0 引言

燃料車間懸臂斗輪機是火力發(fā)電廠的主要堆煤、取煤、儲存煤重要設備，每年堆取料 100 萬噸煤炭的任務。每年冬天（10 月份至次年的 4 月份）將近 6 個月，必須保證 3 臺熱水鍋爐的煤碳消耗。懸臂斗輪機是輸煤系統(tǒng)的重要設備，直接影響到整個輸煤系統(tǒng)能否高效、穩(wěn)定和長期運行。燃料車間斗輪機采用拖纜供電方式，普遍存在故障多、維護量大的問題。燃料車間懸臂斗輪機正常運行一年。由于設備電纜的老化，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 15 萬元，人工維護的成本也很高。進行滑觸式供電改造后，據(jù)統(tǒng)計每年節(jié)省材料的直接效益為 15 萬元，維護費用為 5 萬元，運營成本很高。特別是近年來，懸臂斗輪機多次因電纜短路而跳閘停止運行，嚴重威脅懸臂斗輪機的安全穩(wěn)定運行。每次故障后都會大面積更換懸臂斗輪機拖纜，但不能完全解決故障率高的問題，嚴重影響懸臂斗輪機的正常使用，導致輸煤系統(tǒng)無法順利運行。通過對滑觸線進行技術改造，與傳統(tǒng)技術相比，改造后的滑觸線安全性能優(yōu)異，運行穩(wěn)定性好，正常情況下故障率較低，維修費用大大下降。

1 改造前存在的問題

1.1 摩擦損耗

使用拖纜牽引設備時，左、右拖動電纜并滾動帶入滾筒，通常會導致電力驅(qū)動電纜的牽引拉斷和線路短路。在拖纜滾動操作過程中，依靠摩擦盤將電纜輸入滾入電纜卷筒，頻繁纏繞導致電纜護套嚴重磨損；在地面拖纜、運行摩擦時也會出現(xiàn)疲勞、開裂和老化現(xiàn)象，導致牽拖纜斷裂、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，支架會產(chǎn)生力量不均的變形力，導致支架變形嚴重，容易損壞電纜甚至導致電纜斷裂，影響懸臂斗輪機的正常安全運行。

1.3 設備使用

懸臂斗輪機的使用操作非常頻繁，經(jīng)常啟動停止，拖纜在每次的移動過程中很容易產(chǎn)生卡澀，電纜外皮絕緣層會造成擠壓刮損、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跳閘。

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

1.4 自然環(huán)境影響

懸臂斗輪機工作區(qū)域的特點是，由于陽光、雨水、粉塵和煤炭顆粒等客觀因素的影響，對拖纜本身受到嚴重損壞，懸臂斗輪機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。動力電源電纜多處絕緣損壞，導致接地和跳閘。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電性降低，這很容易引起斗輪機電源頻繁跳閘。

2 改造方案

由于礦山大型機械和惡劣的工作環(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 個原因。

2.1 銅質(zhì)滑觸線設計更合理

（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、導電效果好、維護便利等優(yōu)點，更適用于大型礦山機械和高腐蝕性粉塵環(huán)境。

（2）銅質(zhì)滑觸線化學穩(wěn)定性良好。鋼質(zhì)懸臂斗輪機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，將會產(chǎn)生氫氧化物，直接影響滑觸線的絕緣效果，導致懸臂斗輪機三相電流不平衡，嚴重時可能會燒毀電機。銅具有優(yōu)異的化學性能，如耐腐蝕性和耐高溫性，使用銅質(zhì)滑動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。當滑觸線長度大于 100 m 時，一般容易變形和間隙改變，會嚴重影響懸臂斗輪機的安全穩(wěn)定運行。

（4）銅質(zhì)滑觸線的安裝和維護非常方便、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大于銅質(zhì)滑觸線。因此，銅滑觸線具有設計緊湊縮小、設計安裝簡單方便、大大節(jié)省空間的特點。

2.2 改造關鍵技術

（1）采用安全滑觸線技術。這項技術的特性體現(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嵌入絕緣護套的導體結(jié)構(gòu)有效防止單相接地、相短路和電流傷人。

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

2.3 滑觸線的技術要求

本次懸臂斗輪機使用的滑觸線每根長度為 6 m，由浮動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。由于整個煤場面積很大，安全滑觸線總長約為220 m。為了補償滑動接觸線的熱膨脹和冷收縮效應，在每排滑觸線上添加兩個膨脹段，以防止設備因凍脹和變形而不能正常運行。安裝滑觸線時采用角鋼支架，支架焊接在鋼結(jié)構(gòu)上。集電器的主要安裝點應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軌道的實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，其偏差值不應大于 1/1000、*大不應超過 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滑觸線每相對地絕緣電阻應大于 1 MΩ；②滑觸線的中心線與懸臂斗輪機軌道的實際中心線之間的距離及其水平支架或垂直距離（同一條滑動線）應一致；③滑觸線必須與角鋼支架可靠連接，滑觸線必須連接良好，接觸面應無腐蝕；④吊架和滑觸線應無裂紋和缺陷，吊架與支架之間的墊片應完整。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 滑接線安裝標準

（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時穩(wěn)定，無大火花。

（3）滑觸線安裝應平穩(wěn)、牢固，滑觸面應光滑、接觸良好。同時，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

采用電纜供電時懸臂斗輪機需進行大量的電纜維修工作，尤其是更換拖纜需要進行高空的臨邊作業(yè)，安全風險系數(shù)非常高。本次通過改造滑觸線，組合安裝滑觸線，使多級滑線集成到一條 H 形滑觸線。因為滑觸線是標準部件，當其出現(xiàn)故障需要更換時，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。當機械限位開關發(fā)生故障時，甚至會斷開大車行走電纜，導致電纜接線裸銅接地故障，具有很高的安全風險。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。改造為6 m 滑觸線后，再有損壞則可以單獨更換。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)部導電材料完好，可以通過更換外絕緣護套來解決問題，大大降低了維護成本和維護難度。

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