码头龙门吊“油改电”技术方案及应用

王琛

碼头龙门吊由吊梁行车、主横梁、托架、支腿、大车以及电气设备等组成，主要采用柴油机组供电方式，存在能耗和运行成本较高等缺点。鉴于此，本文提出码头龙门吊“油改电”技术方案：在龙门吊柴油机房上部中间位置新增电缆卷盘装置，电缆卷盘采用“速度+力矩限制”控制模式;采用干式变压器，以解决龙门吊主变频器电压与市电电压衔接的问题;在辅助电气房内安装电源切换系统、电缆卷盘控制系统及多功能电能表，并在司机室内增加相应的按钮、选择开关和报警指示灯。实践证明，码头龙门吊“油改电”技术方案在降低龙门吊能耗方面效果明显，有利于建设节能型和环境友好型码头，提高能源利用效率和经济效益。

1 码头龙门吊“油改电”技术方案主要内容

码头龙门吊“油改电”技术方案设计思路为：改造龙门吊电缆卷盘控制系统和安川控制系统，采用全变频驱动电缆卷盘供电方案，通过地面设置的电源插座为龙门吊提供动力电源;龙门吊增设变压器，将市电电压转换为适合龙门吊运行的电压，从而实现节能降耗。

1.1 新增电缆卷盘装置

龙门吊柴油机房上的平台采用槽钢等型材构成，电缆卷盘安装在柴油机房上部中间位置，采用全变频驱动方式。电机采用ABB变频调速电机，减速器采用宁波伟隆自产的硬齿面减速器，上机电缆采用进口的阿里斯顿电缆。电缆卷盘采用“热浸锌+油漆”单排螺旋缠绕结构，卷盘缠绕电缆圈数（即大车相对电缆固定点的位置）由编码器拾取，使得变频器输出的扭矩从空盘到满盘呈线性比例关系，此值经过可编程逻辑控制器运算后给定。大车电缆卷盘采取“速度+力矩限制”控制模式，以确保电缆受力处于合理范围内，从而保证电缆跟随大车行走。

电缆卷盘配置的凸轮限位开关可以判断大车空盘、预空盘、预满盘、满盘等4个位置信息：当电缆卷盘控制系统拾取到预空盘和预满盘信息时，大车减速运行，其中，大车在预满盘过坑时减速到10%～ 30%速度运行;当电缆卷盘控制系统拾取到空盘信息时，卷盘只留有2圈电缆，大车紧急停止运行。导缆架配置方向限位、过紧限位和预松缆限位，其中，过紧限位和预松缆限位提高电缆卷盘控制系统的智能性和设备运行的可靠性。[1] 为了保障电缆安全运行，可以通过导缆架限位来判断电缆过紧、电缆过松等故障：若电缆过紧，则大车停止运行;若电缆过松，则须按“复位”按钮后大车才能启动。电缆地面端由拐臂式电缆固定装置固定在地面上，并通过大电流插头与地面线箱的插座连接。电缆卷盘控制系统安装在此新增平台上的电气柜内，变压器、整流回馈逆变单元和电源切换柜等也安装在此电气柜内。新增平台通过直梯与现有电气平台连接，方便工作人员日常维护保养。码头龙门吊电缆卷盘基本参数见表1。

1.2 变压装置改造

龙门吊采用上海华博户外型干式变压器，外部箱体采用304不锈钢制成，型号为SG-400KVA，输入电压为690 V，输出电压分别为400 V、440 V和，容量为400 kVA，防护等级为IP55。变压器二次侧采用多抽头方案，可以有效解决龙门吊上不同主变频器电压与市电电压衔接问题。调整后的变频器主电压和控制电压等级必须有效响应市电电压，变频器参数和硬件方面的修改须建立在带额定负载调试的基础上，调试后各机构变频器达到原有功能要求，满足额定负载下的技术要求。

1.3 电源切换装置及安川控制单元改造

龙门吊电源切换装置采用国际知名品牌大型断路器及接触器，实现柴油机组供电方式与市电供电方式的切换选择。电源切换装置安装在辅助电气房内，具备机械保护和电气互锁保护功能，可防止供电电源冲突。此外，在辅助控制柜内增加安川120系列模块，包括安川120底板、电源、输入模块、输出模块和通信模块等，用于控制卷盘系统。

1.4 辅助电气房内部改造

首先，在龙门吊辅助电气房内部安装一套电源切换系统，主要包括断路器和接触器，以实现柴油机组供电方式与市电供电方式的切换选择，防止供电电源冲突;然后，在辅助电气房内增加西门子S7系列模块，包括底板、电源、输入模块、输出模块和通信模块等，并在辅助控制柜内增设安川120系列模块，用于控制卷盘系统;最后，在辅助电气柜内安装多功能电能表，以记录龙门吊的有功功率、无功功率、三相电压、三相电流、有功用电量、无功用电量以及功率因数等数据，并通过多功能电能表与设备管理系统通信，统计多功能电能表的各项参数。

1.5 司机室改造

为了实现对切换电源等操作的保护及提醒功能，司机室内增加相应按钮、选择开关、报警指示灯等。相关设计改造必须符合现场设备实际使用情况，并尽可能简洁合理，从而最大程度地减少司机误操作。司机室重设小车坦克链电缆，一般选择易格斯专用小车坦克链电缆。司机室增加发动机组电池电源控制开关，并增加发动机全速运行信号的切换条件，确保发动机全速运行后方可由市电供电方式切换至柴油发电机组供电方式。

2 码头龙门吊“油改电”技术方案应用效果

以某码头龙门吊为试验对象，测试龙门吊“油改电”技术方案应用效果。该码头龙门吊型号为LHT100，最大起升质量为40 t，采用频率为50 Hz、电压为380 V的三相交流电源，端梁型号为QH10，电机组成及功率见表2。对该码头龙门吊实施“油改电”，采用阿里斯顿电缆、宁波伟隆硬齿面减速器、西门子S120系列变频器、安川A1000系列变频器和ABB电机组成大车电缆卷盘装置。由见表3可见：“油改电”后龙门吊耗油量比改造前明显减少，节油率达到80%左右。这证明龙门吊“油改电”技术方案节能减排效果明显，符合国家绿色环保政策要求。

3 结束语

码头龙门吊“油改电”不仅有助于降低码头运营成本，提高码头竞争力，而且在消除柴油发电机组噪声污染、减少燃油排放污染、改善龙门吊司机工作环境等方面作用明显。总而言之，码头龙门吊“油改电”既顺应社会经济发展的需要，又为社会节能减排作出贡献，具有显著的经济效益、社会效益和生态效益。

参考文献：

[1] 黄浩. 对KC50-42B龙门吊进行结构连接方式改造[J]. 内燃机与配件，2018（14）：159-160.