目前國(guó)內(nèi)焦?fàn)t四大機(jī)車(chē)均為軌道移動(dòng)作業(yè)設(shè)備，供電系統(tǒng)應(yīng)用工業(yè)移動(dòng)供電技術(shù)。隨著焦?fàn)t生產(chǎn)作業(yè)設(shè)備大型化、自動(dòng)化程度提高以及工況環(huán)境惡劣，現(xiàn)有供電方式暴露出一些問(wèn)題。

一、存在的問(wèn)題

萊鋼焦化廠(chǎng) 1#、2#、5#～8# 焦?fàn)t裝煤車(chē)采用懸吊式柔性滑觸線(xiàn)供電方式 （剛體組合滑觸式移動(dòng)供電方式之一），主要由支撐鋼絞線(xiàn)（縱向和橫向）、銅滑觸線(xiàn)、端部彈簧式固定機(jī)構(gòu)和裝煤車(chē)集電器組成。銅滑觸線(xiàn)沿裝煤車(chē)走行軌道方向跨2 座焦?fàn)t，僅在中間煤塔下部設(shè)有懸掛點(diǎn)，單座焦?fàn)t滑觸線(xiàn)懸空

長(zhǎng)度超過(guò) 100m。裝煤車(chē)工作時(shí)，懸吊式柔性滑觸線(xiàn)供電方式存在如下問(wèn)題，嚴(yán)重制約焦?fàn)t生產(chǎn)。

（1）在自身重力和熱脹冷縮作用下，滑觸線(xiàn)連同鋼絞線(xiàn)下垂度加劇，造成裝煤車(chē)集電器電刷與滑觸線(xiàn)接觸**，裝煤車(chē)供電故障頻發(fā)。

（2）滑觸線(xiàn)中間無(wú)法設(shè)置分段，一旦滑觸線(xiàn)系統(tǒng)故障，兩座焦?fàn)t將同時(shí)停產(chǎn)。

（3）每年要定期更換部分鋼絞線(xiàn)、拉緊彈簧及電刷，維護(hù)量大、費(fèi)用高。

（4）安裝在爐柱頂端的鋼絞線(xiàn)橫向拉緊支柱受爐體膨脹和拉力影響而彎曲變形，導(dǎo)致滑觸線(xiàn)高度、間距改變，裝煤車(chē)電刷滑脫失電，同時(shí)存在整套滑觸線(xiàn)裝置掉落的重大安全隱患。

為此改造焦?fàn)t裝煤車(chē)供電系統(tǒng)，尋求符合焦?fàn)t生產(chǎn)實(shí)際的移動(dòng)供電方式，確保焦?fàn)t裝煤生產(chǎn)穩(wěn)定電力供應(yīng)。

二、改造方案

移動(dòng)供電方式的選擇牽涉現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境、生產(chǎn)要求、用電設(shè)備的接電持續(xù)率、電源電壓、頻率以及功率等諸多因素，目前工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用較廣泛的移動(dòng)供電方式見(jiàn)表 1。焦?fàn)t裝煤生產(chǎn)為露天作業(yè)，季節(jié)溫差變化較大，加上粉塵污染、局部高溫等惡劣環(huán)境，電纜移動(dòng)和拖鏈?zhǔn)焦╇姺绞骄贿m合。單（多）極組合滑觸式結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精度要求高，不能實(shí)現(xiàn)分段控制，亦不符合現(xiàn)場(chǎng)要求。綜合分析，供電系統(tǒng)仍采用剛體組合滑觸式供電方式，但要重新選擇滑觸剛體的形式和材料，才能滿(mǎn)足裝煤生產(chǎn)供電需要。

結(jié)合焦?fàn)t裝煤系統(tǒng)生產(chǎn)實(shí)際以及經(jīng)濟(jì)性、安全性、可靠性等綜合分析，決定先改造 5#、6# 焦?fàn)t裝煤供電系統(tǒng)。供電系統(tǒng)固定方式由上部懸吊式改為單側(cè)支架式，滑觸線(xiàn)由柔性銅滑觸線(xiàn)改為剛性輕軌式，同時(shí)改進(jìn)集電器電刷和加裝分段控制開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)對(duì)單座焦?fàn)t裝煤的供電控制。

