0 引言

燃料車間懸臂斗輪機(jī)是火力發(fā)電廠的主要堆煤、取煤、儲(chǔ)存煤重要設(shè)備，每年堆取料 100 萬噸煤炭的任務(wù)。每年冬天（10 月份至次年的 4 月份）將近 6 個(gè)月，必須保證 3 臺(tái)熱水鍋爐的煤碳消耗。懸臂斗輪機(jī)是輸煤系統(tǒng)的重要設(shè)備，直接影響到整個(gè)輸煤系統(tǒng)能否高效、穩(wěn)定和長期運(yùn)行。燃料車間斗輪機(jī)采用拖纜供電方式，普遍存在故障多、維護(hù)量大的問題。燃料車間懸臂斗輪機(jī)正常運(yùn)行一年。由于設(shè)備電纜的老化，更換電源和控制電纜的成本顯著增加。一年內(nèi)，直接受損電纜的材料成本高達(dá) 15 萬元，人工維護(hù)的成本也很高。進(jìn)行滑觸式供電改造后，據(jù)統(tǒng)計(jì)每年節(jié)省材料的直接效益為 15 萬元，維護(hù)費(fèi)用為 5 萬元，運(yùn)營成本很高。特別是近年來，懸臂斗輪機(jī)多次因電纜短路而跳閘停止運(yùn)行，嚴(yán)重威脅懸臂斗輪機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。每次故障后都會(huì)大面積更換懸臂斗輪機(jī)拖纜，但不能完全解決故障率高的問題，嚴(yán)重影響懸臂斗輪機(jī)的正常使用，導(dǎo)致輸煤系統(tǒng)無法順利運(yùn)行。通過對(duì)滑觸線進(jìn)行技術(shù)改造，與傳統(tǒng)技術(shù)相比，改造后的滑觸線安全性能優(yōu)異，運(yùn)行穩(wěn)定性好，正常情況下故障率較低，維修費(fèi)用大大下降。

1 改造前存在的問題

1.1 摩擦損耗

使用拖纜牽引設(shè)備時(shí)，左、右拖動(dòng)電纜并滾動(dòng)帶入滾筒，通常會(huì)導(dǎo)致電力驅(qū)動(dòng)電纜的牽引拉斷和線路短路。在拖纜滾動(dòng)操作過程中，依靠摩擦盤將電纜輸入滾入電纜卷筒，頻繁纏繞導(dǎo)致電纜護(hù)套嚴(yán)重磨損；在地面拖纜、運(yùn)行摩擦?xí)r也會(huì)出現(xiàn)疲勞、開裂和老化現(xiàn)象，導(dǎo)致牽拖纜斷裂、短路和停電（圖 1）。

1.2 結(jié)構(gòu)變形

一般來說，角鋼支撐的固定支架橫截面積比較單薄，如果產(chǎn)生彎曲變形，支架會(huì)產(chǎn)生力量不均的變形力，導(dǎo)致支架變形嚴(yán)重，容易損壞電纜甚至導(dǎo)致電纜斷裂，影響懸臂斗輪機(jī)的正常安全運(yùn)行。

1.3 設(shè)備使用

懸臂斗輪機(jī)的使用操作非常頻繁，經(jīng)常啟動(dòng)停止，拖纜在每次的移動(dòng)過程中很容易產(chǎn)生卡澀，電纜外皮絕緣層會(huì)造成擠壓刮損、刮傷等情況，一旦出現(xiàn)拖纜絕緣外皮損壞就會(huì)引起電纜短路，出現(xiàn)電纜間打火，并引起主回路的總電源開關(guān)跳閘。

礦山機(jī)械一般來說重載頻繁啟動(dòng)，在長期移動(dòng)過程中，很容易卡澀，電纜的絕緣層被擠壓和劃傷。一旦絕緣護(hù)套損壞，將導(dǎo)致電纜短路，造成打火和開關(guān)跳閘。

1.4 自然環(huán)境影響

懸臂斗輪機(jī)工作區(qū)域的特點(diǎn)是，由于陽光、雨水、粉塵和煤炭顆粒等客觀因素的影響，對(duì)拖纜本身受到嚴(yán)重?fù)p壞，懸臂斗輪機(jī)拖纜長期處于這種工作環(huán)境中。固定鋼筋和鋼軌的角鋼支架極易腐蝕。動(dòng)力電源電纜多處絕緣損壞，導(dǎo)致接地和跳閘。控制聯(lián)鎖電纜存在老化、外皮裂紋和斷裂等情況，銹蝕層引起電源線路導(dǎo)電性降低，這很容易引起斗輪機(jī)電源頻繁跳閘。

