悬挂式桥梁检修车供电方式选择

李志强 王庆晖

摘  要：桥梁检修车是一种为桥梁检查维修人员在检测维修过程中提供作业的平台，主要以车载式桥梁检修车、悬挂式桥梁检修车为主，本文以武汉沌口长江公路大桥为例，重点讨论悬挂式桥梁底部检修车供电方式选择。

关键词：长跨度桥梁;供电方式;锂电池

一、项目情况介绍

武汉沌口长江公路大桥是连接武汉经济技术开发区和洪山区、江夏区的重要过江通道，是武汉市四环线跨越长江的控制性工程之一，其中跨江主桥长1510m，为100+275+760+275+100m的双塔双索面钢箱梁斜拉桥，设计为100km/h，双向8车道的高速公路，标准路基宽度为41.0m，主桥断面全宽46.0m。

二、悬臂式桥梁检修车应用情况

（一）悬臂式桥梁检修车在国内外应用情况

悬挂式桥梁检修车最早出现在欧美，在国内外应用广泛，国内很多大型钢结构桥梁都安装了悬挂式桥梁检修车。如：宁波湾头大桥、日本多多罗桥、明石海峡大桥等。目前国内使用的悬挂式桥梁检修车，由于各桥梁之间的构造差异，产品需要定制化，一般由设计单位提供设计图纸，再由专业设备供应商根据桥梁横断面结构、宽度等特点，制造不同结构类型的专用桥梁检修车。

（二）悬挂式桥梁检修车的特点

悬挂式桥梁检修车涉及机械、液压、电子等先进技术，技术含量高，用于桥梁流动检测或维修作业，多在造价较高的长跨度桥梁或多联式大型桥梁上使用，一般多在桥梁底部架设轨道，将其安装在梁底轨道上，使用时通过动力驱动桥梁检修车沿梁底轨道上行走，具有稳定性好、承载能力大等特点，保障了检修工作的可持续性。

（三）武汉沌口长江公路大桥悬挂式桥梁检修车的构造及技术特点

武汉沌口长江公路大桥使用的悬挂式桥梁检修车主要由龙门架、桁架系统、驱动系统、电气控制系统、回转系统、轨道系统等部分组成，均为全自动控制，安全性好。桥梁检修车安装有升降机等设施，可以实现对桥梁底部、侧翼等位置进行全方位检查，并应用了同步直线行走、侧面过墩稳定性、变轨过墩、高强度轻质铝合金、交流变频电机等技术。

三、武汉沌口长江公路大桥供电方式选择

目前国内外悬挂式桥梁检修车供电普遍电源普遍使用汽柴油发电机、安全滑触线等方式，随着新型电池技术的飞速发展，已在汽车、智能设备等多领域广泛应用，成为一种稳定供电的新型方式。

（一）方式比选

1.汽柴油发电机

汽柴油发电机组是以汽油或柴油为燃料，通过发动机组等设备实现电能转换的机械设备，一般由控制系统、启动系统、冷却系统等组成。汽油发电机具有体积小、重量轻、燃烧效率高、低噪音的特点，同时存在运行时间短的缺点，多适用于便携式发电机。柴油发电机是通过能量转换方式驱动柴油机曲轴使活塞在顶部密闭的气缸中作上下往复运动，相比汽油发电机具有功率大、寿命长、动力性能好的特点。

2.安全滑触线

安全滑触线一般由供电电缆连接装置、滑触线馈电装置、柔性牵引联接装置、安全警报预警装置以及配电箱等组成。滑接输电导线端与市电相接，通过与输电导轨滑动接触的集电刷可以将电网电流引入有轨导向移动装置，滑触线馈电装置内设输电导轨，依靠滑动接触方式，向检修车提供电能输电装置。安全滑触线多以塑料材质或铝合金材质为骨架，用扁铜排作为载流体，将多根载流体分别插入各个安装槽内，槽内对应的每根载流体均有一个开口处，作为电刷滑行的通道。

