RTG电瓶转场系统升级改造

滕昆

（天津东方海陆集装箱码头有限公司，天津 300456）

轮胎式集装箱龙门起重机（以下简称RTG）是用来进行集装箱堆码作业的起重设备。2010年以前的RTG的动力设备是柴油发电机组，后来由于环保的要求，逐渐采用滑触线供电的方式作业。而RTG不是固定在一块场地的，需要在不同滑触线场地之间运行，在这个转场过程中，我们使用电瓶组为其供电，这就是电瓶转场系统。我公司研究并投入使用此项技术已近8年，由于电瓶属于化工产品，又应用在大功率运动和复杂振动的环境中，因此对此设备系统的整体设计、配件选型、安装调试，以及安全保护都有很高的要求。通过多年应用经验的积累和研究，我们决定对最初的电瓶转场系统升级改造，尤其在安全方面做了大量的改进。

最初的电瓶转场系统，就是在RTG横梁上安装一个电瓶转场房，房内用电瓶架摆放54节200AH，12VDC的电瓶，将所有电瓶串联对设备进行供电。为了市电和电瓶电之间的切换，系统使用大功率交流接触器、继电器和PLC等进行逻辑控制；并使用直流接触器，刀闸熔断器对直流端控制；使用460VAC交流输入充电机对电瓶充电；使用逆变电源提供低压交流辅助用电。控制系统简单直接，安装环境较为粗糙，设计并不完善，经过多年使用，系统老化严重，已经不能满足生产需要。

此次升级改造主要做了以下几个方面的工作，使得电瓶转场系统更加完善，更加合理，更加安全。

1 整体布局升级

电瓶转场房采用电控与电瓶分隔的方式安装，即电瓶转场房整体分成两个空间，中间用防火自动安全门隔开，一边装配整个电控系统，另一边仅安装电瓶使用，如图1所示。这样做的好处主要有以下三点：（1）空间分配明确，避免电控维修保养时，空间混乱，人员误触电瓶端子，造成直流高压触电。（2）电瓶属于化工产品，单独放置，针对性设计排风、自动灭火和房间温控措施。（3）电控装置与电瓶互不干扰，如遇电力火情，独自的灭火系统自动启动，不会引起另外空间火灾。

图1

2 电瓶转场房整体布置

电瓶房间将两侧布置电瓶，中间留过道的方式改为单侧布置电瓶。单侧布置，把电瓶安装架加高，并与房体焊接在一起，这样人员通道和维修空间就增大很多。维修检查电瓶时，维修人员背后不会有电瓶存在，保证人员安全。电瓶安装架加高后，要求电瓶房间内配有专门的绝缘登高梯。而且由于电瓶在房间内偏放，导致房体重心偏离房间中心位较大，因此在原有电瓶转场房的底基基础上，增加两个承重梁，承重梁支撑房体重心，保证RTG运行过程中，房间的绝对稳定。

此系统存在直流最高740VDC的高压，因此要求电控房间内的布置遵循高压低压分离的原则，高压部分作出明显标识，用以警示，避免维修人员低压作业时，误碰高压触电。

3 工艺升级

此次电瓶转场系统升级，根据以往使用经验，在工艺上做了以下几点提高。

（1）电瓶转场房采用整体焊接，6条立柱支撑，整体顶部吊装形式，外墙壁采用5mm厚环氧板，3层油漆喷涂。根据我们的使用经验，房体侧面墙壁不能使用多板拼装，抽拉方式。这种方式虽然便于拆装电瓶，但是无论滑道再坚固，拼装的再紧密，经过长时间振动环境的使用，都会出现不同程度的房体缝隙，不能满足防雨水要求。（2）老设备上，由于机车运行震动较大，长期使用发现电瓶容易与电瓶架之间摩擦，造成电瓶损伤。因此对电瓶架工艺升级，每一个电瓶支撑底托，在钢结构的表层铺一层三元乙丙橡胶，保护电瓶不被钢结构划伤摩伤，并且不与电瓶材料有任何接触性化学反应。（3）电瓶架每一层靠近墙壁处，安装一排PVC线槽，用于铺设电瓶连接电缆以及电瓶检测线。以前设备无此线槽，检测线和电瓶连接电缆混乱，经常造成细小的检测线损坏，造成重复性故障。（4）电瓶架采用与电瓶房顶部和底部完全焊接的形式，减轻机车运行时电瓶架的晃动。（5）电瓶端子接线，必须配有弹性防松扣垫片，接线紧固后，用红色荧光标识笔进行紧固标识。这一点是防止电瓶接线松动而不容易及时察觉造成电打火的危险。（6）空调底部安装冷凝水接盘，并配备引导管排水。这是由于我们设备所属地夏天环境闷热，容易在空调出风口处冷凝结水，对电气设备造成危险。

