“油改電”輪胎式龍門吊電纜卷盤供電系統(tǒng)應(yīng)用

樓桂龍

據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前全球使用的 6 500多臺(tái)集裝箱門式起重機(jī)中，輪胎式龍門吊（以下簡(jiǎn)稱“輪胎吊”）占 90%以上，是集裝箱碼頭堆場(chǎng)的主力設(shè)備，具有轉(zhuǎn)場(chǎng)作業(yè)靈活、工程投資小等優(yōu)點(diǎn)，廣受港口碼頭的青睞；但是，輪胎吊存在能量轉(zhuǎn)換效率低、單位能耗大、使用成本高等缺點(diǎn)，且柴油機(jī)易產(chǎn)生廢氣、廢油、噪聲等，對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染。

近年來(lái)，隨著輪胎吊“油改電”技術(shù)的實(shí)施，傳統(tǒng)柴油機(jī)組輪胎吊改用清潔、可靠的電力驅(qū)動(dòng)，這是對(duì)傳統(tǒng)柴油機(jī)組輪胎吊驅(qū)動(dòng)方式的一項(xiàng)重大技術(shù)創(chuàng)新。寧波梅山島國(guó)際集裝箱碼頭有限公司率先在寧波-舟山港大規(guī)模使用電纜卷盤式輪胎吊，不僅節(jié)約能源，降低運(yùn)營(yíng)成本，而且減少污染排放，改善作業(yè)環(huán)境，取得良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

1 “油改電”輪胎吊供電方式

目前，“油改電”輪胎吊供電方式主要有高架滑觸線供電系統(tǒng)、低架滑觸線供電系統(tǒng)以及電纜卷盤供電系統(tǒng)，三者自身要求和技術(shù)難點(diǎn)不盡相同，相互很難替代?！坝透碾姟陛喬サ豕╇娂夹g(shù)方案的選取，既要考慮設(shè)備施工周期和施工費(fèi)用，又要結(jié)合梅山港區(qū)處于雷暴區(qū)的實(shí)際情況，從而確保輪胎吊在雷暴、臺(tái)風(fēng)天氣下安全可靠。

經(jīng)過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)集裝箱碼頭“油改電”輪胎吊供電方式的考察，發(fā)現(xiàn)滑觸線供電系統(tǒng)有以下不足：（1）高架滑觸線供電系統(tǒng)的防雷、防風(fēng)問(wèn)題存在很大安全隱患；（2）滑觸線及碳刷的維護(hù)費(fèi)用較高；（3）低架滑觸線較高架滑觸線安全，但過(guò)場(chǎng)時(shí)需要人工操作，導(dǎo)致作業(yè)效率降低；（4）高架滑觸線供電系統(tǒng)和低架滑觸線供電系統(tǒng)的基礎(chǔ)投資較大且施工周期較長(zhǎng)。

經(jīng)過(guò)充分調(diào)研、論證，電纜卷盤供電系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）防風(fēng)、防雷安全系數(shù)高；（2）供電穩(wěn)定；（3）日常維護(hù)費(fèi)用低；（4）過(guò)場(chǎng)時(shí)無(wú)須人工操作，作業(yè)效率較高；（5）基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)較為簡(jiǎn)單，改造費(fèi)用遠(yuǎn)低于滑觸線供電系統(tǒng)。

2 “油改電”輪胎吊電纜卷盤供電系統(tǒng)構(gòu)成

電纜卷盤供電系統(tǒng)工作原理如下：（1）在輪胎吊門架上安裝電纜卷盤；（2）將電纜卷繞在卷盤上，電纜一端連接輪胎吊并形成整體供電回路，另一端沿輪胎吊行走軌道連接箱區(qū)地面供電箱；（3）當(dāng)輪胎吊行走時(shí)，電纜卷盤自動(dòng)收放電纜；（4）當(dāng)輪胎吊沿大車跑道梁行走時(shí)，電纜卷盤能夠?qū)崿F(xiàn)正反轉(zhuǎn)，電纜長(zhǎng)度應(yīng)選擇“400 m”模式以覆蓋左右堆場(chǎng)。

2.1 箱區(qū)地面供電箱

箱區(qū)地面供電箱由主電源斷路器、快速插拔電源插座、接通電源開(kāi)關(guān)按鈕、指示燈、輔助電源變壓器、熔斷器等組成（見(jiàn)圖1）。箱區(qū)地面供電箱的電源電纜通過(guò)專用電源插頭連接，注意事項(xiàng)如下。