（1）確定輕軌支架安裝位置和結(jié)構(gòu)形式時(shí)，要充分利用焦?fàn)t爐頂空間。

（2）結(jié)合裝煤車(chē)及周邊焦?fàn)t設(shè)施實(shí)際，確定輕軌標(biāo)高、安全間距及設(shè)計(jì)裝煤車(chē)集電器結(jié)構(gòu)形式。

（3）兩座焦?fàn)t裝煤生產(chǎn)采用分段控制，便于設(shè)備檢修，降低故障影響。

（4）根據(jù)焦?fàn)t連續(xù)生產(chǎn)要求，利用生產(chǎn)間隙安裝整套裝置，保證原聯(lián)鎖編碼電纜位置不變，實(shí)現(xiàn)對(duì)焦?fàn)t生產(chǎn)零影響。

（5）改進(jìn)系統(tǒng)硬件，完善硬件功能。

三、改造實(shí)施

1.供電系統(tǒng)組成

（1）集電導(dǎo)線(xiàn)和導(dǎo)軌。兩者是滑觸線(xiàn)系統(tǒng)的主體，其幾何形狀、材料直接影響滑觸線(xiàn)系統(tǒng)的安裝形式、整體剛性和導(dǎo)電性能。集電導(dǎo)線(xiàn)和導(dǎo)軌截面選擇合適，可保證供電網(wǎng)絡(luò)與負(fù)載正常工作，節(jié)省有色金屬、減少電耗。要根據(jù)使用環(huán)境和運(yùn)行負(fù)荷選擇集電導(dǎo)線(xiàn)和導(dǎo)軌規(guī)格：①導(dǎo)線(xiàn)和導(dǎo)軌上長(zhǎng)期通過(guò)的負(fù)載電流產(chǎn)生的熱量不能過(guò)熱，否則絕緣損壞，引發(fā)短路失火等事故；②導(dǎo)軌應(yīng)具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，避免導(dǎo)線(xiàn)因風(fēng)力、冰雪或其他外力因素而斷裂；③滑觸線(xiàn)全段電壓損失不能過(guò)大（起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定，交流電源供電在尖峰電流時(shí)自供電變壓器的低壓母線(xiàn)側(cè)至起重機(jī)任何一臺(tái)電機(jī)端子的電壓損失都不應(yīng)超過(guò)額定電壓的15%）。

參照國(guó)內(nèi)其他類(lèi)型焦?fàn)t采用的輕軌滑觸線(xiàn)，結(jié)合 6m 焦?fàn)t生產(chǎn)實(shí)際，綜合考慮爐體、支架承重等因素，導(dǎo)軌選用國(guó)產(chǎn) 12kg/m輕軌，集電導(dǎo)線(xiàn)選擇截面 40mm×5mm 鋁母線(xiàn)，供電電纜選用 VV1000V 3×70+1×50 電力纜。

（2）連接組件。連接組件是滑觸線(xiàn)系統(tǒng)中導(dǎo)軌與導(dǎo)軌之間連接裝置，是串接導(dǎo)軌的續(xù)流裝置，要求連接可靠、過(guò)度平緩和接觸電阻小。安裝時(shí)，輕軌腹板和鋁母線(xiàn)間隔 500mm 進(jìn)行 Φ10mm 孔配鉆，將鋁母線(xiàn)用螺栓緊固在輕軌腹板一側(cè)連接起來(lái)，優(yōu)點(diǎn)是集電導(dǎo)線(xiàn)與導(dǎo)軌并行連接，導(dǎo)電性好，任一拾取點(diǎn)電能損失小。由于單座焦?fàn)t長(zhǎng)度超過(guò) 100m，導(dǎo)軌熱膨脹量會(huì)較大，因此輕軌連接時(shí)要考慮留有 15mm 膨脹間隙，使滑觸線(xiàn)能夠在不同環(huán)境溫度下保持較好的直線(xiàn)度和良好延續(xù)性。

