“油改電”輪胎式龍門吊電纜卷盤供電系統應用

樓桂龍

據統計，目前全球使用的 6 500多臺集裝箱門式起重機中，輪胎式龍門吊（以下簡稱“輪胎吊”）占 90%以上，是集裝箱碼頭堆場的主力設備，具有轉場作業靈活、工程投資小等優點，廣受港口碼頭的青睞；但是，輪胎吊存在能量轉換效率低、單位能耗大、使用成本高等缺點，且柴油機易產生廢氣、廢油、噪聲等，對環境造成嚴重污染。

近年來，隨著輪胎吊“油改電”技術的實施，傳統柴油機組輪胎吊改用清潔、可靠的電力驅動，這是對傳統柴油機組輪胎吊驅動方式的一項重大技術創新。寧波梅山島國際集裝箱碼頭有限公司率先在寧波-舟山港大規模使用電纜卷盤式輪胎吊，不僅節約能源，降低運營成本，而且減少污染排放，改善作業環境，取得良好的經濟效益和社會效益。

1 “油改電”輪胎吊供電方式

目前，“油改電”輪胎吊供電方式主要有高架滑觸線供電系統、低架滑觸線供電系統以及電纜卷盤供電系統，三者自身要求和技術難點不盡相同，相互很難替代。“油改電”輪胎吊供電技術方案的選取，既要考慮設備施工周期和施工費用，又要結合梅山港區處于雷暴區的實際情況，從而確保輪胎吊在雷暴、臺風天氣下安全可靠。

經過對國內集裝箱碼頭“油改電”輪胎吊供電方式的考察，發現滑觸線供電系統有以下不足：（1）高架滑觸線供電系統的防雷、防風問題存在很大安全隱患；（2）滑觸線及碳刷的維護費用較高；（3）低架滑觸線較高架滑觸線安全，但過場時需要人工操作，導致作業效率降低；（4）高架滑觸線供電系統和低架滑觸線供電系統的基礎投資較大且施工周期較長。

經過充分調研、論證，電纜卷盤供電系統具有以下優點：（1）防風、防雷安全系數高；（2）供電穩定；（3）日常維護費用低；（4）過場時無須人工操作，作業效率較高；（5）基礎設施建設較為簡單，改造費用遠低于滑觸線供電系統。

2 “油改電”輪胎吊電纜卷盤供電系統構成

電纜卷盤供電系統工作原理如下：（1）在輪胎吊門架上安裝電纜卷盤；（2）將電纜卷繞在卷盤上，電纜一端連接輪胎吊并形成整體供電回路，另一端沿輪胎吊行走軌道連接箱區地面供電箱；（3）當輪胎吊行走時，電纜卷盤自動收放電纜；（4）當輪胎吊沿大車跑道梁行走時，電纜卷盤能夠實現正反轉，電纜長度應選擇“400 m”模式以覆蓋左右堆場。

2.1 箱區地面供電箱

箱區地面供電箱由主電源斷路器、快速插拔電源插座、接通電源開關按鈕、指示燈、輔助電源變壓器、熔斷器等組成（見圖1）。箱區地面供電箱的電源電纜通過專用電源插頭連接，注意事項如下。

（1）接通電源：將專用電源插頭插入箱區地面供電箱的快速插拔電源插座中，按壓“合上”按鈕，即接通主電源斷路器。

（2）斷開電源：按壓“斷開”按鈕，將專用電源插頭從快速插拔電源插座中拔出，即斷開主電源斷路器。

（3）主電源斷路器設有失壓、過流、接地跳閘保護以及插頭聯鎖保護裝置，當電源失電時，主電源斷路器立即跳閘并斷開。

2.2 電纜卷盤

電纜卷盤由控制箱和操作按鈕組成，用于連接輪胎吊和箱區地面供電箱的電源電纜。在使用市電為輪胎吊供電的情況下，通過可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）及變頻器控制電纜卷盤隨大車行走機構同步運行；在使用發電機組為輪胎吊供電的情況下，通過PLC控制電纜卷盤不隨大車行走機構運行，但是可以手動操作電纜卷盤收放電纜。電纜卷盤設有電纜過緊或過松以及大車電纜坑位置檢測等保護限位開關，以確保電纜卷盤在大車行走時收放電纜的安全性。

2.3 電源切換箱

電源切換箱由2個主斷路器（市電電源開關和發電機電源開關）、2個主接觸器（市電電源接觸器和發電機電源接觸器）、輔助電源變壓器、熔斷器以及各種聯鎖保護裝置組成。主斷路器設有失壓、過流跳閘保護裝置，在相應電源接通后才接通斷路器電源。主斷路器的互鎖機制確保電源切換箱在任何時刻有且僅有1個主斷路器處于接通狀態，以確保市電電源和發電機電源分時供電。

