RTG油改電技術的實施與實效分析

摘要：以溫州港金洋集裝箱碼頭為例，提出并詳細闡述將碼頭主要生產設備---輪胎式集裝箱門式起重機（簡稱RTG）作業的能源供應方式由柴油發電供電改為由市電供電的實施方案（即“油改電”），并進行RTG“油改電”技術的實效性分析，為今后其他港口同類設備的改造積累寶貴的經驗。

關鍵詞：RTG 油改電技術 方案實施 實效分析

當今世界燃油供應日趨緊張，油價不斷攀高，國際貿易量越來越多，碼頭運營成本中生產設備燃油費用居高不下，為了貫徹落實溫州港集團“十二五”規劃精神，加大節能工作，切實發揮設備的最大效益，必須實行設備的技術改造，以節約能源、減少污染排放、降低運營成本，提高經濟效益。

以溫州港集團下屬的金洋集裝箱碼頭為例，金洋集裝箱碼頭是一家主要經營集裝箱運輸業務的專業化集裝箱碼頭，配有先進的裝卸設備50余臺，其中RTG6臺。近年來，開辟了溫州至上海、寧波的外貿內支線，通過上海和寧波將國際集裝箱中轉至世界各地主要港口，目前已成為溫州港乃至浙南最大的集裝箱集散中心。自碼頭開港以來， RTG是堆場的主力設備之一，它具有行走靈活、作業面積大等優點，但是，RTG由柴油發電機組驅動，經過熱能、機械能多種能量轉換才變成電能驅動作業，能量轉換效率低，造成設備能耗大，燃油成本高。據統計，即使是作業繁忙時，RTG的有效利用時間也只接近30%，而其余近70%的時間基本處于等待吊箱的怠機消耗狀態，空耗現象嚴重。此外，柴油發電還會排放廢氣并發出嚴重的噪音，且后期維護修理成本很高。因此，必須對RTG實行“油改電”技術改造進行分析。

RTG“油改電”技術的實施分析

RTG實行 “油改電”技術改造，改傳統柴油發電驅動為工業電驅動，僅配小功率柴油發電機組提供RTG轉場行走所需電能，改造后既具備軌道式設備環保、能耗低的優點，又可以保持輪胎式設備可靈活轉場的優點。下面就RTG“油改電”技術的實施進行分項分析。

1、主供電方式的改造實施

使用電纜卷盤供電，供電系統由電纜卷盤、控制系統、導纜架、供電電纜、電纜插頭、地面接線箱等各部件組成，當RTG沿堆場跑道行走時，由電纜卷盤的控制系統根據RTG行走時供電電纜上的張力，通過變頻控制來調節電纜卷盤的收放速度，使之與RTG的行走速度相匹配，可最大程度保證供電電纜的安全，RTG裝機功率為350kVA。

供電電纜經導纜架后，可被準確引導進入地面電纜溝，供電電纜也可直接鋪于地面（用水泥條石保護），而無需開挖地面電纜溝。電纜端部通過快速插頭與地面接線箱連接獲得市電，地面接線箱內設置有安全開關，保證所有電纜插頭的插拔操作均在無電的情況下安全完成。

上機供電方式采用電纜卷筒供電方式，RTG的供電從地面接線箱的快速插座引出，另一端通過電纜導向裝置繞到卷盤上，電纜卷筒將低壓電引至機上，然后通過滑環裝置供電，通過電源柜與原驅動電源連接，驅動相應各驅動單元。

電纜卷筒驅動采用變頻電機驅動變頻控制，以適應RTG大車運行速度快的要求。電纜卷筒安裝在電氣房側高度約6m的大梁位置。具體改造如下（改造后的RTG見下圖）：

（1）電纜卷筒

機上電纜卷筒采用變頻電機型式，使用三相交流電機驅動，放置在室外，尾部安裝有編碼器，同時還需要安裝制動器和風機。制動器用于發電機供電時，將電纜卷筒電機抱緊，防止電纜松動。由于電纜卷筒電機長期處于力矩控制狀態下，發熱量較大，所以安裝有軸流式風機對其進行冷卻，保證電纜卷筒的正常控制。