3.锂电池

锂电池具有能量比较高、使用寿命长、额定电压高、体积小、重量轻等特点。一般电动汽车用的磷酸亚铁锂锂离子电池可以达到15-30C充放电的能力，便于高强度的启动加速;锂电池的自放电率很低，同时安装过充保护设置，不会担心因长时间不充放电而导致电池报废;但初次采购费用高，可能发生爆炸的危险。常见的六种锂电池包括：钴酸锂（LiCoO2），锰酸锂（LiMn2O4），镍钴锰酸锂（LiNiMnCoO2或NMC），镍钴铝酸锂（LiNiCoAlO2或称NCA），磷酸铁锂（LiFePO4），钛酸锂（Li4Ti5O12）。

4.方式比选

由于梁外检修车的行驶距离长，对比汽柴油发电机、安全滑触线及锂电池供电方式，这三种供电方式各有优劣，具体比较内容，详见下表：

以上三种供电方式都有其各自的优缺点。相比较来说，锂电池供电方式虽然前期投入较多，但其拥有操控性好、安全性能高、供电稳定、维护保养简单、绿色环保等优点，符合未来能源发展趋势，因此建议在武汉沌口长江公路大桥供电方式中选择锂电池方式。

四、锂电池电源方式配套技术措施

（一）电机容量选择

桥梁检修车实现行走功能需配置2台额定功率3.0KW电机，实现回转功能需配置2台1.1KW电机。出于安全因素考虑，设计时考虑到不能让桥梁检修车的行走功能和回转功能同时实现，如能满足桥梁检修车的行走驱动力，则可同时满足回转驱动力和其他供电需求，如操控升降平台、使用机电设备等用电需求。因此在电机容量方面，可配置2台3.0KW电机[1]。

（二）逆变器选择

行走电机通过变频器实现桥梁检修车的启动、调速和制动。当电机启动时，变频器将从0HZ、0V加速到预先设定的频率和速度，可以最大限度的减小系统启动电流，此时电流约为电机额定电流的1.4倍，逆变器输出的电流需要至少是电机额定电流的1.4倍。根据计算，适宜选择电压为380V、容量为12KVA的逆变器。

（三）锂电池组选择

桥梁检修车的安全性是关键要素，电池组的安全性是首要考虑因素，市场上可以选择的有钴酸锂电池、锰酸锂电池以及圆柱形磷酸铁锂电池等。圆柱形磷酸铁锂电池在结构设计上具有过流保护、熔断保护、泄压保护等功能，一般单个电池容量仅有3Ah左右，不会发生燃烧爆炸;即使圆柱形磷酸铁锂电池发生故障，由于其电池容量小，能量堆积较少，一般情况下不会发生强烈的爆炸现象，同时在电池箱内部采用了蜂窝式结构设计，有足够的空间可以将释放的能量在箱体内吸收。综合上述特点，可选用圆柱形磷酸铁锂电池作为桥梁检修车的动力电池。

（四）保护措施

为提高检修车的整体安全性，同时在检修车上增加了风速检测保护、接地故障保护、驱动电机保护、行车保护、限位保护等措施[2]。

1. 风速检测保护。当检修车运行环境风速超过设定值时，风速检测设备将检测数据传导至检修车主控制器中，实现紧急停车。

2. 接地故障保护。在总电源进线位置安装漏电保护装置，防止触电事故及漏电引起的火灾和设备损坏。

3. 驱动电机保护。采用变频器技术对电机的欠压、过载、过流、缺相等进行保护进行控制和保护，保障电机的安全稳定运行。

4.行车保护。在桥梁检修车行走机构的两端按照危险检测开关，当检测到行走机构开始脱离轨道时立即停车。

5.行车保护。在旋转轨道两端都设有机械限位，有效防止行走机构与机械限位发生摩擦、碰撞，损坏保护漆和机械结构。

五、结论

沌口长江公路大桥针对悬挂式桥梁检修车的运行环境和功能要求，采用了绿色环保的锂电池方式，既可以保证沌口大桥桥梁检修车的系统安全性，又可以满足系统用电需求，符合桥梁检修车的各项功能和安全要求。

参考文献：

[1]宋二虎.圆柱形磷酸铁锂电池在电动汽车电源系统中的应用 [C] //2011第八届中国（浙江舟山）国际电池电源系统技术发展与市场高峰论坛暨中国国际新能源电动车与动力、储能电源系统技术发展高峰论坛.

[2]杨德才. 锂离子电池安全性 原理、设计与测试 [M]. 北京：电子科技大学出版社，2012.

作者简介：李志强，1974年9月，男，内蒙古包頭市，硕士研究生，研究方向：交通工程建设与运营