车速度会大大提升，这样可加快采矿工作循环率。
(2)延长发动机寿命。露天矿运输过程中，电动轮满载上坡时的运行速度受柴油机功率限制，如果是常规柴油动力，则70%～80%的燃料被消耗在坡道上。采用双动力系统的电动轮自卸车，牵引电动机的输入功率比没有架线辅助供电前大得多，柴油机怠速运行即可。
降低燃料消耗量和发动机维修、保养费用，并且发动机的维修(别拉斯180 吨大修一次需175万元)和保养间隔与燃料消耗量成正比，因此间隔时间可延长2～3倍。
(3)延长轮马达电枢寿命。双动力系统可以提高电动轮自卸车的上坡速度，满载负荷时的坡道运输时间缩短，因此减少了柴油消耗以及制动电阻散发热量，延长了轮马达电枢寿命。
5、结束语
针对研山铁矿采场向深处开采、运距和提升高度增加导致的效率低、成本高等一系列难题，采用“辅助架线供电”的混合方式驱动电动轮矿卡工作，是解决运输效率下降、运输成本上升的有效手段。
重载上坡时，采用架线动力输出，空载下坡时，采用柴油动力输出。采用架线辅助供电系统时，发动机基本在怠速状态，废气排放和噪声都会明显减少，可有效地提高空气质量，这一低排放优势对于改善深凹露天矿区空气质量，尤为重要。
在当前加速能源转型情景下，大力推广电动轮矿卡双动力系统，实施电能替代，提高矿山开采电气化水平。不仅能够为矿企带来可观的直接经济效益，同时推动减污降碳协同增效，创造更大的社会效益。
编者语：架线式别拉斯矿卡运行至今已有一年之久，虽取得一定节能降碳成效，但三电系统仍有较大的改进空间，能否优化为全程纯电驱动，搭载大电量动力电池回收动能，最大限度降低发动机工作时间。
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