6m焦炉装煤机车供电系统改造

  目前国内焦炉四大机车均为轨道移动作业设备，供电系统应用工业移动供电技术。随着焦炉生产作业设备大型化、自动化程度提高以及工况环境恶劣，现有供电方式暴露出一些问题。

一、存在的问题

莱钢焦化厂 1#、2#、5#～8# 焦炉装煤车采用悬吊式柔性滑触线供电方式 （刚体组合滑触式移动供电方式之一），主要由支撑钢绞线（纵向和横向）、铜滑触线、端部弹簧式固定机构和装煤车集电器组成。铜滑触线沿装煤车走行轨道方向跨2 座焦炉，仅在中间煤塔下部设有悬挂点，单座焦炉滑触线悬空

长度超过 100m。装煤车工作时，悬吊式柔性滑触线供电方式存在如下问题，严重制约焦炉生产。

（1）在自身重力和热胀冷缩作用下，滑触线连同钢绞线下垂度加剧，造成装煤车集电器电刷与滑触线接触**，装煤车供电故障频发。

（2）滑触线中间无法设置分段，一旦滑触线系统故障，两座焦炉将同时停产。

（3）每年要定期更换部分钢绞线、拉紧弹簧及电刷，维护量大、费用高。

（4）安装在炉柱顶端的钢绞线横向拉紧支柱受炉体膨胀和拉力影响而弯曲变形，导致滑触线高度、间距改变，装煤车电刷滑脱失电，同时存在整套滑触线装置掉落的重大安全隐患。

为此改造焦炉装煤车供电系统，寻求符合焦炉生产实际的移动供电方式，确保焦炉装煤生产稳定电力供应。

二、改造方案

移动供电方式的选择牵涉现场环境、生产要求、用电设备的接电持续率、电源电压、频率以及功率等诸多因素，目前工业生产中应用较广泛的移动供电方式见表 1。焦炉装煤生产为露天作业，季节温差变化较大，加上粉尘污染、局部高温等恶劣环境，电缆移动和拖链式供电方式均不适合。单（多）极组合滑触式结构复杂、精度要求高，不能实现分段控制，亦不符合现场要求。综合分析，供电系统仍采用刚体组合滑触式供电方式，但要重新选择滑触刚体的形式和材料，才能满足装煤生产供电需要。

结合焦炉装煤系统生产实际以及经济性、安全性、可靠性等综合分析，决定先改造 5#、6# 焦炉装煤供电系统。供电系统固定方式由上部悬吊式改为单侧支架式，滑触线由柔性铜滑触线改为刚性轻轨式，同时改进集电器电刷和加装分段控制开关，实现对单座焦炉装煤的供电控制。

（1）确定轻轨支架安装位置和结构形式时，要充分利用焦炉炉顶空间。

（2）结合装煤车及周边焦炉设施实际，确定轻轨标高、安全间距及设计装煤车集电器结构形式。

（3）两座焦炉装煤生产采用分段控制，便于设备检修，降低故障影响。

（4）根据焦炉连续生产要求，利用生产间隙安装整套装置，保证原联锁编码电缆位置不变，实现对焦炉生产零影响。

（5）改进系统硬件，完善硬件功能。

三、改造实施

1.供电系统组成

（1）集电导线和导轨。两者是滑触线系统的主体，其几何形状、材料直接影响滑触线系统的安装形式、整体刚性和导电性能。集电导线和导轨截面选择合适，可保证供电网络与负载正常工作，节省有色金属、减少电耗。要根据使用环境和运行负荷选择集电导线和导轨规格：①导线和导轨上长期通过的负载电流产生的热量不能过热，否则绝缘损坏，引发短路失火等事故；②导轨应具有足够的机械强度，避免导线因风力、冰雪或其他外力因素而断裂；③滑触线全段电压损失不能过大（起重机设计规范规定，交流电源供电在尖峰电流时自供电变压器的低压母线侧至起重机任何一台电机端子的电压损失都不应超过额定电压的15%）。

参照国内其他类型焦炉采用的轻轨滑触线，结合 6m 焦炉生产实际，综合考虑炉体、支架承重等因素，导轨选用国产 12kg/m轻轨，集电导线选择截面 40mm×5mm 铝母线，供电电缆选用 VV1000V 3×70+1×50 电力缆。

（2）连接组件。连接组件是滑触线系统中导轨与导轨之间连接装置，是串接导轨的续流装置，要求连接可靠、过度平缓和接触电阻小。安装时，轻轨腹板和铝母线间隔 500mm 进行 Φ10mm 孔配钻，将铝母线用螺栓紧固在轻轨腹板一侧连接起来，优点是集电导线与导轨并行连接，导电性好，任一拾取点电能损失小。由于单座焦炉长度超过 100m，导轨热膨胀量会较大，因此轻轨连接时要考虑留有 15mm 膨胀间隙，使滑触线能够在不同环境温度下保持较好的直线度和良好延续性。

