龍門吊油改電項(xiàng)目電力電氣設(shè)計(jì)

紀(jì)天平

（廈門國(guó)際貨柜碼頭有限公司，福建廈門 361026）

0 引言

傳統(tǒng)RTG 起重機(jī)是采用柴油發(fā)電機(jī)作為動(dòng)力電源進(jìn)行生產(chǎn)，存在著嚴(yán)重廢氣污染環(huán)境，能耗大等缺點(diǎn)。為適應(yīng)“綠色港口”發(fā)展要求，達(dá)到節(jié)能減排、科學(xué)發(fā)展，同時(shí)優(yōu)化產(chǎn)業(yè)能源結(jié)構(gòu)、降低企業(yè)經(jīng)營(yíng)成本，廈門國(guó)際貨柜碼頭有限公司進(jìn)行RTG 油改電項(xiàng)目改造，即RTG 采用滑觸線提供的市電作為生產(chǎn)動(dòng)力電源，在堆場(chǎng)內(nèi)裝卸集裝箱。柴油發(fā)電機(jī)組供電作為轉(zhuǎn)場(chǎng)用動(dòng)力電源。

油改電項(xiàng)目電力電氣改造的內(nèi)容包括:在堆場(chǎng)內(nèi)設(shè)置低空滑觸線，RTG 海陸側(cè)各安裝一臺(tái)集電自動(dòng)小車，并對(duì)RTG 電氣進(jìn)行改造；改造后使用市電的RTG 稱為電動(dòng)龍門吊起重機(jī)（稱為ERTG），它有可靠的聯(lián)鎖和安全保護(hù)功能、便捷的集電小車，能保證其安全生產(chǎn)作業(yè)。

1 集電低空滑觸線結(jié)構(gòu)組成

廈門國(guó)際貨柜碼頭有限公司經(jīng)過多方考察分析論證，綜合技術(shù)、安全性能、經(jīng)濟(jì)等方面的比較，結(jié)合公司實(shí)際生產(chǎn)情況，采用低空滑觸線（高約3 m，電壓690 V）方案，其主要由鋼結(jié)構(gòu)、滑觸線、喇叭口、自動(dòng)集電小車等組成?；|線端部鋼結(jié)構(gòu)如圖1 所示，頭尾兩端設(shè)置對(duì)位區(qū)和喇叭口，對(duì)位區(qū)是ERTG 集電小車進(jìn)出滑觸線的地方。

1.1 鋼結(jié)構(gòu)

分布于箱區(qū)側(cè)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(qū)提供電源。鋼結(jié)構(gòu)之間用25 mm2的銅導(dǎo)線連接，在滑觸線側(cè)做接地線，接地電阻小于3 Ω，起到安全防雷保護(hù)。

1.2 滑觸線

滑觸線為4 根，三相動(dòng)力線加一根零線，單層分布形式，滑觸線通過懸吊架固定于鋼結(jié)構(gòu)上。供電電纜連接滑觸線和地面柜，為滑觸線供電。

圖1 滑觸線端部鋼結(jié)構(gòu)

1.3 喇叭口

喇叭口安裝于每條滑觸線鋼結(jié)構(gòu)兩端，和滑觸線端部平滑聯(lián)接。便于集電小車電位器上的銅刷順暢進(jìn)出滑觸線。

1.4 自動(dòng)集電小車

在ERTG 電氣房測(cè)和柴油機(jī)測(cè)底部各安裝一臺(tái)自動(dòng)集電小車（圖3），通過他上面的銅刷與滑觸線接觸進(jìn)行集電，為ERTG提供市電。

2 滑觸線供電系統(tǒng)配置

堆場(chǎng)內(nèi)共設(shè)置3 個(gè)箱式變電站，負(fù)責(zé)全場(chǎng)滑觸線供電。下面以設(shè)在R5 場(chǎng)的戶外露天工況堆場(chǎng)箱式變電站為例，介紹其電力配置。R5 箱變負(fù)責(zé)H、M、R 三個(gè)堆場(chǎng)24 個(gè)滑觸線箱區(qū)，12 條雙排滑觸線供電。每條滑觸線底下配置一個(gè)供電柜，內(nèi)安置2 套送電電氣，為滑觸處供電，In（額定電流）等于800 A。箱變系統(tǒng)具體包括10 kV 負(fù)荷高壓開關(guān)柜、供電主變壓器、低壓開關(guān)柜、功率因素自動(dòng)補(bǔ)償柜、防雷、接地保護(hù)、空調(diào)和除濕裝置等。

