1 工程概況[1]
通過(guò)對(duì)青島港前灣港區(qū)部分非電動(dòng)化作業(yè)的集裝箱堆場(chǎng)和主要裝卸機(jī)械——輪胎式集裝箱龍門吊（簡(jiǎn)稱RTG），進(jìn)行直接使用城市電網(wǎng)電力的電動(dòng)化改造，**提升青島港集裝箱生產(chǎn)作業(yè)系統(tǒng)的電動(dòng)化水平，實(shí)現(xiàn)集裝箱裝卸作業(yè)更加節(jié)能、減排、環(huán)保，更加節(jié)支、降耗、增效的目的。
該項(xiàng)目對(duì)青島港前灣港區(qū)二期集裝箱碼頭堆、場(chǎng)20個(gè)箱區(qū)，17臺(tái)柴油RTG進(jìn)行電動(dòng)化改造，見(jiàn)圖
1。對(duì)青島港前灣港區(qū)三期集裝箱碼頭堆場(chǎng)25個(gè)箱區(qū)，20臺(tái)柴油RTG進(jìn)行電動(dòng)化改造。共改造45個(gè)箱區(qū)，37臺(tái)RTG。改造箱區(qū)的總長(zhǎng)度約10 460 m，面積約為30×104m2。
2 改造方案
青島港前灣港區(qū)二期、三期集裝箱碼頭在前期已進(jìn)行過(guò)“油改電”改造工程，本工程是前期工程的延續(xù)，考慮到前期改造方案實(shí)施后生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)效果良好，且操作人員在生產(chǎn)組織、操作使用和維護(hù)保養(yǎng)等方面均已積累一定的經(jīng)驗(yàn)，本次改造工程延續(xù)前期“油改電”改造方案，采用低架剛性安全滑觸線可自動(dòng)接駁方案。
滑觸線方式是沿電動(dòng)RTG（簡(jiǎn)稱E-RTG）行駛跑道外側(cè)架設(shè)滑觸線供電線路和集電小車軌道，并在軌道上安裝沿滑觸線運(yùn)行的集電小車的一種“油改電”技術(shù)方案。當(dāng)E-RTG作業(yè)時(shí)，所需動(dòng)力由專門設(shè)計(jì)的機(jī)械裝置將市電從滑觸線輸送到E-RTG，集電小車沿其軌道跟隨E-RTG移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)供電。當(dāng)需轉(zhuǎn)場(chǎng)到其他箱區(qū)作業(yè)時(shí)，則切斷市電與E-RTG的聯(lián)系，改由機(jī)載柴油發(fā)電機(jī)組或配置動(dòng)力車配合完成。轉(zhuǎn)場(chǎng)后，工作動(dòng)力再切換為市電供電。
2.1 RTG供電改造方案
低架剛性安全滑觸線系統(tǒng)主要由滑觸線、集電小車、集電小車軌道以及滑觸線懸吊立柱組成，具體改造方案如下：
1）滑觸線布置方式：滑觸線共5根相線，其中3根相線、1根地線和1根零線。采用2排5線制供電，3根相線在上，地線和零線在下；上排相線距離地面高度約為2.3 m，下排地線和零線距離地面約為1.8 m?；|線布置見(jiàn)圖2。
2）集電小車軌道布置：集電小車垂直布置，以減小T型供電系統(tǒng)總寬度，并相應(yīng)增加RTG軌道中線至T型架*外端的距離，減小了對(duì)RTG的跑偏要求，便于司機(jī)操作。
3）滑觸線懸吊立柱：采用2段不等截面冷拔鋼管，其中上部鋼管直徑80 mm，下部鋼管直徑140 mm，立柱總高度為2.6 m。
立柱間距為4.5 m，每隔1.5 m將小車軌道與“工”字型角鋼框架用螺栓連接起來(lái)，以增加軌道的剛度和抗撞能力，避免小車軌道容易產(chǎn)生位移?；|線懸吊立柱結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3。
4）集電小車：集電小車及配電箱進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)，小車前后加防撞鋼梁，以保護(hù)配電箱和電纜，見(jiàn)圖4。