（3）绝缘组件。绝缘组件实现滑触线系统导轨与导轨之间（滑触线系统相间）、导轨与支撑组件之间（滑触线系统与大地）的隔离。按照轻轨规格，绝缘组件采用 6102 陶瓷绝缘子，上端安装轻轨，下部支腿固定在支架上。

（4）支撑组件（支撑架）。支撑组件用于安装滑触线系统中导轨与绝缘组件，其结构形式根据滑触线系统布置方式、载荷、位置确定。综合考虑滑触线系统总重量、导轨标高、受力方向和大小以及安装机车联锁编码电缆需要，支柱采用 HN250×125×5×8型钢，上部框架结构用 7# 等边角钢制作。

（5）集电器。集电器是滑触线系统重要组件，其作用是从滑触线导轨直接拾取电能，因此对集电器结构形式、工作压力、电刷材料等均有相应要求。由于运行过程中轻轨与集电器电刷间磨损较大，而且装煤车走行轨道受炉顶结构变形影响产生高度差，走行过程中车体晃动易造成集电器电刷失电。为此集 电 器 电 刷 用 16Mn 钢 板 制 作 （厚 度 20mm， 允 许 磨 损 量10mm），拾取方式采用重力自垂式。为满足分段控制供电要求，集电器采用双组并联电刷结构，每组间隔 1000mm，保证在滑触线隔断位置能同时拾取不同供电源的电力，同时减少同段导轨上失电率。

2.系统安装

（1）滑触式供电系统的供电方式一般有单端、中间、两端、两端 1/6 处、三点供电和四点供电。确定供电点时要综合考虑用电设备台数容量、任务工作制和导轨电压降以及环境状况。由于铝母线导电性好、电压损失小，故可采用单端供电方式。电力站位于两座焦炉之间，滑触线断开处选在煤塔下方位置并作为供电点，这种方式操作简便、节省电缆、故障点少。

（2）滑触线布置方式。因焦炉煤塔下部空间所限，滑触线轨道只能沿炉顶焦侧进行垂直安装，三相轨道上下安全间距为465mm，固定支架安装在炉柱顶端，高度 4650mm，原编码电缆支架安装在轻轨下方。滑触线轻轨安装后要进行全线调直，确保轻轨水平高度差＜±10mm，侧向误差＜±20mm。

（3）集电器安装。集电器安装在装煤车焦侧平台，两组电刷沿走行方向布置，间距 1000mm。集电器与滑线轨道的合理接触是整个滑接输电系统关键，将直接影响供电系统和用电设备安全，安装过程中必须调整好集电器与滑线轨道的接触压力。压力过大将使电刷与滑线轨道的摩擦系数增大，磨损加大；压力过小会使电刷与滑线轨道的接触电阻增大，压降增大。本次改造电刷一端由销轴固定，另一端靠自重压在导轨上，可保证走行过程中与导轨紧密接触并在一定范围内根据磨损情况进行自我调节。

3.系统调试

系统安装完毕，首先对安装过程进行全线机械性能和电气性能检查，确认系统安装良好，检验合格后，方可进行加电调试，调试过程如下。

（1）切断装煤车的电源输入端（断开集电器与滑线轨道的接触），单独对滑线轨道进行分段供电和分别测试。

（2）分段供电测试合格后，切断系统所有电源，将装煤车上集电器与滑线轨道进行正确接触，只对装煤车走行电机加电，调至低速。

（3）做好加电运行前的准备，专人指挥和启动加电程序，使整个滑触线系统处于等待状态。

（4）给系统加电，由专人随车观察目测滑线轨道与集电器运行状态，实时记录，及时停电调整。

（5）系统加电运行正常后，装煤车慢速往复运行 1h 后，可逐步加载运行（可先加载走行电机，再加载油泵电机，*后加载螺旋给料器电机等），直至加满负载后正常运行。

四、改造效果

该套供电系统 2009 年 5 月在 5#、6# 焦炉投运以来，整体性能稳定可靠，效果良好、效益明显。

（1）结构稳定、供电安全。轻轨和框架钢支架强度高、结构稳定，因此电能拾取稳定，极少失电，确保装煤车安全、连续、稳定的电力供应。

（2）供电实现分段控制。在煤塔处断开滑触线，两段同时独立供电，当其中一段故障时，另一段不受影响，保证了另一座焦炉装煤正常生产。

（3）设备寿命延长，节省设备维护费用。轻轨作为滑触体，钢结构支架防锈处理，系统整体使用寿命至少有 15 年，是原系统5 倍。电刷更换周期约 1 年，平均每年节省备件费和维修费用约12 万元。

（4）稳定装煤生产。系统投用后推焦执行系数由 0.96 提高到 0.99，焦炉综合评价生产系数提高 0.2%，年创造经济效益110 万元。