目前國內(nèi)焦爐四大機車均為軌道移動作業(yè)設備，供電系統(tǒng)應用工業(yè)移動供電技術。隨著焦爐生產(chǎn)作業(yè)設備大型化、自動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題。

一、存在的問題

萊鋼焦化廠 1#、2#、5#～8# 焦爐裝煤車采用懸吊式柔性滑觸線供電方式 （剛體組合滑觸式移動供電方式之一），主要由支撐鋼絞線（縱向和橫向）、銅滑觸線、端部彈簧式固定機構(gòu)和裝煤車集電器組成。銅滑觸線沿裝煤車走行軌道方向跨2 座焦爐，僅在中間煤塔下部設有懸掛點，單座焦爐滑觸線懸空

長度超過 100m。裝煤車工作時，懸吊式柔性滑觸線供電方式存在如下問題，嚴重制約焦爐生產(chǎn)。

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

（2）滑觸線中間無法設置分段，一旦滑觸線系統(tǒng)故障，兩座焦爐將同時停產(chǎn)。

（3）每年要定期更換部分鋼絞線、拉緊彈簧及電刷，維護量大、費用高。

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

為此改造焦爐裝煤車供電系統(tǒng)，尋求符合焦爐生產(chǎn)實際的移動供電方式，確保焦爐裝煤生產(chǎn)穩(wěn)定電力供應。

二、改造方案

移動供電方式的選擇牽涉現(xiàn)場環(huán)境、生產(chǎn)要求、用電設備的接電持續(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)中應用較廣泛的移動供電方式見表 1。焦爐裝煤生產(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，電纜移動和拖鏈式供電方式均不適合。單（多）極組合滑觸式結(jié)構(gòu)復雜、精度要求高，不能實現(xiàn)分段控制，亦不符合現(xiàn)場要求。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，才能滿足裝煤生產(chǎn)供電需要。

結(jié)合焦爐裝煤系統(tǒng)生產(chǎn)實際以及經(jīng)濟性、安全性、可靠性等綜合分析，決定先改造 5#、6# 焦爐裝煤供電系統(tǒng)。供電系統(tǒng)固定方式由上部懸吊式改為單側(cè)支架式，滑觸線由柔性銅滑觸線改為剛性輕軌式，同時改進集電器電刷和加裝分段控制開關，實現(xiàn)對單座焦爐裝煤的供電控制。

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

（2）結(jié)合裝煤車及周邊焦爐設施實際，確定輕軌標高、安全間距及設計裝煤車集電器結(jié)構(gòu)形式。

（3）兩座焦爐裝煤生產(chǎn)采用分段控制，便于設備檢修，降低故障影響。

（4）根據(jù)焦爐連續(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，實現(xiàn)對焦爐生產(chǎn)零影響。

（5）改進系統(tǒng)硬件，完善硬件功能。

三、改造實施

1.供電系統(tǒng)組成

（1）集電導線和導軌。兩者是滑觸線系統(tǒng)的主體，其幾何形狀、材料直接影響滑觸線系統(tǒng)的安裝形式、整體剛性和導電性能。集電導線和導軌截面選擇合適，可保證供電網(wǎng)絡與負載正常工作，節(jié)省有色金屬、減少電耗。要根據(jù)使用環(huán)境和運行負荷選擇集電導線和導軌規(guī)格：①導線和導軌上長期通過的負載電流產(chǎn)生的熱量不能過熱，否則絕緣損壞，引發(fā)短路失火等事故；②導軌應具有足夠的機械強度，避免導線因風力、冰雪或其他外力因素而斷裂；③滑觸線全段電壓損失不能過大（起重機設計規(guī)范規(guī)定，交流電源供電在尖峰電流時自供電變壓器的低壓母線側(cè)至起重機任何一臺電機端子的電壓損失都不應超過額定電壓的15%）。

參照國內(nèi)其他類型焦爐采用的輕軌滑觸線，結(jié)合 6m 焦爐生產(chǎn)實際，綜合考慮爐體、支架承重等因素，導軌選用國產(chǎn) 12kg/m輕軌，集電導線選擇截面 40mm×5mm 鋁母線，供電電纜選用 VV1000V 3×70+1×50 電力纜。