2 改造方案

由于礦山大型機(jī)械和惡劣的工作環(huán)境，通過大量的研究和討論，*終選擇了銅質(zhì)滑觸線代替鋼質(zhì)滑觸線，主要基于 5 個(gè)原因。

2.1 銅質(zhì)滑觸線設(shè)計(jì)更合理

（1）鋼質(zhì)滑觸線制作安裝簡單可行，總體投資成本不高，但是存在安全隱患問題，如導(dǎo)電效果不好、電壓差較大、能量損耗大等。相比之下，銅質(zhì)滑觸線具有質(zhì)量輕、通過電流大、導(dǎo)電效果好、維護(hù)便利等優(yōu)點(diǎn)，更適用于大型礦山機(jī)械和高腐蝕性粉塵環(huán)境。

（2）銅質(zhì)滑觸線化學(xué)穩(wěn)定性良好。鋼質(zhì)懸臂斗輪機(jī)滑觸線抗氧化性不佳，在潮濕和煤粉惡劣的環(huán)境中很容易被腐蝕損壞。鋼質(zhì)滑觸線如果被腐蝕，將會(huì)產(chǎn)生氫氧化物，直接影響滑觸線的絕緣效果，導(dǎo)致懸臂斗輪機(jī)三相電流不平衡，嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)燒毀電機(jī)。銅具有優(yōu)異的化學(xué)性能，如耐腐蝕性和耐高溫性，使用銅質(zhì)滑動(dòng)接觸電纜可以防止這種安全問題。

（3）銅滑觸線物理特性良好。銅滑觸線的使用可以大大增加滑觸線的使用年限，對(duì)提高石化企業(yè)熱電廠輸煤系統(tǒng)的穩(wěn)定性具有重要意義。當(dāng)滑觸線長度大于 100 m 時(shí)，一般容易變形和間隙改變，會(huì)嚴(yán)重影響懸臂斗輪機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

（4）銅質(zhì)滑觸線的安裝和維護(hù)非常方便、快速。銅的密度比鋼大很多，但是銅與鋼的電阻率比為 1:6.8，這表明在相同電流情況下，使用鋼質(zhì)滑觸線的支撐體積遠(yuǎn)大于銅質(zhì)滑觸線。因此，銅滑觸線具有設(shè)計(jì)緊湊縮小、設(shè)計(jì)安裝簡單方便、大大節(jié)省空間的特點(diǎn)。

2.2 改造關(guān)鍵技術(shù)

（1）采用安全滑觸線技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)的特性體現(xiàn)在：①通過集電器在 H 形不銹鋼槽內(nèi)滑行獲得供電，保證供電可靠，電能質(zhì)量高、傳輸功率大，完全取代了以前的拖纜供電方式；②電源線的電阻值很小、電流很大，電壓降很小；③嵌入絕緣護(hù)套的導(dǎo)體結(jié)構(gòu)有效防止單相接地、相短路和電流傷人。

（2）安全滑觸線技術(shù)的電源主要由滑觸線組裝而成。其主要部件是滑動(dòng)接觸線（圖 2）。滑觸線具有設(shè)計(jì)簡單、可重復(fù)使用、節(jié)能、安裝方便、耐腐蝕、耐老化、阻燃、抗觸電等特點(diǎn)。

2.3 滑觸線的技術(shù)要求

本次懸臂斗輪機(jī)使用的滑觸線每根長度為 6 m，由浮動(dòng)懸吊夾和固定懸吊夾固定。吊架的間距為 1.5~2.0 m，在支架間距3 m 范圍內(nèi)能夠有良好的剛性并不能有任何變形，兩根滑觸線通過中間頭連接。由于整個(gè)煤場面積很大，安全滑觸線總長約為220 m。為了補(bǔ)償滑動(dòng)接觸線的熱膨脹和冷收縮效應(yīng)，在每排滑觸線上添加兩個(gè)膨脹段，以防止設(shè)備因凍脹和變形而不能正常運(yùn)行。安裝滑觸線時(shí)采用角鋼支架，支架焊接在鋼結(jié)構(gòu)上。集電器的主要安裝點(diǎn)應(yīng)和集電器與滑觸線方向一致，以保證集電器與滑觸線接觸良好。

