滑触线在悬臂斗轮机上的应用

0 引言

燃料车间悬臂斗轮机是火力发电厂的主要堆煤、取煤、储存煤重要设备，每年堆取料 100 万吨煤炭的任务。每年冬天（10 月份至次年的 4 月份）将近 6 个月，必须保证 3 台热水锅炉的煤碳消耗。悬臂斗轮机是输煤系统的重要设备，直接影响到整个输煤系统能否高效、稳定和长期运行。燃料车间斗轮机采用拖缆供电方式，普遍存在故障多、维护量大的问题。燃料车间悬臂斗轮机正常运行一年。由于设备电缆的老化，更换电源和控制电缆的成本显著增加。一年内，直接受损电缆的材料成本高达 15 万元，人工维护的成本也很高。进行滑触式供电改造后，据统计每年节省材料的直接效益为 15 万元，维护费用为 5 万元，运营成本很高。特别是近年来，悬臂斗轮机多次因电缆短路而跳闸停止运行，严重威胁悬臂斗轮机的安全稳定运行。每次故障后都会大面积更换悬臂斗轮机拖缆，但不能完全解决故障率高的问题，严重影响悬臂斗轮机的正常使用，导致输煤系统无法顺利运行。通过对滑触线进行技术改造，与传统技术相比，改造后的滑触线安全性能优异，运行稳定性好，正常情况下故障率较低，维修费用大大下降。

1 改造前存在的问题

1.1 摩擦损耗

使用拖缆牵引设备时，左、右拖动电缆并滚动带入滚筒，通常会导致电力驱动电缆的牵引拉断和线路短路。在拖缆滚动操作过程中，依靠摩擦盘将电缆输入滚入电缆卷筒，频繁缠绕导致电缆护套严重磨损；在地面拖缆、运行摩擦时也会出现疲劳、开裂和老化现象，导致牵拖缆断裂、短路和停电（图 1）。

1.2 结构变形

一般来说，角钢支撑的固定支架横截面积比较单薄，如果产生弯曲变形，支架会产生力量不均的变形力，导致支架变形严重，容易损坏电缆甚至导致电缆断裂，影响悬臂斗轮机的正常安全运行。

1.3 设备使用

悬臂斗轮机的使用操作非常频繁，经常启动停止，拖缆在每次的移动过程中很容易产生卡涩，电缆外皮绝缘层会造成挤压刮损、刮伤等情况，一旦出现拖缆绝缘外皮损坏就会引起电缆短路，出现电缆间打火，并引起主回路的总电源开关跳闸。矿山机械一般来说重载频繁启动，在长期移动过程中，很容易卡涩，电缆的绝缘层被挤压和划伤。一旦绝缘护套损坏，将导致电缆短路，造成打火和开关跳闸。

1.4 自然环境影响

悬臂斗轮机工作区域的特点是，由于阳光、雨水、粉尘和煤炭颗粒等客观因素的影响，对拖缆本身受到严重损坏，悬臂斗轮机拖缆长期处于这种工作环境中。固定钢筋和钢轨的角钢支架极易腐蚀。动力电源电缆多处绝缘损坏，导致接地和跳闸。控制联锁电缆存在老化、外皮裂纹和断裂等情况，锈蚀层引起电源线路导电性降低，这很容易引起斗轮机电源频繁跳闸。

2 改造方案

由于矿山大型机械和恶劣的工作环境，通过大量的研究和讨论，*终选择了铜质滑触线代替钢质滑触线，主要基于 5 个原因。

2.1 铜质滑触线设计更合理

（1）钢质滑触线制作安装简单可行，总体投资成本不高，但是存在安全隐患问题，如导电效果不好、电压差较大、能量损耗大等。相比之下，铜质滑触线具有质量轻、通过电流大、导电效果好、维护便利等优点，更适用于大型矿山机械和高腐蚀性粉尘环境。

（2）铜质滑触线化学稳定性良好。钢质悬臂斗轮机滑触线抗氧化性不佳，在潮湿和煤粉恶劣的环境中很容易被腐蚀损坏。钢质滑触线如果被腐蚀，将会产生氢氧化物，直接影响滑触线的绝缘效果，导致悬臂斗轮机三相电流不平衡，严重时可能会烧毁电机。铜具有优异的化学性能，如耐腐蚀性和耐高温性，使用铜质滑动接触电缆可以防止这种安全问题。

（3）铜滑触线物理特性良好。铜滑触线的使用可以大大增加滑触线的使用年限，对提高石化企业热电厂输煤系统的稳定性具有重要意义。当滑触线长度大于 100 m 时，一般容易变形和间隙改变，会严重影响悬臂斗轮机的安全稳定运行。

（4）铜质滑触线的安装和维护非常方便、快速。铜的密度比钢大很多，但是铜与钢的电阻率比为 1:6.8，这表明在相同电流情况下，使用钢质滑触线的支撑体积远大于铜质滑触线。因此，铜滑触线具有设计紧凑缩小、设计安装简单方便、大大节省空间的特点。

