1 引言
傳統(tǒng)輪胎式龍門起重機(jī)( 以下簡(jiǎn)稱 ＲTG) 采用柴油發(fā)電機(jī)作為動(dòng)力電源進(jìn)行生產(chǎn)，存在著污染重、能耗大等缺點(diǎn)。為適應(yīng)“綠色港口”發(fā)展要求，達(dá)到節(jié)能減排、科學(xué)發(fā)展，同時(shí)優(yōu)化產(chǎn)業(yè)能源結(jié)構(gòu)，降低企業(yè)經(jīng)營(yíng)成本，廈門國(guó)際貨柜碼頭有限公司進(jìn)行ＲTG“油改電”項(xiàng)目改造。改造后使用市電的 ＲTG稱為電動(dòng)輪胎式龍門起重機(jī)( 以下簡(jiǎn)稱 EＲTG) ，具有可靠的聯(lián)鎖和安全保護(hù)功能、便捷的集電小車，能保證其安全生產(chǎn)作業(yè)。
2 集電低空滑觸線結(jié)構(gòu)組成
綜合比較技術(shù)、安全性能及經(jīng)濟(jì)等方面因素，結(jié)合本公司實(shí)際生產(chǎn)情況，采用低空滑觸線( 約 3 m高，電壓 690 V) 方案，其主要由鋼結(jié)構(gòu)、滑觸線、喇叭口、自動(dòng)集電小車等組成?；|線端部鋼結(jié)構(gòu)見圖 1，頭尾兩端設(shè)置對(duì)位區(qū)和喇叭口，對(duì) 位 區(qū) 是EＲTG 集電小車進(jìn)出滑觸線的地方。鋼結(jié)構(gòu)分布于箱區(qū)側(cè)邊，有 T 型和 L 型之分，固定在地面上用于安裝固定滑觸線、喇叭口等，為箱區(qū)提供電源。鋼結(jié)構(gòu)之間用 25 mm2的銅導(dǎo)線連接，在滑觸線兩側(cè)做接地線，接地電阻小于 3 Ω，起到安全防雷保護(hù)的作用?；|線為 4 根，三相動(dòng)力線加1 根零線，單層分布形式，滑觸線通過懸吊架固定于鋼結(jié)構(gòu)上。供電電纜連接滑觸線和地面柜，為滑觸線供電。喇叭口安裝于每條滑觸線鋼結(jié)構(gòu)兩端，和滑觸線端部平滑聯(lián)接，便于集電小車電位器上的銅刷順暢進(jìn)出滑觸線［1］。在 EＲTG 電氣房側(cè)和柴油機(jī)側(cè)底部各安裝 1 臺(tái)自動(dòng)集電小車，通過其上面的銅刷與滑觸線接觸進(jìn)行集電，為 EＲTG 提供市電。
3 滑觸線供電系統(tǒng)配置
堆場(chǎng)內(nèi)共設(shè)置 3 個(gè)箱式變電站，負(fù)責(zé)全場(chǎng)滑觸線供電。以設(shè)在 Ｒ5 場(chǎng)的戶外露天工況堆場(chǎng)箱式變電站為例，介紹其電力配置。Ｒ5 箱變負(fù)責(zé) H、M、Ｒ3 個(gè)堆場(chǎng) 24 個(gè)滑觸線箱區(qū)，12 條雙排滑觸線供電。每條滑觸線下配置 1 個(gè)供電柜，內(nèi)安置 2 套送電電器，為滑觸處供電，額定電流為 800 A。箱變系統(tǒng)包
括 10 kV 負(fù)荷高壓開關(guān)柜、供電主變壓器、低壓開關(guān)柜、功率因素自動(dòng)補(bǔ)償柜、防雷、接地保護(hù)、空調(diào)和除濕裝置等。一次電氣方案圖見圖 2。
Ｒ5 堆場(chǎng)箱式變電站變壓 器電壓初級(jí)為 10kVAC，次級(jí)為 690 VAC。H、M、Ｒ 堆場(chǎng)*多安排 10 臺(tái)EＲTG 作業(yè)，單臺(tái)作業(yè)時(shí)*高功率為 400 kVA，用電設(shè)
備的總額定容量 Pn∑= 4 000 kVA，取需用系數(shù) KX =0．4，則變壓器額定容量 P= KxPn∑= 1 600 kVA。高壓開關(guān)柜型號(hào)為 KYN28A-12，主母線規(guī)格為
TMY-60×6，一次額定電壓 10 kV，控制電壓 AC220 V，高壓額定電流 In = 125 A，額定開斷電流 25 kA，動(dòng)穩(wěn)定電流 63 kA; 柜體外形尺寸為 800×1 500×2 300;接地母線規(guī)格為 TMY-40×4，接地電阻 2．7 Ω; 避雷器 3 個(gè)，型號(hào)為 HY5WS-17 /50; 斷路器手車型號(hào)為VD4 /Z-12 /630-25A; 微機(jī)保護(hù)裝置為 PMF-690A。Ｒ5 場(chǎng)箱變系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置 1 個(gè)總低壓開關(guān)柜，型號(hào)為 XJDW1-2000M/3P; 12 個(gè)低壓開關(guān)分柜，型號(hào)為XJDW1-2000M/3P，負(fù)責(zé) 24 個(gè)箱區(qū)內(nèi)供電。具體參數(shù)設(shè)置見表 1。
公司供電站到箱變高壓電纜長(zhǎng)度為 1 180 m，地下穿管連接。因高壓電纜安放在地下電纜溝內(nèi)，選用聚 氯 乙 烯 護(hù) 套 電 力 鎧 裝 高壓電纜 ( YJV22-10
