轮胎式龙门起重机油改电项目电力电气设计

厦门国际货柜码头有限公司

1 引言

传统轮胎式龙门起重机(以下简称RTG)采用柴油发电机作为动力电源进行生产，存在着污染重、能耗大等缺点。为适应“绿色港口”发展要求，达到节能减排、科学发展，同时优化产业能源结构，降低企业经营成本，厦门国际货柜码头有限公司进行RTG“油改电”项目改造。改造后使用市电的RTG称为电动轮胎式龙门起重机(以下简称ERTG)，具有可靠的联锁和安全保护功能、便捷的集电小车，能保证其安全生产作业。

2 集电低空滑触线结构组成

综合比较技术、安全性能及经济等方面因素，结合本公司实际生产情况，采用低空滑触线(约3 m高，电压690 V)方案，其主要由钢结构、滑触线、喇叭口、自动集电小车等组成。滑触线端部钢结构见图1，头尾两端设置对位区和喇叭口，对位区是ERTG集电小车进出滑触线的地方。

1.钢结构立柱 2.滑触线 3.减速板 4.喇叭口 5.道轨 6.反光膜 7.对位板 8.引导轨图1 滑触线端部钢结构简图

钢结构分布于箱区侧边，有T型和L型之分，固定在地面上用于安装固定滑触线、喇叭口等，为箱区提供电源。钢结构之间用25 mm2的铜导线连接，在滑触线两侧做接地线，接地电阻小于3 Ω，起到安全防雷保护的作用。滑触线为4根，三相动力线加1根零线，单层分布形式，滑触线通过悬吊架固定于钢结构上。供电电缆连接滑触线和地面柜，为滑触线供电。喇叭口安装于每条滑触线钢结构两端，和滑触线端部平滑联接，便于集电小车电位器上的铜刷顺畅进出滑触线[1]。在ERTG电气房侧和柴油机侧底部各安装1台自动集电小车，通过其上面的铜刷与滑触线接触进行集电，为ERTG提供市电。

3 滑触线供电系统配置

堆场内共设置3个箱式变电站，负责全场滑触线供电。以设在R5场的户外露天工况堆场箱式变电站为例，介绍其电力配置。R5箱变负责H、M、R 3个堆场24个滑触线箱区，12条双排滑触线供电。每条滑触线下配置1个供电柜，内安置2套送电电器，为滑触处供电，额定电流为800 A。箱变系统包括10 kV负荷高压开关柜、供电主变压器、低压开关柜、功率因素自动补偿柜、防雷、接地保护、空调和除湿装置等。一次电气方案图见图2。

R5堆场箱式变电站变压器电压初级为10 kVAC，次级为690 VAC。H、M、R堆场最多安排10台ERTG作业，单台作业时最高功率为400 kVA，用电设备的总额定容量Pn∑=4 000 kVA，取需用系数KX=0.4，则变压器额定容量P=KxPn∑=1 600 kVA。

图2 一次电气方案图

高压开关柜型号为KYN28A-12，主母线规格为TMY-60×6，一次额定电压10 kV，控制电压AC220 V，高压额定电流In=125 A，额定开断电流25 kA，动稳定电流63 kA；柜体外形尺寸为800×1 500×2 300；接地母线规格为TMY-40×4，接地电阻2.7 Ω;避雷器3个，型号为HY5WS-17/50;断路器手车型号为VD4/Z-12/630-25A；微机保护装置为PMF-690A。

R5场箱变系统内设置1个总低压开关柜，型号为XJDW1-2000M/3P；12个低压开关分柜，型号为XJDW1-2000M/3P，负责24个箱区内供电。具体参数设置见表1。

表1 XJDWI智能型万能式断路器参数设置

公司供电站到箱变高压电缆长度为1 180 m，地下穿管连接。因高压电缆安放在地下电缆沟内，选用聚氯乙烯护套电力铠装高压电缆(YJV22-10 kV)，它符合抗潮湿环境及电压等级为10 kV的要求。为使供配电系统能安全、可靠、优质、经济地运行，参照我国规定的经济电流密度Jec(A·mm-2)表，导线材料为铜线，年负荷利用小时数大于5 000 h时Jec为1.75,经计算最终采用YJV22-10 kV 3×70 mm2的铠装高压电缆[2]。

R5场箱变低压开关分柜到滑触线供电柜的电缆长度为150 m以内，采用2条YJV22-1KV-3×150 mm2+1×70 mm2的电缆，各负责提供1个箱区滑触线的供电。

4 RTG电气改造

增加1个高低压电气柜，进行市电和柴油发电机的电源转换。增加1台电力变压器，额定容量为450 kVA，输入电压690 VAC，输出电压与RTG原电压相同。恢复联动台上柴油发动机远程操作功能。增加两侧激光防撞、减速限位装置。加装RTG防撞滑触线的PLC程序保护。增加柴油机房侧、电气房侧集电小车电气配置。增加集电小车PLC电气控制。

5 集电小车

在ERTG电气房侧和柴油机侧底部各安装1台自动集电小车，其使用小功率空气压缩机作为动力，伸缩气缸控制两侧臂机构伸缩，升降气缸控制上下滑动小车升降，锁紧气缸控制整个机构处于上锁或解锁2种状态。小车上共安装8个集电器，小车外侧安装有多个感应开关，用于检测小车工作状态。小车整个工作过程由SIEMENS PLC控制。自动集电小车结构见图3。

1.伸缩气缸 2.安装架 3.门臂架 4.管臂架 5.纠偏轮 6.升降气缸 7.转接盒 8.感应开关 9.感应开关 10.顶球 11.行走轮 12.集电器 13.导向轮 14.集电小车 15.锁紧装置图3 自动集电小车结构图

ERTG海、陆侧各安装1个小型SIEMENS PLC基站，专门控制集电小车工作，配合ERTG“油/电”电源切换工作。ERTG机上主PLC与集电小车PLC，通过小型继电器以点对点的方式进行小车工作命令信号和工作状态信号的交换。

以陆侧集电小车进场为例，分析其自动工作过程。在进场前，集电小车处于机构锁紧状态，ERTG大车慢速行进到滑触线端部对位区，当安装于机上的激光开关对到滑触线反光膜时，大车自动停止。同时，司机室“对位区指示”灯亮，司机按下“小车伸缩”按钮，集电小车开始自动工作。升降气缸自动顶起集电小车，上升到位后锁紧机构解锁，伸缩气缸收缩并带动集电小车上的臂架伸出。当臂架伸出到位后，升降气缸自动下降，集电小车进入引导轨。下降到位后，司机室“小车伸出”指示灯亮，集电小车自动工作完成。司机操作大车慢速前行，使集电小车由引导轨进入轨道，集电器碳刷由喇叭口进入滑触线。继续前行到换电区，大车自动停止，“换电区指示”灯亮，司机将“油龙/电龙”开关选择在“电龙”位置，“电龙指示”灯亮，柴油机远程熄火,完成由柴电转换为市电供电，ERTG接着以市电为动力，进行正常吊箱作业。

6 结语

ERTG“油改电”整体项目改造完成后，采用市电作业的ERTG可完全消除二氧化硫、氮氧化物、悬浮粒子的排放及发动机的噪声，减排效果明显；发动机故障大幅减少，发动机维修费用可节省50%左右，大大降低了维修成本。根据厦门国际货柜码头有限公司每月生产数据统计，ERTG“油改电”项目2017年度累计节能1 640.34 t标准煤，节约成本532万余元。使用集电自动化控制系统的ERTG可获得较高的节能环保效应及经济收益，适应“绿色港口”的发展要求。