電纜卷筒收放電纜速度在最底層時大于RTG最高速。電纜卷筒布置在柴油機一側，在柴油機房頂上方擴展原有的一個平臺，用于布置電纜卷筒的機構及電纜卷筒，同時布置電纜卷筒控制柜、切換柜、能量反饋柜，平臺的布置保證安全方便。新建平臺采用槽鋼連接而成，擱置在平臺下增加的牛腿上，牛腿與輪胎吊的門架焊接，結構保證安全可靠。

電纜卷筒可選用變頻電機形式的電纜卷筒。變頻電機形電纜卷筒主要由緩沖式導纜架、導向器、動力電纜卷盤、動力驅動裝置、變頻調速控制系統組成。

（2）電纜卷筒控制系統

根據現場情況，電纜放長需保證電纜在收放過程中拉力基本一致，電纜卷筒選用交流變頻電機驅動。電纜卷筒安裝有各種保護：電纜卷滿限位，電纜放空限位、電纜方向限位及電纜過松過緊保護。同時電纜卷筒上安裝有位置凸輪片，配合兩個感應限位（每經過一圈可以記錄一次，使用兩個限位可以根據動作的先后順序得到電纜轉動的方向，實現圈數的加減）可以較為準確的測量電纜的圈數，給定不同的力矩。為了實現對收纜力矩的實時控制，在電纜卷筒控制屏內設有一套RTG 主PLC分站，電纜卷筒變頻器和PLC分站都通過總線與主PLC通訊。處理后根據電纜卷筒凸輪片和感應限位測得的數據，給出一個在變化中的力矩值給到變頻器。

電纜卷筒變頻器具有兩種工作模式：正常收放纜和手動收放纜。在設計時為了簡單進行轉場操作，在RTG下部離地面約1300mm的位置，安裝有電纜卷筒控制箱，控制箱使用不銹鋼材料，室外布置并配有門鎖。控制箱內設有主控開關和收放按鈕隔一個，當柴油機啟動時，可以通過這兩個按鈕實現電纜卷筒電纜的慢速收放，收放速度可根據現場情況進行調整，一般定位額定轉速的20～30%。

電纜卷筒電機帶有變頻器，通過變頻器實現閉環控制。并帶有制動器，不工作時可以保證電纜不致松脫。在電纜卷筒機上安裝有專用放置卡座，當需要轉場時將電纜卷筒收回放置在卡座上；卡座裝有限位，只有當限位動作時，表示電纜已收好，可以進行大車行走及轉場操作。

（3）電源切換系統

在電氣房頂上原有平臺中安裝切換柜，內裝有額定工作電壓為380V的斷路器兩個，額定容量為630A，通過調節到500A左右的保護值，配有電子脫扣器，緊停按鈕和狀態指示燈，切換柜內安裝有電壓繼電器用于檢測柴油機電壓是否達到穩定的狀態，電壓繼電器與柴油機供電斷路器聯鎖。

為了實現市電電源和柴油機電源的切換，安裝有兩個410A帶機械互鎖的接觸器，當市電電源供電的時候，相應的市電回路接觸器自動吸合；當柴油機供電的時候，相應的柴油機回路接觸器自動吸合，保證兩個接觸器不會同時合上，防止短路產生危險。

市電供電接觸器輔點串入機上PLC，在程序中實現連鎖，保證在電力電纜卷筒帶電的狀態下，柴油機組不能做行走動作。在司機室增加按鈕來分斷電纜卷筒斷路器，實現電力拖動狀態下隔離變壓器輸出的電源功能。

電氣房內裝有相序繼電器，用于檢測相序，過電壓和欠電壓。在相序錯誤時，在電源切換屏上顯著位置安裝指示燈，來顯示“相序錯誤”，保證在相許錯誤時不能通電。斷路器配有電子脫扣功能，通過旋鈕調整，能實現過載2.0倍及過流短路4.0倍的跳閘保護功能。屏內裝有三相電壓表和機械式三相電度表，用于測量當前三相電壓和記錄電力拖動時所用電能，同時安裝五位整數機械進位計時器、計數器，可以記錄電力拖動狀態下場橋運行時間，以及市電狀態下場橋工作的集裝箱數。

