輪胎式龍門起重機油改電項目電力電氣設計

廈門國際貨柜碼頭有限公司

1 引言

傳統輪胎式龍門起重機(以下簡稱RTG)采用柴油發電機作為動力電源進行生產，存在著污染重、能耗大等缺點。為適應“綠色港口”發展要求，達到節能減排、科學發展，同時優化產業能源結構，降低企業經營成本，廈門國際貨柜碼頭有限公司進行RTG“油改電”項目改造。改造后使用市電的RTG稱為電動輪胎式龍門起重機(以下簡稱ERTG)，具有可靠的聯鎖和安全保護功能、便捷的集電小車，能保證其安全生產作業。

2 集電低空滑觸線結構組成

綜合比較技術、安全性能及經濟等方面因素，結合本公司實際生產情況，采用低空滑觸線(約3 m高，電壓690 V)方案，其主要由鋼結構、滑觸線、喇叭口、自動集電小車等組成。滑觸線端部鋼結構見圖1，頭尾兩端設置對位區和喇叭口，對位區是ERTG集電小車進出滑觸線的地方。

1.鋼結構立柱 2.滑觸線 3.減速板 4.喇叭口 5.道軌 6.反光膜 7.對位板 8.引導軌圖1 滑觸線端部鋼結構簡圖

鋼結構分布于箱區側邊，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，為箱區提供電源。鋼結構之間用25 mm2的銅導線連接，在滑觸線兩側做接地線，接地電阻小于3 Ω，起到安全防雷保護的作用。滑觸線為4根，三相動力線加1根零線，單層分布形式，滑觸線通過懸吊架固定于鋼結構上。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構兩端，和滑觸線端部平滑聯接，便于集電小車電位器上的銅刷順暢進出滑觸線[1]。在ERTG電氣房側和柴油機側底部各安裝1臺自動集電小車，通過其上面的銅刷與滑觸線接觸進行集電，為ERTG提供市電。

3 滑觸線供電系統配置

堆場內共設置3個箱式變電站，負責全場滑觸線供電。以設在R5場的戶外露天工況堆場箱式變電站為例，介紹其電力配置。R5箱變負責H、M、R 3個堆場24個滑觸線箱區，12條雙排滑觸線供電。每條滑觸線下配置1個供電柜，內安置2套送電電器，為滑觸處供電，額定電流為800 A。箱變系統包括10 kV負荷高壓開關柜、供電主變壓器、低壓開關柜、功率因素自動補償柜、防雷、接地保護、空調和除濕裝置等。一次電氣方案圖見圖2。

R5堆場箱式變電站變壓器電壓初級為10 kVAC，次級為690 VAC。H、M、R堆場最多安排10臺ERTG作業，單臺作業時最高功率為400 kVA，用電設備的總額定容量Pn∑=4 000 kVA，取需用系數KX=0.4，則變壓器額定容量P=KxPn∑=1 600 kVA。

圖2 一次電氣方案圖

高壓開關柜型號為KYN28A-12，主母線規格為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，動穩定電流63 kA；柜體外形尺寸為800×1 500×2 300；接地母線規格為TMY-40×4，接地電阻2.7 Ω;避雷器3個，型號為HY5WS-17/50;斷路器手車型號為VD4/Z-12/630-25A；微機保護裝置為PMF-690A。

R5場箱變系統內設置1個總低壓開關柜，型號為XJDW1-2000M/3P；12個低壓開關分柜，型號為XJDW1-2000M/3P，負責24個箱區內供電。具體參數設置見表1。

表1 XJDWI智能型萬能式斷路器參數設置

公司供電站到箱變高壓電纜長度為1 180 m，地下穿管連接。因高壓電纜安放在地下電纜溝內，選用聚氯乙烯護套電力鎧裝高壓電纜(YJV22-10 kV)，它符合抗潮濕環境及電壓等級為10 kV的要求。為使供配電系統能安全、可靠、優質、經濟地運行，參照我國規定的經濟電流密度Jec(A·mm-2)表，導線材料為銅線，年負荷利用小時數大于5 000 h時Jec為1.75,經計算最終采用YJV22-10 kV 3×70 mm2的鎧裝高壓電纜[2]。

R5場箱變低壓開關分柜到滑觸線供電柜的電纜長度為150 m以內，采用2條YJV22-1KV-3×150 mm2+1×70 mm2的電纜，各負責提供1個箱區滑觸線的供電。

4 RTG電氣改造

增加1個高低壓電氣柜，進行市電和柴油發電機的電源轉換。增加1臺電力變壓器，額定容量為450 kVA，輸入電壓690 VAC，輸出電壓與RTG原電壓相同。恢復聯動臺上柴油發動機遠程操作功能。增加兩側激光防撞、減速限位裝置。加裝RTG防撞滑觸線的PLC程序保護。增加柴油機房側、電氣房側集電小車電氣配置。增加集電小車PLC電氣控制。

5 集電小車

在ERTG電氣房側和柴油機側底部各安裝1臺自動集電小車，其使用小功率空氣壓縮機作為動力，伸縮氣缸控制兩側臂機構伸縮，升降氣缸控制上下滑動小車升降，鎖緊氣缸控制整個機構處于上鎖或解鎖2種狀態。小車上共安裝8個集電器，小車外側安裝有多個感應開關，用于檢測小車工作狀態。小車整個工作過程由SIEMENS PLC控制。自動集電小車結構見圖3。

1.伸縮氣缸 2.安裝架 3.門臂架 4.管臂架 5.糾偏輪 6.升降氣缸 7.轉接盒 8.感應開關 9.感應開關 10.頂球 11.行走輪 12.集電器 13.導向輪 14.集電小車 15.鎖緊裝置圖3 自動集電小車結構圖

ERTG海、陸側各安裝1個小型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機上主PLC與集電小車PLC，通過小型繼電器以點對點的方式進行小車工作命令信號和工作狀態信號的交換。

以陸側集電小車進場為例，分析其自動工作過程。在進場前，集電小車處于機構鎖緊狀態，ERTG大車慢速行進到滑觸線端部對位區，當安裝于機上的激光開關對到滑觸線反光膜時，大車自動停止。同時，司機室“對位區指示”燈亮，司機按下“小車伸縮”按鈕，集電小車開始自動工作。升降氣缸自動頂起集電小車，上升到位后鎖緊機構解鎖，伸縮氣缸收縮并帶動集電小車上的臂架伸出。當臂架伸出到位后，升降氣缸自動下降，集電小車進入引導軌。下降到位后，司機室“小車伸出”指示燈亮，集電小車自動工作完成。司機操作大車慢速前行，使集電小車由引導軌進入軌道，集電器碳刷由喇叭口進入滑觸線。繼續前行到換電區，大車自動停止，“換電區指示”燈亮，司機將“油龍/電龍”開關選擇在“電龍”位置，“電龍指示”燈亮，柴油機遠程熄火,完成由柴電轉換為市電供電，ERTG接著以市電為動力，進行正常吊箱作業。

6 結語

ERTG“油改電”整體項目改造完成后，采用市電作業的ERTG可完全消除二氧化硫、氮氧化物、懸浮粒子的排放及發動機的噪聲，減排效果明顯；發動機故障大幅減少，發動機維修費用可節省50%左右，大大降低了維修成本。根據廈門國際貨柜碼頭有限公司每月生產數據統計，ERTG“油改電”項目2017年度累計節能1 640.34 t標準煤，節約成本532萬余元。使用集電自動化控制系統的ERTG可獲得較高的節能環保效應及經濟收益，適應“綠色港口”的發展要求。