kV) ，它符合抗潮濕環(huán)境及電壓等級(jí)為 10 kV 的要求。為使供配電系統(tǒng)能安全、可靠、上等、經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行，參照我國(guó)規(guī)定的經(jīng)濟(jì)電流密度 Jec( A·mm－2
) 表，導(dǎo)線材料為銅線，年負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)大于 5 000 h 時(shí)Jec 為 1． 75，經(jīng)計(jì)算*終采用 YJV22-10 kV 3 × 70mm2的鎧裝高壓電纜［2］。
Ｒ5 場(chǎng)箱變低壓開關(guān)分柜到滑觸線供電柜的電纜長(zhǎng)度為 150 m 以內(nèi)，采用 2 條 YJV22-1KV-3×150mm2+1×70 mm2的電纜，各負(fù)責(zé)提供 1 個(gè)箱區(qū)滑觸線的供電。
4 ＲTG 電氣改造
增加 1 個(gè)高低壓電氣柜，進(jìn)行市電和柴油發(fā)電機(jī)的電源轉(zhuǎn)換。增加 1 臺(tái)電力變壓器，額定容量為 450kVA，輸入電壓 690 VAC，輸出電壓與 ＲTG 原電壓相同。恢復(fù)聯(lián)動(dòng)臺(tái)上柴油發(fā)動(dòng)機(jī)遠(yuǎn)程操作功能。增加兩側(cè)激光防撞、減速限位裝置。加裝 ＲTG 防撞滑觸線的 PLC 程序保護(hù)。增加柴油機(jī)房側(cè)、電氣房側(cè)集電小車電氣配置。增加集電小車 PLC 電氣控制。
5 集電小車
在 EＲTG 電氣房側(cè)和柴油機(jī)側(cè)底部各安裝 1 臺(tái)自動(dòng)集電小車，其使用小功率空氣壓縮機(jī)作為動(dòng)力，伸縮氣缸控制兩側(cè)臂機(jī)構(gòu)伸縮，升降氣缸控制上下
滑動(dòng)小車升降，鎖緊氣缸控制整個(gè)機(jī)構(gòu)處于上鎖或解鎖 2 種狀態(tài)。小車上共安裝 8 個(gè)集電器，小車外側(cè)安裝有多個(gè)感應(yīng)開關(guān)，用于檢測(cè)小車工作狀態(tài)。
小車整個(gè)工作過程由 SIEMENS PLC 控制。自動(dòng)集電小車結(jié)構(gòu)見圖 3。
EＲTG 海、陸側(cè)各安裝 1 個(gè)小型 SIEMENS PLC基站，專門控制集電小車工作，配合 EＲTG“油/電”電源切 換 工 作。EＲTG 機(jī) 上 主 PLC 與 集 電 小 車
PLC，通過小型繼電器以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的方式進(jìn)行小車工作命令信號(hào)和工作狀態(tài)信號(hào)的交換。
以陸側(cè)集電小車進(jìn)場(chǎng)為例，分析其自動(dòng)工作過程。在進(jìn)場(chǎng)前，集電小車處于機(jī)構(gòu)鎖緊狀態(tài)，EＲTG大車慢速行進(jìn)到滑觸線端部對(duì)位區(qū)，當(dāng)安裝于機(jī)上的激光開關(guān)對(duì)到滑觸線反光膜時(shí)，大車自動(dòng)停止。同時(shí)，司機(jī)室“對(duì)位區(qū)指示”燈亮，司機(jī)按下“小車伸縮”按鈕，集電小車開始自動(dòng)工作。升降氣缸自動(dòng)頂起集電小車，上升到位后鎖緊機(jī)構(gòu)解鎖，伸縮氣缸收縮并帶動(dòng)集電小車上的臂架伸出。當(dāng)臂架伸出到位后，升降氣缸自動(dòng)下降，集電小車進(jìn)入引導(dǎo)軌。下降到位后，司機(jī)室“小車伸出”指示燈亮，集電小車自動(dòng)工作完成。司機(jī)操作大車慢速前行，使集電小車由引導(dǎo)軌進(jìn)入軌道，集電器碳刷由喇叭口進(jìn)入滑觸線。繼續(xù)前行到換電區(qū)，大車自動(dòng)停止，“換電區(qū)指示”燈亮，司機(jī)將“油龍/電龍”開關(guān)選擇在“電龍”位置，“電龍指示”燈亮，柴油機(jī)遠(yuǎn)程熄火，完成由柴電轉(zhuǎn)換為市電供電，EＲTG 接著以市電為動(dòng)力，進(jìn)行正常吊箱作業(yè)。
6 結(jié)語
EＲTG“油改電”整體項(xiàng)目改造完成后，采用市電作業(yè)的 EＲTG 可完全消除二氧化硫、氮氧化物、懸浮粒子的排放及發(fā)動(dòng)機(jī)的噪聲，減排效果明顯; 發(fā)動(dòng)機(jī)故障大幅減少，發(fā)動(dòng)機(jī)維修費(fèi)用可節(jié)省 50% 左右，大大降低了維修成本。根據(jù)廈門國(guó)際貨柜碼頭有限公司每月生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，EＲTG“油改電”項(xiàng)目2017 年度累計(jì)節(jié)能 1 640．34 t 標(biāo)準(zhǔn)煤，節(jié)約成本 532萬余元。使用集電自動(dòng)化控制系統(tǒng)的 EＲTG 可獲得較高的節(jié)能環(huán)保效應(yīng)及經(jīng)濟(jì)收益，適應(yīng)“綠色港口”
的發(fā)展要求。