（2）連接組件。連接組件是滑觸線系統(tǒng)中導軌與導軌之間連接裝置，是串接導軌的續(xù)流裝置，要求連接可靠、過度平緩和接觸電阻小。安裝時，輕軌腹板和鋁母線間隔 500mm 進行 Φ10mm 孔配鉆，將鋁母線用螺栓緊固在輕軌腹板一側(cè)連接起來，優(yōu)點是集電導線與導軌并行連接，導電性好，任一拾取點電能損失小。由于單座焦爐長度超過 100m，導軌熱膨脹量會較大，因此輕軌連接時要考慮留有 15mm 膨脹間隙，使滑觸線能夠在不同環(huán)境溫度下保持較好的直線度和良好延續(xù)性。

（3）絕緣組件。絕緣組件實現(xiàn)滑觸線系統(tǒng)導軌與導軌之間（滑觸線系統(tǒng)相間）、導軌與支撐組件之間（滑觸線系統(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系統(tǒng)中導軌與絕緣組件，其結(jié)構(gòu)形式根據(jù)滑觸線系統(tǒng)布置方式、載荷、位置確定。綜合考慮滑觸線系統(tǒng)總重量、導軌標高、受力方向和大小以及安裝機車聯(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。集電器是滑觸線系統(tǒng)重要組件，其作用是從滑觸線導軌直接拾取電能，因此對集電器結(jié)構(gòu)形式、工作壓力、電刷材料等均有相應要求。由于運行過程中輕軌與集電器電刷間磨損較大，而且裝煤車走行軌道受爐頂結(jié)構(gòu)變形影響產(chǎn)生高度差，走行過程中車體晃動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，保證在滑觸線隔斷位置能同時拾取不同供電源的電力，同時減少同段導軌上失電率。

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、三點供電和四點供電。確定供電點時要綜合考慮用電設備臺數(shù)容量、任務工作制和導軌電壓降以及環(huán)境狀況。由于鋁母線導電性好、電壓損失小，故可采用單端供電方式。電力站位于兩座焦爐之間，滑觸線斷開處選在煤塔下方位置并作為供電點，這種方式操作簡便、節(jié)省電纜、故障點少。

（2）滑觸線布置方式。因焦爐煤塔下部空間所限，滑觸線軌道只能沿爐頂焦側(cè)進行垂直安裝，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?；|線輕軌安裝后要進行全線調(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焦側(cè)平臺，兩組電刷沿走行方向布置，間距 1000mm。集電器與滑線軌道的合理接觸是整個滑接輸電系統(tǒng)關鍵，將直接影響供電系統(tǒng)和用電設備安全，安裝過程中必須調(diào)整好集電器與滑線軌道的接觸壓力。壓力過大將使電刷與滑線軌道的摩擦系數(shù)增大，磨損加大；壓力過小會使電刷與滑線軌道的接觸電阻增大，壓降增大。本次改造電刷一端由銷軸固定，另一端靠自重壓在導軌上，可保證走行過程中與導軌緊密接觸并在一定范圍內(nèi)根據(jù)磨損情況進行自我調(diào)節(jié)。

3.系統(tǒng)調(diào)試

系統(tǒng)安裝完畢，首先對安裝過程進行全線機械性能和電氣性能檢查，確認系統(tǒng)安裝良好，檢驗合格后，方可進行加電調(diào)試，調(diào)試過程如下。

（1）切斷裝煤車的電源輸入端（斷開集電器與滑線軌道的接觸），單獨對滑線軌道進行分段供電和分別測試。

（2）分段供電測試合格后，切斷系統(tǒng)所有電源，將裝煤車上集電器與滑線軌道進行正確接觸，只對裝煤車走行電機加電，調(diào)至低速。

（3）做好加電運行前的準備，專人指揮和啟動加電程序，使整個滑觸線系統(tǒng)處于等待狀態(tài)。

（4）給系統(tǒng)加電，由專人隨車觀察目測滑線軌道與集電器運行狀態(tài)，實時記錄，及時停電調(diào)整。

（5）系統(tǒng)加電運行正常后，裝煤車慢速往復運行 1h 后，可逐步加載運行（可先加載走行電機，再加載油泵電機，*后加載螺旋給料器電機等），直至加滿負載后正常運行。

四、改造效果

該套供電系統(tǒng) 2009 年 5 月在 5#、6# 焦爐投運以來，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，確保裝煤車安全、連續(xù)、穩(wěn)定的電力供應。

（2）供電實現(xiàn)分段控制。在煤塔處斷開滑觸線，兩段同時獨立供電，當其中一段故障時，另一段不受影響，保證了另一座焦爐裝煤正常生產(chǎn)。

（3）設備壽命延長，節(jié)省設備維護費用。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)省備件費和維修費用約12 萬元。

（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，焦爐綜合評價生產(chǎn)系數(shù)提高 0.2%，年創(chuàng)造經(jīng)濟效益110 萬元。