5）其他：由于集電小車主體在滑觸線一側(cè)運(yùn)行，在T型架頂部安裝防雨防曬尼龍護(hù)板，側(cè)面安裝金屬護(hù)板，起到定位反射板和安全護(hù)板雙重作用。
2.2 RTG機(jī)上改造方案[2]
本次改造的37臺(tái)RTG動(dòng)力均為柴油內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)交流發(fā)電機(jī)組供電，電壓等級(jí)為460 VAC，電機(jī)驅(qū)動(dòng)電壓為380～420 VAC。通過(guò)對(duì)RTG的改造，可實(shí)現(xiàn)將高壓市電轉(zhuǎn)化為低壓440 V交流電，并通過(guò)低架安全滑觸線和集電小車輸送給RTG。機(jī)上改造方案包括以下4個(gè)方面:
1）供電電源：改造完成后，RTG上具備2套供電電源，即柴油-發(fā)電機(jī)組供電和市電供電。兩套電源通過(guò)安裝在RTG機(jī)房?jī)?nèi)的電源切換裝置自動(dòng)切換。在電源切換裝置中加裝一套接觸器電器和機(jī)械互鎖保護(hù)裝置，以保證供電電源的**性。另外，加裝通電延時(shí)時(shí)間繼電器（1S），以保證在供電電源電壓穩(wěn)定后接觸器才吸合。
2）在RTG大車電氣房側(cè)與發(fā)動(dòng)機(jī)側(cè)分別安裝市電供電電源插座和電源切換裝置，以保證RTG轉(zhuǎn)場(chǎng)靈活。因發(fā)動(dòng)機(jī)側(cè)的市電供電線路和柴油-發(fā)電機(jī)組供電線路需共用大梁內(nèi)的動(dòng)力供電線路，所以電氣房側(cè)的電源切換裝置與發(fā)動(dòng)機(jī)側(cè)的電源切換裝置為兩極安裝。在市電電源突發(fā)停電故障時(shí)，可不用插拔供電插頭，直接使發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)組供電，保證RTG作業(yè)效率及安全運(yùn)行。
3）RTG大車行走自動(dòng)糾偏及安全停止保護(hù)系統(tǒng)：在RTG的兩側(cè)分別加裝一組信號(hào)糾偏處理器和停止處理器，當(dāng)大車行走出現(xiàn)跑偏時(shí)，糾偏處理器會(huì)發(fā)出信號(hào)，PLC系統(tǒng)根據(jù)收到信號(hào)自動(dòng)調(diào)節(jié)大車行走機(jī)構(gòu)兩電機(jī)間速度差，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)糾偏。
4）集電小車的自動(dòng)接駁：采用集電小車自動(dòng)接駁系統(tǒng)以提高電動(dòng)RTG的轉(zhuǎn)場(chǎng)效率。自動(dòng)接駁系統(tǒng)的基本原理：取電時(shí)，連接在RTG上的接駁裝置將集電小車水平推出，使小車壓靠在取電支架的導(dǎo)板上，RTG前進(jìn)帶動(dòng)集電小車前進(jìn)，小車在一塊設(shè)在取電支架上的斜導(dǎo)向板的作用下依靠前進(jìn)力產(chǎn)生一個(gè)向上的分力，抬升到預(yù)定高度，實(shí)現(xiàn)小車入軌，集電器碳刷再通過(guò)一個(gè)喇叭形的引導(dǎo)口導(dǎo)入滑觸線內(nèi)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)取電；反之實(shí)現(xiàn)自動(dòng)斷電。RTG兩側(cè)各安裝1臺(tái)集電小車及附屬供電纜、接駁裝置及測(cè)距定位系統(tǒng)。
3 地面供電系統(tǒng)改造方案
經(jīng)測(cè)算，前灣二、三期工程現(xiàn)有的中心配電所容量有余量，能夠滿足E-RTG增加的用電負(fù)荷，無(wú)需擴(kuò)容。
本次改造中二期工程共有20個(gè)箱區(qū)設(shè)E-RTG滑觸線，設(shè)置3臺(tái)容量為1 000 kVA的箱變。其中2臺(tái)箱變分別為9條滑觸線供電，1臺(tái)箱變?yōu)?條滑觸線（含已改造完成的4條）供電，每條滑觸線按2臺(tái)同時(shí)作業(yè)設(shè)置。改造完成后，將從附近的11#中心變電所將6 kV市電由箱變轉(zhuǎn)化成為低壓440 V