2.2 改造关键技术

（1）采用安全滑触线技术。这项技术的特性体现在：①通过集电器在 H 形不锈钢槽内滑行获得供电，保证供电可靠，电能质量高、传输功率大，完全取代了以前的拖缆供电方式；②电源线的电阻值很小、电流很大，电压降很小；③嵌入绝缘护套的导体结构有效防止单相接地、相短路和电流伤人。

（2）安全滑触线技术的电源主要由滑触线组装而成。其主要部件是滑动接触线（图 2）。滑触线具有设计简单、可重复使用、节能、安装方便、耐腐蚀、耐老化、阻燃、抗触电等特点。

2.3 滑触线的技术要求

本次悬臂斗轮机使用的滑触线每根长度为 6 m，由浮动悬吊夹和固定悬吊夹固定。吊架的间距为 1.5~2.0 m，在支架间距3 m 范围内能够有良好的刚性并不能有任何变形，两根滑触线通过中间头连接。由于整个煤场面积很大，安全滑触线总长约为220 m。为了补偿滑动接触线的热膨胀和冷收缩效应，在每排滑触线上添加两个膨胀段，以防止设备因冻胀和变形而不能正常运行。安装滑触线时采用角钢支架，支架焊接在钢结构上。集电器的主要安装点应和集电器与滑触线方向一致，以保证集电器与滑触线接触良好。

（1）滑触线各相对地间的绝缘电阻值必须大于 0.5 MΩ。

（2）滑触线的中心线与悬臂斗轮机轨道的实际中心线距离和同一条滑接线各支架间的水平或垂直距离必须保持一致，其偏差值不应大于 1/1000、*大不应超过 10 mm。

（3）滑触线在角钢支架上固定可靠，滑触线连接良好、接触面严禁有锈蚀。

（4）吊架、滑触线外壳无破损和损坏，吊架与支撑架之间的垫片弹簧垫齐全。滑触线支架安装平整、牢固、间距合适，连接螺丝露出螺纹 2～3 cm。

安全滑触线支架制作及安装施工如图 3 所示：①滑触线每相对地绝缘电阻应大于 1 MΩ；②滑触线的中心线与悬臂斗轮机轨道的际中心线之间的距离及其水平支架或垂直距离（同一条滑动线）应一致；③滑触线必须与角钢支架可靠连接，滑触线必须连接良好，接触面应无腐蚀；④吊架和滑触线应无裂纹和缺陷，吊架与支架之间的垫片应完整。其中，立柱为 10#普通槽钢，H 形滑触线支架为 5#角钢；槽钢与角钢采用满焊焊接，焊接处所有表面防锈处理。

另外，支架安装应平稳、牢固、均匀，连接螺钉露出螺纹 2~3 cm。

2.4 滑接线安装标准

（1）变形缝与维修段之间有 20 mm 的间隙，滑触线边缘光滑，底部与两端水平差小于 1 mm。

（2）集电器在全行程滑动时稳定，无大火花。

（3）滑触线安装应平稳、牢固，滑触面应光滑、接触良好。同时，集电器的中心不得超过滑触线的边缘，滑刀必须灵活、无缠绕，吊架及外壳绝缘件齐全。

（4）高度小于 3.5 m 的金属框架应可靠接地，接地电缆必须接好、截面积正确选择。

2.5 滑触线的检修

采用电缆供电时悬臂斗轮机需进行大量的电缆维修工作，尤其是更换拖缆需要进行高空的临边作业，安全风险系数非常高。本次通过改造滑触线，组合安装滑触线，使多级滑线集成到一条 H 形滑触线。因为滑触线是标准部件，当其出现故障需要更换时，维修人员仅在地面维修通道就能快速拆除安装、不需要高空作业，安全方便。

3 结论

（1）原来的拖缆供电很容易拉扯和损坏。当机械限位开关发生故障时，甚至会断开大车行走电缆，导致电缆接线裸铜接地故障，具有很高的安全风险。供电方式由电缆更换为滑触线供电，彻底解决了以上的难题。

（2）改造后维护成本和难度大大降低。原有拖缆受损后，必须更换整根 120 芯铜线，这种方案既昂贵又困难、耗时。改造为6 m 滑触线后，再有损坏则可以单独更换。如果滑触线的外绝缘部分因阳光、煤粉腐蚀等原因损坏但内部导电材料完好，可以通过更换外绝缘护套来解决问题，大大降低了维护成本和维护难度。通过对热电厂悬臂斗轮机供电方式的改造，彻底消除了斗轮机安全隐患大、故障频繁、维护成本高、维护难度大的局面。实践证明该改造项目总体成功，表明此次改造适用于户外和恶劣环境，是一个可以**推广的实用技术，可以在其他火电厂企业推广应用。