2.1 一次電氣方案圖（圖2）

圖2 一次電氣方案圖

2.2 R5 堆場(chǎng)箱式變電站電氣配置

2.2.1 變壓器配置

（1）變壓器電壓配置。

電壓:初級(jí)為10 kV AC，次級(jí)為690 V AC。

（2）變壓器額定容量配置。

H、M、R 堆場(chǎng)最多安排10 臺(tái)ERTG作業(yè)，單臺(tái)作業(yè)時(shí)最高功率為400 kV·A，用電設(shè)備的總額定容量Pn∑為4000 kV·A，取需用系數(shù)KX為0.4。變壓器額定容量計(jì)算公式如式（1）:

變壓器額定容量定為1600 kV·A。

2.2.2 高壓開關(guān)柜配置

①型號(hào)為KYN28A-12；②主母線規(guī)格為TMY-60×6；③一次額定電壓10 kV；④控制電壓AC220 V；⑤高壓額定電流In=125 A；⑥額定開斷電流25 kA；⑦動(dòng)穩(wěn)定電流63 kA；⑧柜體外形尺寸:800×1500×2300；⑨接地母線:TMY-40×4，接地電阻2.7Ω；⑩避雷器型號(hào)為HY5WS-17/50，3 個(gè)；斷路器手車:VD4/Z-12/630-25 A；微機(jī)保護(hù)裝置:PMF-690 A。

2.2.3 低壓開關(guān)柜配置

R5 場(chǎng)箱變內(nèi)設(shè)置1 個(gè)總低壓開關(guān)柜，型號(hào)為XJDW1-2000M/3P。12 個(gè)低壓開關(guān)分柜，型號(hào)為XJDW1-2000M/3P，負(fù)責(zé)24 個(gè)箱區(qū)內(nèi)供電。具體參數(shù)設(shè)置如表1 所示。

2.2.4 高壓電纜

公司供電站到箱變高壓電纜，長(zhǎng)度1180 m，地下穿管連接。為使供配電系統(tǒng)能安全、可靠、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行，參照我國(guó)規(guī)定的經(jīng)濟(jì)電流密度Jec（A.mm-2）表，導(dǎo)線材料為銅線，年負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)大于5000 h 時(shí)Jec 為1.75，電纜截面規(guī)格具體計(jì)算如式（2）、（3）、（4）。線路電壓損耗計(jì)算見公式（5）、（6）、（7）、（8）。最終采用YJV22 -10 kV-3×70 mm2的鎧裝高壓電纜。

表1 XJDWI 智能型萬(wàn)能式斷路器參數(shù)設(shè)置

（1）電纜型號(hào)。

因高壓電纜安放在地下電纜溝內(nèi)，選用聚氯乙烯護(hù)套電力鎧裝高壓電纜（YJV22 -10 kV），它符合抗潮濕環(huán)境及電壓等級(jí)為10 kV 的要求。

（2）電纜截面選擇。

選擇電纜截面為70 mm2的鎧裝高壓電纜。

（3）電纜的阻抗。

其中ρ 為導(dǎo)體電阻率，L 為導(dǎo)體長(zhǎng)度，S 為導(dǎo)體橫截面積。

R=0.017 2（銅）×1180/70=0.289 9 Ω;

（4）電纜的電抗。

6～10 kV 電纜的電抗Xo 為0.08 Ω/km。

（5）線路電壓損耗計(jì)算。

ΔU%小于線路額定電壓的5%，符合高壓配電線路規(guī)范要求[1]。

2.2.5 低壓電纜

R5 場(chǎng)箱變低壓開關(guān)分柜到滑觸線供電柜的電纜，距離150 m 以內(nèi)。采用2 條YJV22-1KV-3×150 mm2+1×70 mm2的電纜，一條負(fù)責(zé)提供一個(gè)箱區(qū)滑觸線的供電。

3 RTG 電氣改造

①增加一個(gè)高低壓電氣柜，進(jìn)行市電和柴油發(fā)電機(jī)的電源轉(zhuǎn)換；②增加一臺(tái)電力變壓器，額定容量為450 kV·A，輸入電壓:690 VAC，輸出電壓:各RTG 原來的電壓；③恢復(fù)聯(lián)動(dòng)臺(tái)上柴油發(fā)動(dòng)機(jī)遠(yuǎn)程操作功能；④增加兩側(cè)激光防撞、減速限位裝置；⑤加裝RTG 防撞滑觸線的PLC 程序保護(hù)；⑥增加柴油機(jī)房側(cè)、電氣房側(cè)集電小車電氣配置；⑦增加集電小車PLC 電氣控制。

4 集電小車

在ERTG 電氣房測(cè)和柴油機(jī)測(cè)底部各安裝一臺(tái)自動(dòng)集電小車，它使用小功率空氣壓縮機(jī)作為動(dòng)力。其伸縮氣缸控制兩側(cè)臂機(jī)構(gòu)伸縮，升降氣缸控制上下滑動(dòng)小車升降，鎖緊氣缸控制整個(gè)機(jī)構(gòu)處于上鎖或解鎖兩種狀態(tài)。小車上共安裝8 個(gè)集電器，8 個(gè)集電器單層安裝。小車外側(cè)安裝有多個(gè)感應(yīng)開關(guān)，用于檢測(cè)小車工作狀態(tài)。小車整個(gè)工作工程由SIEMENS PLC 控制。