（3）絕緣組件。絕緣組件實(shí)現(xiàn)滑觸線(xiàn)系統(tǒng)導(dǎo)軌與導(dǎo)軌之間（滑觸線(xiàn)系統(tǒng)相間）、導(dǎo)軌與支撐組件之間（滑觸線(xiàn)系統(tǒng)與大地）的隔離。按照輕軌規(guī)格，絕緣組件采用 6102 陶瓷絕緣子，上端安裝輕軌，下部支腿固定在支架上。

（4）支撐組件（支撐架）。支撐組件用于安裝滑觸線(xiàn)系統(tǒng)中導(dǎo)軌與絕緣組件，其結(jié)構(gòu)形式根據(jù)滑觸線(xiàn)系統(tǒng)布置方式、載荷、位置確定。綜合考慮滑觸線(xiàn)系統(tǒng)總重量、導(dǎo)軌標(biāo)高、受力方向和大小以及安裝機(jī)車(chē)聯(lián)鎖編碼電纜需要，支柱采用 HN250×125×5×8型鋼，上部框架結(jié)構(gòu)用 7# 等邊角鋼制作。

（5）集電器。集電器是滑觸線(xiàn)系統(tǒng)重要組件，其作用是從滑觸線(xiàn)導(dǎo)軌直接拾取電能，因此對(duì)集電器結(jié)構(gòu)形式、工作壓力、電刷材料等均有相應(yīng)要求。由于運(yùn)行過(guò)程中輕軌與集電器電刷間磨損較大，而且裝煤車(chē)走行軌道受爐頂結(jié)構(gòu)變形影響產(chǎn)生高度差，走行過(guò)程中車(chē)體晃動(dòng)易造成集電器電刷失電。為此集 電 器 電 刷 用 16Mn 鋼 板 制 作 （厚 度 20mm， 允 許 磨 損 量10mm），拾取方式采用重力自垂式。為滿(mǎn)足分段控制供電要求，集電器采用雙組并聯(lián)電刷結(jié)構(gòu)，每組間隔 1000mm，保證在滑觸線(xiàn)隔斷位置能同時(shí)拾取不同供電源的電力，同時(shí)減少同段導(dǎo)軌上失電率。

2.系統(tǒng)安裝

（1）滑觸式供電系統(tǒng)的供電方式一般有單端、中間、兩端、兩端 1/6 處、三點(diǎn)供電和四點(diǎn)供電。確定供電點(diǎn)時(shí)要綜合考慮用電設(shè)備臺(tái)數(shù)容量、任務(wù)工作制和導(dǎo)軌電壓降以及環(huán)境狀況。由于鋁母線(xiàn)導(dǎo)電性好、電壓損失小，故可采用單端供電方式。電力站位于兩座焦?fàn)t之間，滑觸線(xiàn)斷開(kāi)處選在煤塔下方位置并作為供電點(diǎn)，這種方式操作簡(jiǎn)便、節(jié)省電纜、故障點(diǎn)少。

（2）滑觸線(xiàn)布置方式。因焦?fàn)t煤塔下部空間所限，滑觸線(xiàn)軌道只能沿爐頂焦側(cè)進(jìn)行垂直安裝，三相軌道上下安全間距為465mm，固定支架安裝在爐柱頂端，高度 4650mm，原編碼電纜支架安裝在輕軌下方?；|線(xiàn)輕軌安裝后要進(jìn)行全線(xiàn)調(diào)直，確保輕軌水平高度差＜±10mm，側(cè)向誤差＜±20mm。