（1）滑觸線各相對(duì)地間的絕緣電阻值必須大于 0.5 MΩ。

（2）滑觸線的中心線與懸臂斗輪機(jī)軌道的實(shí)際中心線距離和同一條滑接線各支架間的水平或垂直距離必須保持一致，其偏差值不應(yīng)大于 1/1000、*大不應(yīng)超過 10 mm。

（3）滑觸線在角鋼支架上固定可靠，滑觸線連接良好、接觸面嚴(yán)禁有銹蝕。

（4）吊架、滑觸線外殼無破損和損壞，吊架與支撐架之間的墊片彈簧墊齊全。滑觸線支架安裝平整、牢固、間距合適，連接螺絲露出螺紋 2～3 cm。

安全滑觸線支架制作及安裝施工如圖 3 所示：①滑觸線每相對(duì)地絕緣電阻應(yīng)大于 1 MΩ；②滑觸線的中心線與懸臂斗輪機(jī)軌道的實(shí)際中心線之間的距離及其水平支架或垂直距離（同一條滑動(dòng)線）應(yīng)一致；③滑觸線必須與角鋼支架可靠連接，滑觸線必須連接良好，接觸面應(yīng)無腐蝕；④吊架和滑觸線應(yīng)無裂紋和缺陷，吊架與支架之間的墊片應(yīng)完整。其中，立柱為 10#普通槽鋼，H 形滑觸線支架為 5#角鋼；槽鋼與角鋼采用滿焊焊接，焊接處所有表面防銹處理。另外，支架安裝應(yīng)平穩(wěn)、牢固、均勻，連接螺釘露出螺紋 2~3 cm。

2.4 滑接線安裝標(biāo)準(zhǔn)

（1）變形縫與維修段之間有 20 mm 的間隙，滑觸線邊緣光滑，底部與兩端水平差小于 1 mm。

（2）集電器在全行程滑動(dòng)時(shí)穩(wěn)定，無大火花。

（3）滑觸線安裝應(yīng)平穩(wěn)、牢固，滑觸面應(yīng)光滑、接觸良好。同時(shí)，集電器的中心不得超過滑觸線的邊緣，滑刀必須靈活、無纏繞，吊架及外殼絕緣件齊全。

（4）高度小于 3.5 m 的金屬框架應(yīng)可靠接地，接地電纜必須接好、截面積正確選擇。

2.5 滑觸線的檢修

采用電纜供電時(shí)懸臂斗輪機(jī)需進(jìn)行大量的電纜維修工作，尤其是更換拖纜需要進(jìn)行高空的臨邊作業(yè)，安全風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)非常高。本次通過改造滑觸線，組合安裝滑觸線，使多級(jí)滑線集成到一條 H 形滑觸線。因?yàn)榛|線是標(biāo)準(zhǔn)部件，當(dāng)其出現(xiàn)故障需要更換時(shí)，維修人員僅在地面維修通道就能快速拆除安裝、不需要高空作業(yè)，安全方便。

3 結(jié)論

（1）原來的拖纜供電很容易拉扯和損壞。當(dāng)機(jī)械限位開關(guān)發(fā)生故障時(shí)，甚至?xí)嚅_大車行走電纜，導(dǎo)致電纜接線裸銅接地故障，具有很高的安全風(fēng)險(xiǎn)。供電方式由電纜更換為滑觸線供電，徹底解決了以上的難題。

（2）改造后維護(hù)成本和難度大大降低。原有拖纜受損后，必須更換整根 120 芯銅線，這種方案既昂貴又困難、耗時(shí)。改造為6 m 滑觸線后，再有損壞則可以單獨(dú)更換。如果滑觸線的外絕緣部分因陽光、煤粉腐蝕等原因損壞但內(nèi)部導(dǎo)電材料完好，可以通過更換外絕緣護(hù)套來解決問題，大大降低了維護(hù)成本和維護(hù)難度。

通過對(duì)熱電廠懸臂斗輪機(jī)供電方式的改造，徹底消除了斗輪機(jī)安全隱患大、故障頻繁、維護(hù)成本高、維護(hù)難度大的局面。實(shí)踐證明該改造項(xiàng)目總體成功，表明此次改造適用于戶外和惡劣環(huán)境，是一個(gè)可以**推廣的實(shí)用技術(shù)，可以在其他火電廠企業(yè)推廣應(yīng)用。