（1）接通電源：將專用電源插頭插入箱區(qū)地面供電箱的快速插拔電源插座中，按壓“合上”按鈕，即接通主電源斷路器。

（2）斷開(kāi)電源：按壓“斷開(kāi)”按鈕，將專用電源插頭從快速插拔電源插座中拔出，即斷開(kāi)主電源斷路器。

（3）主電源斷路器設(shè)有失壓、過(guò)流、接地跳閘保護(hù)以及插頭聯(lián)鎖保護(hù)裝置，當(dāng)電源失電時(shí)，主電源斷路器立即跳閘并斷開(kāi)。

2.2 電纜卷盤

電纜卷盤由控制箱和操作按鈕組成，用于連接輪胎吊和箱區(qū)地面供電箱的電源電纜。在使用市電為輪胎吊供電的情況下，通過(guò)可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）及變頻器控制電纜卷盤隨大車行走機(jī)構(gòu)同步運(yùn)行；在使用發(fā)電機(jī)組為輪胎吊供電的情況下，通過(guò)PLC控制電纜卷盤不隨大車行走機(jī)構(gòu)運(yùn)行，但是可以手動(dòng)操作電纜卷盤收放電纜。電纜卷盤設(shè)有電纜過(guò)緊或過(guò)松以及大車電纜坑位置檢測(cè)等保護(hù)限位開(kāi)關(guān)，以確保電纜卷盤在大車行走時(shí)收放電纜的安全性。

2.3 電源切換箱

電源切換箱由2個(gè)主斷路器（市電電源開(kāi)關(guān)和發(fā)電機(jī)電源開(kāi)關(guān)）、2個(gè)主接觸器（市電電源接觸器和發(fā)電機(jī)電源接觸器）、輔助電源變壓器、熔斷器以及各種聯(lián)鎖保護(hù)裝置組成。主斷路器設(shè)有失壓、過(guò)流跳閘保護(hù)裝置，在相應(yīng)電源接通后才接通斷路器電源。主斷路器的互鎖機(jī)制確保電源切換箱在任何時(shí)刻有且僅有1個(gè)主斷路器處于接通狀態(tài)，以確保市電電源和發(fā)電機(jī)電源分時(shí)供電。

3 “油改電”輪胎吊電纜卷盤選型

變頻控制系統(tǒng)作用如下：（1）根據(jù)電纜卷盤的卷取直徑和安裝高度計(jì)算驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，將驅(qū)動(dòng)變頻器切換成轉(zhuǎn)矩控制模式，確保電纜卷盤卷取電纜時(shí)處于恒定張力狀態(tài)，從而有效避免瞬間沖擊力對(duì)電纜造成損傷；（2）每個(gè)電纜卷盤均設(shè)有編碼器和凸輪限位，以實(shí)現(xiàn)電纜滿盤或空盤檢測(cè)，并提供終點(diǎn)保護(hù)。

緩沖式擺動(dòng)導(dǎo)纜架（見(jiàn)圖2）作用如下：（1）在大車行走過(guò)程中對(duì)電纜卷盤收放電纜起導(dǎo)向作用；（2）當(dāng)電纜受到?jīng)_擊力或電纜卷盤收纜力矩過(guò)大時(shí)，克服彈簧緩沖器所設(shè)定的拉力值，有效吸收輪胎吊在啟動(dòng)、停車時(shí)的沖擊載荷，釋放電纜的過(guò)張力以保證電纜卷盤安全運(yùn)行；（3）設(shè)有電纜過(guò)緊、過(guò)松感應(yīng)開(kāi)關(guān)功能以及大車左行、右行感應(yīng)開(kāi)關(guān)功能；（4）當(dāng)經(jīng)過(guò)大車電纜坑中點(diǎn)時(shí)，緩沖式擺動(dòng)導(dǎo)纜架的擺動(dòng)臂自由擺動(dòng)以改變電纜方向，同時(shí)控制PLC防止電纜卷盤因松纜而停止作業(yè)。