交流電，然后通過(guò)低架剛性安全滑觸線和集電小車輸送給RTG。
三期工程共有25個(gè)箱區(qū)設(shè)E-RTG滑觸線，設(shè)置5臺(tái)箱變，其中3臺(tái)箱變?nèi)萘繛? 600 kVA、2臺(tái)箱變?nèi)萘繛?00 kVA。1 600 kVA 箱變中的2臺(tái)分別為6條滑觸線供電，1臺(tái)為7條滑觸線供電；2臺(tái)800 kVA箱變分別為3條滑觸線供電，每條滑觸線可按3臺(tái)E-RTG同時(shí)作業(yè)設(shè)置。改造完成后，將從附近的17#，18#中心變電所將6 kV市電由箱變轉(zhuǎn)化成為低壓440 V交流電，然后通過(guò)低架剛性安全滑觸線和集電小車輸送給RTG。
4 工程改造節(jié)能效果
RTG采用柴油發(fā)電機(jī)組提供動(dòng)力，其工作模式為間歇式（據(jù)青島港統(tǒng)計(jì)，RTG發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后，真正用于裝卸作業(yè)的時(shí)間只有41.5%，其它58.5%的時(shí)間為空耗，1臺(tái)RTG每小時(shí)空耗的柴油達(dá)15～15.5 L），存在能耗高、運(yùn)行成本高、污染重、空耗大等缺點(diǎn)。按青島地區(qū)當(dāng)前柴油、電力價(jià)格計(jì)算， RTG柴油發(fā)電機(jī)組的發(fā)電成本比直接使用市電供電要高3倍以上；另外，柴油發(fā)電機(jī)組工作時(shí)產(chǎn)生的廢氣、噪聲以及油、水等泄漏，使港口環(huán)境受到了較大的污染。以青島港為例，2010年青島港的集裝箱吞吐量為1 021萬(wàn)TEU，如果全部是柴油RTG操作，將至少消耗柴油1 400萬(wàn)L，燃燒后將至少排放CO23.8萬(wàn)t，SO2105 t。
從2006年7月起，青島港對(duì)前灣集裝箱堆場(chǎng)RTG進(jìn)行了分期改造。目前，該技術(shù)已在青島港獲得規(guī)?；瘧?yīng)用。青島港已投資6 387萬(wàn)元完成了85個(gè)箱區(qū)、69臺(tái)RTG的電動(dòng)化改造；截至2010上半年，該技術(shù)改造已為青島港累計(jì)節(jié)約能源費(fèi)支出7 096萬(wàn)元，減少CO2排放4.5萬(wàn)t以上，SO2排放124 t以上，節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤近1萬(wàn)t，取得了良好的投資效益和社會(huì)效益。
本次改造45個(gè)箱區(qū)和37臺(tái)輪胎吊，將使前灣港區(qū)二期、三期碼頭的前沿集裝箱堆場(chǎng)全部改造為可電動(dòng)化作業(yè)場(chǎng)區(qū)；集裝箱柴油RTG全部改造為E-RTG。本項(xiàng)目實(shí)施后，青島港前灣港區(qū)每年將再減少柴油消耗421萬(wàn)L左右，扣除新增的耗電量691萬(wàn)kWh，每年節(jié)約標(biāo)煤約2 863 t左右，具有非常好的節(jié)能效果。
本工程實(shí)施后，前灣港區(qū)二期、三期碼頭的前沿集裝箱堆場(chǎng)全部改造為可電動(dòng)化作業(yè)場(chǎng)區(qū)；集裝箱柴油RTG全部改造為E-RTG。改造完成后，前灣港二、三期碼頭的集裝箱堆場(chǎng)作業(yè)，僅能源費(fèi)支出每年將節(jié)約3 500萬(wàn)元以上，加上其他省去的費(fèi)用，如大功率柴油機(jī)組維修費(fèi)、保養(yǎng)費(fèi)等，每年還可節(jié)約1 200萬(wàn)元以上， 總計(jì)每年可節(jié)約4 700萬(wàn)元以上，投資效益十分顯著。