（3）集電器安裝。集電器安裝在裝煤車(chē)焦側(cè)平臺(tái)，兩組電刷沿走行方向布置，間距 1000mm。集電器與滑線(xiàn)軌道的合理接觸是整個(gè)滑接輸電系統(tǒng)關(guān)鍵，將直接影響供電系統(tǒng)和用電設(shè)備安全，安裝過(guò)程中必須調(diào)整好集電器與滑線(xiàn)軌道的接觸壓力。壓力過(guò)大將使電刷與滑線(xiàn)軌道的摩擦系數(shù)增大，磨損加大；壓力過(guò)小會(huì)使電刷與滑線(xiàn)軌道的接觸電阻增大，壓降增大。本次改造電刷一端由銷(xiāo)軸固定，另一端靠自重壓在導(dǎo)軌上，可保證走行過(guò)程中與導(dǎo)軌緊密接觸并在一定范圍內(nèi)根據(jù)磨損情況進(jìn)行自我調(diào)節(jié)。

3.系統(tǒng)調(diào)試

系統(tǒng)安裝完畢，首先對(duì)安裝過(guò)程進(jìn)行全線(xiàn)機(jī)械性能和電氣性能檢查，確認(rèn)系統(tǒng)安裝良好，檢驗(yàn)合格后，方可進(jìn)行加電調(diào)試，調(diào)試過(guò)程如下。

（1）切斷裝煤車(chē)的電源輸入端（斷開(kāi)集電器與滑線(xiàn)軌道的接觸），單獨(dú)對(duì)滑線(xiàn)軌道進(jìn)行分段供電和分別測(cè)試。

（2）分段供電測(cè)試合格后，切斷系統(tǒng)所有電源，將裝煤車(chē)上集電器與滑線(xiàn)軌道進(jìn)行正確接觸，只對(duì)裝煤車(chē)走行電機(jī)加電，調(diào)至低速。

（3）做好加電運(yùn)行前的準(zhǔn)備，專(zhuān)人指揮和啟動(dòng)加電程序，使整個(gè)滑觸線(xiàn)系統(tǒng)處于等待狀態(tài)。

（4）給系統(tǒng)加電，由專(zhuān)人隨車(chē)觀(guān)察目測(cè)滑線(xiàn)軌道與集電器運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時(shí)記錄，及時(shí)停電調(diào)整。

（5）系統(tǒng)加電運(yùn)行正常后，裝煤車(chē)慢速往復(fù)運(yùn)行 1h 后，可逐步加載運(yùn)行（可先加載走行電機(jī)，再加載油泵電機(jī)，*后加載螺旋給料器電機(jī)等），直至加滿(mǎn)負(fù)載后正常運(yùn)行。

四、改造效果

該套供電系統(tǒng) 2009 年 5 月在 5#、6# 焦?fàn)t投運(yùn)以來(lái)，整體性能穩(wěn)定可靠，效果良好、效益明顯。

（1）結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、供電安全。輕軌和框架鋼支架強(qiáng)度高、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，因此電能拾取穩(wěn)定，極少失電，確保裝煤車(chē)安全、連續(xù)、穩(wěn)定的電力供應(yīng)。

（2）供電實(shí)現(xiàn)分段控制。在煤塔處斷開(kāi)滑觸線(xiàn)，兩段同時(shí)獨(dú)立供電，當(dāng)其中一段故障時(shí)，另一段不受影響，保證了另一座焦?fàn)t裝煤正常生產(chǎn)。

（3）設(shè)備壽命延長(zhǎng)，節(jié)省設(shè)備維護(hù)費(fèi)用。輕軌作為滑觸體，鋼結(jié)構(gòu)支架防銹處理，系統(tǒng)整體使用壽命至少有 15 年，是原系統(tǒng)5 倍。電刷更換周期約 1 年，平均每年節(jié)省備件費(fèi)和維修費(fèi)用約12 萬(wàn)元。

（4）穩(wěn)定裝煤生產(chǎn)。系統(tǒng)投用后推焦執(zhí)行系數(shù)由 0.96 提高到 0.99，焦?fàn)t綜合評(píng)價(jià)生產(chǎn)系數(shù)提高 0.2%，年創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益110 萬(wàn)元。