3 “油改電”輪胎吊電纜卷盤選型

變頻控制系統作用如下：（1）根據電纜卷盤的卷取直徑和安裝高度計算驅動轉矩，將驅動變頻器切換成轉矩控制模式，確保電纜卷盤卷取電纜時處于恒定張力狀態，從而有效避免瞬間沖擊力對電纜造成損傷；（2）每個電纜卷盤均設有編碼器和凸輪限位，以實現電纜滿盤或空盤檢測，并提供終點保護。

緩沖式擺動導纜架（見圖2）作用如下：（1）在大車行走過程中對電纜卷盤收放電纜起導向作用；（2）當電纜受到沖擊力或電纜卷盤收纜力矩過大時，克服彈簧緩沖器所設定的拉力值，有效吸收輪胎吊在啟動、停車時的沖擊載荷，釋放電纜的過張力以保證電纜卷盤安全運行；（3）設有電纜過緊、過松感應開關功能以及大車左行、右行感應開關功能；（4）當經過大車電纜坑中點時，緩沖式擺動導纜架的擺動臂自由擺動以改變電纜方向，同時控制PLC防止電纜卷盤因松纜而停止作業。

4 “油改電”輪胎吊電纜卷盤供電系統應用

4.1 基建設施

寧波梅山島國際集裝箱碼頭有限公司的電纜卷盤式輪胎吊使用電壓為1 kV的市電交流電。由于供電局提供的是10 kV交流電，需要將其轉變為合適的電壓。變壓流程如下：（1）建造變電所，將交流電轉變為1 kV交流電；（2）將1 kV交流電經高壓電纜連接到地面接電箱，并在地面接電箱上設置多個電源插座；（3）輪胎吊通過電源插頭經電纜卷盤上機，并將1 kV交流電經變壓器轉變為合適的電壓供設備使用。

4.2 效益評價

4.2.1 安全效益

電纜卷盤供電系統能夠有效解決輪胎吊防風、防雷問題。此外，由于采用市電供電，電氣設備使用壽命大大延長，設備故障率降低，設備安全隱患減少。

4.2.2 經濟效益

在運行成本方面：按柴油價格8.5元/kg及市電價格0.908元/（kW€穐）計算，傳統柴油機組輪胎吊的單箱油耗成本為1.17 kg€稵EU 1€？.5元€穔g 1≈9.9元/ TEU，電纜卷盤式輪胎吊的單箱電能成本為2.25 kW€？h€稵EU 1€？.908元€罰╧W€穐） 1≈2.0元/TEU，即電纜卷盤式輪胎吊比傳統柴油機組輪胎吊節約單箱運行成本79.8%。結合2015年輪胎吊作業箱量，電纜卷盤式輪胎吊共節約運行成本（9.9元/TEU 2.0元/TEU）€？225萬TEU=1 777.5萬元。

在維保成本方面：傳統柴油機組輪胎吊的年保養成本約25 080元/臺，維修成本約58 200元/臺；電纜卷盤式輪胎吊的年電纜卷盤保養費忽略不計，電纜折舊費約20 000元/臺。由此可見，電纜卷盤式輪胎吊每年可節約維保成本63 280元€誹ā？€？4臺=元。

與傳統柴油機組輪胎吊相比，電纜卷盤式輪胎吊2015年共節約成本約萬元。此外，電纜卷盤式輪胎吊與滑觸線式輪胎吊相比，前者維保成本低，且在防風、防雷方面優勢明顯，過場時無須人工操作，基礎設施建設成本較低且建設周期較短。

4.2.3 社會效益

傳統柴油機組輪胎吊作業時產生大量廢氣、噪聲以及振動污染，司機作業環境較差。經測算，54臺電纜卷盤式輪胎吊全年可減少污染物排放量，極大改善碼頭環境質量；同時，與傳統柴油機組輪胎吊相比，電纜卷盤式輪胎吊作業現場噪聲由90 dB降至60 dB，大大提高司機作業環境的舒適性。

5 結束語

自第一批電纜卷盤式輪胎吊投入使用以來，電氣設備運行穩定，日常維護成本較低，維保時間較短，設備故障率較低，整體效益非常顯著。寧波-舟山港梅山港區電纜卷盤式輪胎吊的大規模成功應用，為國內外新建碼頭提供了良好的借鑒實例，尤其對處于雷暴、臺風高發或建設規模較大的港區，具有很好的參考價值。

（編輯：許玲 收稿日期：2017-05-28）endprint