4.1 自動(dòng)集電小車結(jié)構(gòu)圖（圖3）

圖3 自動(dòng)集電小車結(jié)構(gòu)圖

4.2 自動(dòng)集電小車電氣配置

ERTG 海、陸側(cè)各安裝一個(gè)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(jī)上主PLC 與集電小車PLC，通過小型繼電器點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的方式，進(jìn)行小車工作命令信號(hào)和工作狀態(tài)信號(hào)的交換。

4.2.1 集電小車自動(dòng)工作過程

以陸側(cè)集電小車進(jìn)場(chǎng)為例，分析其自動(dòng)工作過程。在進(jìn)場(chǎng)前，集電小車處于機(jī)構(gòu)鎖緊狀態(tài)，ERTG 大車慢速行進(jìn)到滑觸線端部對(duì)位區(qū)，當(dāng)安裝于機(jī)上的激光開關(guān)對(duì)到滑觸線反光膜時(shí)大車自動(dòng)停止。同時(shí)司機(jī)室“對(duì)位區(qū)指示”燈亮，接著司機(jī)按下“小車伸縮”按鈕，集電小車開始自動(dòng)工作，首先升降氣缸自動(dòng)頂起集電小車，上升到位后鎖緊機(jī)構(gòu)解鎖。接著伸縮氣缸收縮并帶動(dòng)上電小車上的臂架伸出。當(dāng)臂架伸出到位后，升降氣缸自動(dòng)下降，集電小車進(jìn)入引導(dǎo)軌。下降到位后，司機(jī)室“小車伸出”指示燈亮，集電小車自動(dòng)工作完成。司機(jī)操作大車慢速前行，使集電小車由引導(dǎo)軌進(jìn)入軌道，集電器碳刷由喇叭口進(jìn)入滑觸線。繼續(xù)前行到“換電區(qū)”，大車自動(dòng)停止，“換電區(qū)指示”燈亮，司機(jī)將“油龍/電龍”開關(guān)選擇在“電龍”位置，“電龍指示”燈亮，柴油機(jī)遠(yuǎn)程熄火，完成由柴電轉(zhuǎn)換為市電供電，ERTG 接著以市電為動(dòng)力，進(jìn)行正常吊箱作業(yè)。

4.2.2 SIEMENS PLC 程序（圖4）

圖4 集電小車自動(dòng)上升程序

5 改造效果

ERTG 油改電整體項(xiàng)目改造完后，采用市電作業(yè)的ERTG完全消除二氧化硫、氮氧化物、懸浮粒子的排放及發(fā)動(dòng)機(jī)的噪聲，減排效果明顯；發(fā)動(dòng)機(jī)故障可減至最少，發(fā)動(dòng)機(jī)維修費(fèi)用節(jié)省50%左右，大大降低維修成本支出。根據(jù)廈門國(guó)際貨柜碼頭有限公司每月生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，至11 月份，ERTG 油改電項(xiàng)目2017 年度累計(jì)節(jié)能量1640.34 t 標(biāo)準(zhǔn)煤、節(jié)約成本532.012 3萬(wàn)元。使用集電自動(dòng)化控制系統(tǒng)的ERTG 獲得較高的節(jié)能效應(yīng)和環(huán)保效應(yīng)及經(jīng)濟(jì)收益效應(yīng)，適應(yīng)“綠色港口”的發(fā)展要求。

6 結(jié)束語(yǔ)

目前，廈門國(guó)際貨柜碼頭有限公司正在實(shí)施ERTG 無縫轉(zhuǎn)場(chǎng)改造工作，即ERTG 增加一套DSE8620 柴油發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)，他通過參照市電參數(shù)，自動(dòng)調(diào)節(jié)柴油發(fā)電機(jī)組，使其發(fā)出的電在頻率、相序、電壓、相位與市電一致后，自動(dòng)將市電、柴電并網(wǎng)運(yùn)行，接著由司機(jī)進(jìn)行電源切換工作。它保證ERTG 換場(chǎng)全程有電源供應(yīng)，省去電源切換時(shí)機(jī)上電器重新啟動(dòng)的時(shí)間，實(shí)現(xiàn)無縫轉(zhuǎn)場(chǎng)。使用集電自動(dòng)控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)無縫轉(zhuǎn)場(chǎng)，提高ERTG 生產(chǎn)作業(yè)效率，在近期必將成為集裝箱碼頭自動(dòng)化技術(shù)升級(jí)改造的重點(diǎn)。