4 关键器件升级

由于最初进行电瓶转场系统研发时，技术手段并不丰富，技术参数局限性较大，一些关键器件在市场中没有相应的匹配产品，因此使用了一些定制产品，这些产品不同批次质量波动较大，且订购周期较长，对设备的使用和维护影响很大。另外，系统研发之初，直流高压器件很少且技术并不成熟。因此，此次升级改造，对定制型产品和直流高压器件进行了升级。

（1）老设备充电机是某电器厂定制产品，使用范围极小，故障率较高，采购周期长，现升级为艾默生通用型ER75020T充电机。此充电机是大品牌通用产品，采购便捷。它的LED屏对充电电压和充电电流进行实时监控，电压精度达到正负0.5%，电流精度达到正负0.2A，完全满足使用精度要求。充电机自身保护功能非常全面，具体有输入过压保护、输入欠压保护、PFC母线过压保护、PFC母线欠压保护、输出欠压保护、输出过压保护、短路保护、缺相保护、过温保护和风扇报警。另外风扇采用无极调速，模块通过对输出电流和环境温度的综合考虑进行风扇调速控制。此充电机经过较长时间的使用实践，性能稳定，故障率极低，完全符合设备使用要求。（2）为满足技术参数的特殊设置要求，老设备逆变电源是定制产品。新设备各项参数设定更为完善，采用了日本安川CIMR-EB4A0058逆变电源。此产品运行稳定，便于采购，各项保护功能完善，控制精度较高，故障率极低，完全适合电瓶转场系统。另外一个原因是，RTG本身使用的控制产品就是安川变频器和逆变电源，便于统一管理。（3）将直流高压断路器，由原来体积很大的机械式产品升级为ABB品牌S800系列产品，此产品体积相当于原断路器的十分之一，并且性能更为稳定，安装极其方便。（4）将直流高压熔断保护装置，由原来的刀闸式熔断器升级为ABB品牌OS250D04N2K、OS32GD03K和E91/32 PV熔断隔离开关。根据使用经验，刀闸式熔断器使用在此大功率输出的设备中容易产生电弧，改造为ABB熔断隔离开关十分必要。（5）将直流高压接触器，由体积很大的机械式产品升级为ABB品牌GAF185-10-11 DC20-60V和 AF95-30-11 DC20-60V直流接触器，性能稳定可靠，便于安装布置。

5 逻辑控制升级

RTG在仅是电瓶供电情况下，要有以下逻辑限制，避免电瓶过分放电造成不可逆的损坏：RTG主起升系统动作禁止；大梁投光灯处于常闭状态；设置电瓶低电压限制域，并自动启动。

6 安全环境升级。

电瓶转场系统涉及直流高压，并且电瓶属于化工产品，因此使用环境的安全性异常重要，我们做了以下工作。

（1）装配专业的电瓶检测系统，对电瓶组整体电压和电流进行限制。并对每一块电瓶的电压、电流、内阻、温度进行实时监测，显示在液晶显示屏上，如有异常，立即切断电瓶输入输出，并通过外部警报灯进行示警。（2）装配多功能控制型电能表，对电瓶组输入输出功率，电瓶充电电压电流进行检测显示。另外增加控制点，如电瓶充电电压超过电能表设置的限制域，自动切断充电端，对电瓶的过高压充电损伤进行二次保护（一次保护是充电机本身的功能）。（3）增加电瓶组绝缘监测装置，防止绝缘降低，造成电力火灾。（4）在电控房和电瓶房分别设置相应的自动灭火装置。电控房使用火炭管探点式自动灭火器，电路中哪个点起火，火炭管在哪里溶洞，喷射灭火物质进行灭火。电瓶房使用六弗丙烷自动灭火系统，配置有明火探测器，烟雾传感器，泄压阀和排风扇。当发生火灾时，产生明火和烟雾，灭火罐自动释放六弗丙烷气体，填充房体，绝缘并隔绝氧气，以达到灭火作用。（5）老设备的电控启动是靠电瓶组自身电源，直流高压，存在一定的安全隐患。新的设计增加了一块专门的启动电瓶，电压为直流24V，安全可靠。 （6）电瓶房内所有使用的电缆和绝缘地垫都是阻燃产品，降低火灾风险。（7）直流高压器件与低压器件分隔布置，对高压区域用绝缘树脂板进行隔离，并做明显高压标识，降低维修人员高压触电的风险。

以上就是RTG电瓶转场系统升级改造的具体情况，通过此项工作，设备的稳定性和安全性得到了极大的提高，设备管理更加方便统一，有力的保障了设备生产的需求。