岸邊集裝箱起重機功率因數提升設計探析

黃昌龍

摘要：隨著經濟社會的不斷發展，我國的港口碼頭運輸行業也處在一個新的大發展時期，集裝箱的數量不斷增多，工作量的加大也對與之配套的起重機性能提出了更嚴格的標準。以往，工作人員普遍從控制碼頭商戶用電功率的角度進行控制，并將功率因數作為重要的衡量標準，用于考查和評價用戶獲得經濟補償的參考依據。可見，功率因數是用電效率較為準確的反映，如果因數未達到標準值，也會對起重機等設備的正常使用帶來一定程度的影響。對此，筆者根據理論研究與實踐驗證，認為可嘗試運用無功分量分流的手段來提高功率，排除一般情況以外，根據需要設置參數補償，這樣便能夠在大型港口貨物運輸與裝卸中發揮重要作用。實施后，功率因數將得到大幅提升，對電能運用的效率也隨之提高，此項措施具有較大的可行性。

關鍵詞：岸橋；集裝箱；起重機；功率因數；提升設計

引言

電力設備的正常運轉除了取決于自身的質量和性能外，對電壓和功率的依賴也較大。穩定的電力壓力及適當的功率可有效保證電力設備運轉符合正常標準，能夠維護與提高生產活動的安全系數。一線工作人員對無功電力影響電能的重要作用毫不質疑，恰當處理對于無功的補償問題，可以明顯提高電能的使用質量，并能在技術層面確保大型設備運行的低故障率。具體來說，工作人員可以設置一套體積較小、設計不要過于復雜且操作簡便的功率因數補償設備，來實現對橋吊功率的改善和優化。此類補償柜可以靈活根據承載工作量的變化而調整自身補償工作狀態，通過自身設置的控制裝備來切換補償能量的投入或停止狀態，實現無功消耗總能夠持續在較低的水平。這樣，電壓便能夠更為穩定，且電能在傳輸的過程中消耗較小，最終達到理想的補償目的。

1 功率因數補償方案設計

功率因數在一定程度上反映了對電源的使用效率。因數達到正常標準值以上，說明該工作對電力資源的使用效率實現最優化，而如果控制好輸出功率及電壓，使之保持不變，那么功率因數越高，則表示電流輸出量越小，從而實現電力傳輸過程中的無謂消耗。當前，行業普遍采用因數較低的感性負載手段，其功率因數在0.8左右，未能實現較高水平的減少能源損耗。對于因數未能達到較高水平的原因，主要由于電流還可以運用無功分量的形式進行傳輸。無功分量主要的作用在于電量的傳輸和交換，發揮中介作用。功率因數與無功分量呈反比例關系，如果必須確保無功分量值，但又想提高功率，則需采取更為直接的措施。從交流電傳輸路徑來看，電感和電容兩種傳輸位置正好相反，因此如果一方需要無功分量，那么則會選擇另一方來提供，反之亦然。工作人員如果將電容器和電感并聯，那么支持電動設備的運行主要依靠電容設備，有功分量則自然依賴于電源，這種分配方式不僅能夠有效維護設備的運行安全，還大大減少了電流在傳輸過程中的損耗，實現了較高質量的預期效果。

上述改造的具體差異和對比如圖所示。

（a）改造前? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（b）改造后

圖1：功率因數補償改造前后示意圖

2 補償裝置設計

基于市場實地調研，同時結合理論支持，筆者最終確定選擇設備制造行業經驗豐富的生產企業，承接功率因數補償設備的生產工作，并將TBB（Z）系列及TBBX（Z）系列理論技術應用到實際設備中，首次投放于起重機領域。

2.1 設計特點

此類設備通過電容器對功率進行補償，主要用于電壓較低的網絡中，從而實現功率的提升。在提升功率的同時，還可最大限度降低能量的損耗，從而提升電源的使用效率。設備通過智能化的中央控制設備，隨時自行控制電容設備對電量的傳輸和切斷，從而一直將無功消耗維持在較低的水平。此類控制技術可通過事先編程來設定，安裝調試簡單方便。

2.2 使用條件設計

設計類型可參考起重機的一般運行環境：

（1）環境溫度：-25℃~40℃（室內TBB（Z）型）、-40℃~50℃（室外TBBX（Z）型）；

（2）相對濕度：不超過90%；

（3）周圍環境：氣體中不含有腐蝕性或導電性，周圍無易燃等威脅安全的物質存在；

（4）海拔高度：不超過2 000 m；

（5）安裝地點：保證傾斜角度在5°以內，并妥善安置，不可隨意挪動。

2.3 技術參數設計

若想普遍適用于集裝箱起重機的應用，需達到下列指標：

（1）額定電壓：400 V、440 V；

（2）額定頻率：50 Hz；

（3）額定補償容量：40、45、50、60、70、80、100 kvar；

（4）運行電壓范圍：0.8～1.1Un（Un為額定電壓）；

（5）電容器接線方式：△型；

（6）測量誤差：電壓±0.5%，電流±1.0%，無功±1.0%；

（7）投切方式：自動循環投切；

（8）投切延時：1~999 s，可調；

（9）最大允許過電流：1.30In（In為額定電流）；

（10）功率因數設置：感性0.7~容性0.7。

3 應用

港口環境適用于創新式改造實驗，且橋吊的普遍功率偏低，亟需進行優化改善。

3.1 補償柜選型

根據具體的岸橋指標數據進行功率補償的計算

（1）

其中，——補償前功率因數；

——補償后功率因數；

——實際負荷功率，k W；

——補償容量，kvar。

計算得出每臺岸橋補償容量需40 kvar。進而依照裝置的參數值確定設備的類型，最終確定將TBB-Z 0.4~40 kvar型號的設備投入使用。

3.2 補償柜應用效果評估

待設備型號確定后，便可進行后續的安裝與調試工作，使設備性能能夠在工作環境中得到最優化發揮。

功率因數 補償電容投切總數/組

高壓側 0.99 7

低壓側 0.99

表1：某橋吊功率補償測試數據

注1：“高壓側”表示的是設備高壓進線設備測量得出的功率因數；“低壓側”表示副變二次側儀表測量得出的該數據。

注2：測試的結果為補償電容在使用后趨于穩定的功率因數。

注3：所得數據都是指主電控在非工作狀態，照明燈開啟的情況下測試出的功率因數，以及補償電容投切總數。

綜上數據表明，補償柜可以顯著提高功率因數，且降低能量損耗，達到

可以看出，加裝后，功率因數明顯比原來提高很多，損耗僅1%左右，符合有關要求。

4? 結束語

功率因數過低的問題在岸橋中普遍存在，有些碼頭時常被當地電力部門罰款，受到嚴重困擾。本文介紹了功率因數補償的基本原理，設計了功率因數補償裝置，最后理論結合實際，將該裝置應用于實際岸橋項目中，使得平均功率因數維持在0.99左右，顯著提高了電能使用效率，滿足了電力部門的要求。設計思想可供相關企業借鑒。

參考文獻：

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