4 “油改電”輪胎吊電纜卷盤供電系統(tǒng)應(yīng)用

4.1 基建設(shè)施

寧波梅山島國(guó)際集裝箱碼頭有限公司的電纜卷盤式輪胎吊使用電壓為1 kV的市電交流電。由于供電局提供的是10 kV交流電，需要將其轉(zhuǎn)變?yōu)楹线m的電壓。變壓流程如下：（1）建造變電所，將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)? kV交流電；（2）將1 kV交流電經(jīng)高壓電纜連接到地面接電箱，并在地面接電箱上設(shè)置多個(gè)電源插座；（3）輪胎吊通過(guò)電源插頭經(jīng)電纜卷盤上機(jī)，并將1 kV交流電經(jīng)變壓器轉(zhuǎn)變?yōu)楹线m的電壓供設(shè)備使用。

4.2 效益評(píng)價(jià)

4.2.1 安全效益

電纜卷盤供電系統(tǒng)能夠有效解決輪胎吊防風(fēng)、防雷問(wèn)題。此外，由于采用市電供電，電氣設(shè)備使用壽命大大延長(zhǎng)，設(shè)備故障率降低，設(shè)備安全隱患減少。

4.2.2 經(jīng)濟(jì)效益

在運(yùn)行成本方面：按柴油價(jià)格8.5元/kg及市電價(jià)格0.908元/（kW€穐）計(jì)算，傳統(tǒng)柴油機(jī)組輪胎吊的單箱油耗成本為1.17 kg€稵EU 1€？.5元€穔g 1≈9.9元/ TEU，電纜卷盤式輪胎吊的單箱電能成本為2.25 kW€？h€稵EU 1€？.908元€罰╧W€穐） 1≈2.0元/TEU，即電纜卷盤式輪胎吊比傳統(tǒng)柴油機(jī)組輪胎吊節(jié)約單箱運(yùn)行成本79.8%。結(jié)合2015年輪胎吊作業(yè)箱量，電纜卷盤式輪胎吊共節(jié)約運(yùn)行成本（9.9元/TEU 2.0元/TEU）€？225萬(wàn)TEU=1 777.5萬(wàn)元。

在維保成本方面：傳統(tǒng)柴油機(jī)組輪胎吊的年保養(yǎng)成本約25 080元/臺(tái)，維修成本約58 200元/臺(tái)；電纜卷盤式輪胎吊的年電纜卷盤保養(yǎng)費(fèi)忽略不計(jì)，電纜折舊費(fèi)約20 000元/臺(tái)。由此可見(jiàn)，電纜卷盤式輪胎吊每年可節(jié)約維保成本63 280元€誹??？€？4臺(tái)=元。

與傳統(tǒng)柴油機(jī)組輪胎吊相比，電纜卷盤式輪胎吊2015年共節(jié)約成本約萬(wàn)元。此外，電纜卷盤式輪胎吊與滑觸線式輪胎吊相比，前者維保成本低，且在防風(fēng)、防雷方面優(yōu)勢(shì)明顯，過(guò)場(chǎng)時(shí)無(wú)須人工操作，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)成本較低且建設(shè)周期較短。

4.2.3 社會(huì)效益

傳統(tǒng)柴油機(jī)組輪胎吊作業(yè)時(shí)產(chǎn)生大量廢氣、噪聲以及振動(dòng)污染，司機(jī)作業(yè)環(huán)境較差。經(jīng)測(cè)算，54臺(tái)電纜卷盤式輪胎吊全年可減少污染物排放量，極大改善碼頭環(huán)境質(zhì)量；同時(shí)，與傳統(tǒng)柴油機(jī)組輪胎吊相比，電纜卷盤式輪胎吊作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)噪聲由90 dB降至60 dB，大大提高司機(jī)作業(yè)環(huán)境的舒適性。

5 結(jié)束語(yǔ)

自第一批電纜卷盤式輪胎吊投入使用以來(lái)，電氣設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，日常維護(hù)成本較低，維保時(shí)間較短，設(shè)備故障率較低，整體效益非常顯著。寧波-舟山港梅山港區(qū)電纜卷盤式輪胎吊的大規(guī)模成功應(yīng)用，為國(guó)內(nèi)外新建碼頭提供了良好的借鑒實(shí)例，尤其對(duì)處于雷暴、臺(tái)風(fēng)高發(fā)或建設(shè)規(guī)模較大的港區(qū)，具有很好的參考價(jià)值。

（編輯：許玲 收稿日期：2017-05-28）endprint