（4）電源能量回饋系統

當RTG的主起升處于下降狀態時，電機處于發電狀態，所帶的重物勢能轉換為電能，反應在RTG的直流母線上，導致母線電壓升高，在一般情況下，通過電氣系統安裝的制動單元和制動電阻，將多余的電能轉換為熱能消耗。

（5）技術要求

電纜卷筒的電纜選用標稱截面積為125m2-185m2的電纜線。電源由400V變電所提供，每個箱區至機上供電系統采用接線箱進行供電， 在100%負荷時的載流量為800安培，可以供1臺RTG工作，并有電源控制柜進行電氣保護，如過流、過壓、短路、漏電等。

2、RTG轉場能量的執行

市電的RTG進行轉場操作時，首先關閉地面接線箱內的安全開關，切斷與市電連接，拔下與市電連接的快速插頭（插頭的插拔操作均處于無電的情況）。RTG轉換至柴油發電模式，地面操作站將卷盤電纜人工回收到位，即可同普通RTG一樣進行正常的轉場操作。至新場地后再將快速插頭插上本場地接線箱獲得市電，RTG重新轉換至市電模式運行。

RTG“油改電”技術改造的實效分析

采用電纜卷筒的供電系統，這種供電系統經濟、節能、安全，能夠充分滿足RTG在各種惡劣天氣條件下露天作業的要求。改造后的RTG在投入使用后，馬上就顯示出節能、環保方面的優勢。設備故障率大幅度減少;設備保養和維修成本顯著降低；有效降低能源消耗。

1、節省設備運行成本

根據初步的統計數據，目前每TEU的能耗情況為:常規碼頭RTG（堆5過6，起重量40噸）需消耗2～2.2L柴油，使用市電的RTG需消耗2~3度電能。在現有市場油價、電價情況下其單位標箱能耗成本下降約70％，使用市電的RTG具有極強的成本優勢。按目前油價水平測算，改造前，每臺RTG用油平均單耗為6～8元/標準箱，隨著油價不斷攀升，2011年1-2月用油平均單耗達到8～10元/標準箱，而RTG“油改電”后，每臺平均單耗為1.6元/標準箱，還對港區環境保護有較大改善，有效消除因柴油燃燒而產生的二氧化碳的排放，而且還降低了噪音的污染。

2、可轉場，有較強機動性

使用市電的RTG可以像常規RTG一樣進行轉場操作（配約100kw小功率柴油機組用作轉場），通過拔插快速接頭可換場獲得電能，較常規的軌道吊（RMG）機動性強，便于堆場管理和增加堆場操作工藝流程的柔性。

3、實現綠色RTG，無柴油機尾氣污染和噪音

使用市電的RTG在作業過程中柴油發電機組處于關閉狀態，沒有柴油機組尾氣排放和發出的噪音，也沒有柴油機對RTG整機結構造成的振動，RTG司機的操作環境得到極大改善。同時，市電電網較柴油發電機組更穩定，使得RTG操作性得到提高。

4、可靠性高維護工作量小

使用市電的RTG在技術上可以使用較小功率的柴油發電機組代替常規RTG上使用的大功率柴油發電機組，而且由于柴油發電機組的使用頻率大幅降低，僅在轉場時使用，使得柴油機的大修間隔大大延長，RTG可靠性更高且可節省大量維護成本。

5、增加反饋系統可進一步節能

市電RTG若增加電能反饋系統，吊重下降位能可通過逆變單元反饋電網，達總耗電量的20％以上，進一步節省能耗 。

結論

通過以上各項分析，RTG機的電纜卷筒供電方式“油改電”方案符合溫州港集團發展實際，在節約能源、減少排放、改善環境、提高效率、降低成本等方面取得了顯著成效，和其它方法相比具有巨大的優越性。其推廣應用，對建設資源節約型、環境友好型港口企業，實踐科學發展觀，促進社會的和諧發展具有重要意義。

（作者單位：溫州港集團有限公司）