門機起升系統能量回饋利用改進

摘要：門座式起重機以其較高的裝卸能力和通用性能，在許多港口、碼頭的應用十分廣泛。起升機構占有整個作業流程的大部分環節，起升電機在重載下降過程中產生的回饋能量是非常巨大的，如果能夠將這部分回饋能量進行回收，并回饋到電網中去，可以提高電網電壓的穩定性，實現節能的目的。

關鍵詞：門機起升；能量回饋；門座式起重機

中圖分類號：TH213 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）16-0107-02

1 立項背景

節能降耗作為目前經濟發展的主流趨勢，日益得到了廣泛地重視。我港作為省“雙30”重點企業，承擔著較重的節能減排任務。對于雜貨港務分公司來講，現有的26臺門座式起重機屬于高耗能生產設備，每臺門座式起重機年均耗電約在14萬度左右，在作業過程當中由電機產生的回饋能量十分可觀，具有較好的回收利用潛力。

2 總體思路

我們準備在起升機構增加回饋能量回收裝置，將回饋能量回收后反饋回電網，一是可以穩定電網總體電壓，提高供電質量；二是可以節約電能，降低單機能耗。

3 具體技術方案

保留原有起升機構的支持、開閉電氣柜中制動單元、制動電阻回路，增加一面回饋單元電氣柜，支持、開閉變頻器的直流母線接至回饋單元入口，回饋單元出口接至電源柜電網，實現能量回饋。回饋單元的啟動電壓設置要小于制動單元，在產生回饋能量時，回饋單元首先進行啟動工作，將電能從直流母線回饋到電網，當瞬時回饋能量較大時，多余部分將從制動單元、制動電阻上消耗，保證系統的安全。

實施具體的改進技術方案后，回饋裝置的增加，使得變頻器實現了四象限運行。將電機產生的再生電能，通過一系列的變化，能夠以標準的工頻正弦波的形式反饋到電網。該裝置具有完全故障保護功能，同時具備過熱、過電流、短路、故障自診斷及保護輸出功能，因此其使用安全性良好，還能夠實現雙向主動電壓跟蹤，具有良好的制動調整性能，使用更加方便。整套裝置全程經過噪聲過濾，不會污染電網，也不會對其他通訊設備造成干擾。

經過長期的跟蹤觀察和有關數據測量，電網中的設備使用效果良好，達到了預期的目的，具備理論與實踐相結合的推廣性。

4 創新點及關鍵技術

本項技術改進在保留原有控制方式的基礎上，增加了一套新的回饋能量回收裝置。電機產生的回饋能量不再以傳統的熱能直接被浪費掉，將回饋能量返至電網之后，有效提高了電網的穩定性，改善了以往電網的供電質量，有效提高了電能的利用率，降低了單機能耗，具有非常可觀的節能減排效果。

門機起升系統能量回饋利用改進關鍵的技術：（1）使變頻器實現四象限運行，節電率達到了20%；（2）再生能量回饋電網效率達到了97%，增加了電網運行的經濟效益；（3）熱損耗降低到能耗制動的3%以下，降低了電氣房的溫度；（4）有完全故障保護，使用更加安全；（5）具有雙向自動電壓跟蹤，使用更加方便。

5 效益分析

起升機構的支持和開閉使用的2臺電機功率為90kW，均采用132kW變頻器驅動，作業時會頻繁進行上升與下降。以支持電機為例，額定功率90kW，電機工作效率90%，變頻器工作效率95%，滿載恒速時，轉矩工作在額定轉矩的90%，假設其一個工作周期內包括：正向加速時間為2s，正向恒速時間15s，正向減速時間2s，零速時間20s，反向加速時間2s，反向恒速時間15s，反向減速時間2s，一個動作周期為78s，整個動作周期內速度、轉矩、功率呈線性增長或線性衰減趨勢。

在項目實施后，由于電網電壓的穩定性明顯提高，使得門機運行更加平穩，直接減少了門機的故障發生率，有利于門機上各種繼電保護功能的有效運行，降低了因電壓頻繁波動造成的跳閘現象，提高了門機的作業效率，年均可減少電網維修費用3萬余元，提高裝卸效益9萬余元。

綜合估算，在實施回饋能量利用改進方案之后，一臺門機年均可以增加經濟效益16萬余元。

6 門機起升系統能量回饋利用改進項目運行報告

507#門機節能改進設備投入運行后取得了良好的作業及經濟效果。經過一段時間運行測試后，回饋制動改進后的支持開閉電機總節能效率可達30%，整機節能效率可達13.7%，具體計算過程如下：（1）統計時間：5月2日～5月28日；（2）數據：門機作業量；數據來源：雜貨公司機械二隊提供；（3）數據：門機總耗電量；數據來源：507#門機總電表讀數；（4）數據：回饋電量；數據來源：回饋電表讀數。

6.1 整機節能效率

6.2 支持開閉電機節能效率

參考文獻

[1] 洪長江.門座式起重機的運行特點分析[J].中國科技博覽，2011，（14）.

[2] 劉彥良.潘家口主壩雙向門機電氣改造[J].電工技術，2012，（12）.