岸邊集裝箱起重機功率因數(shù)提升設(shè)計探析

黃昌龍

摘要：隨著經(jīng)濟社會的不斷發(fā)展，我國的港口碼頭運輸行業(yè)也處在一個新的大發(fā)展時期，集裝箱的數(shù)量不斷增多，工作量的加大也對與之配套的起重機性能提出了更嚴格的標準。以往，工作人員普遍從控制碼頭商戶用電功率的角度進行控制，并將功率因數(shù)作為重要的衡量標準，用于考查和評價用戶獲得經(jīng)濟補償?shù)膮⒖家罁?jù)?？梢姡β室驍?shù)是用電效率較為準確的反映，如果因數(shù)未達到標準值，也會對起重機等設(shè)備的正常使用帶來一定程度的影響。對此，筆者根據(jù)理論研究與實踐驗證，認為可嘗試運用無功分量分流的手段來提高功率，排除一般情況以外，根據(jù)需要設(shè)置參數(shù)補償，這樣便能夠在大型港口貨物運輸與裝卸中發(fā)揮重要作用。實施后，功率因數(shù)將得到大幅提升，對電能運用的效率也隨之提高，此項措施具有較大的可行性。

關(guān)鍵詞：岸橋；集裝箱；起重機；功率因數(shù)；提升設(shè)計

引言

電力設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)除了取決于自身的質(zhì)量和性能外，對電壓和功率的依賴也較大。穩(wěn)定的電力壓力及適當(dāng)?shù)墓β士捎行ПＷC電力設(shè)備運轉(zhuǎn)符合正常標準，能夠維護與提高生產(chǎn)活動的安全系數(shù)。一線工作人員對無功電力影響電能的重要作用毫不質(zhì)疑，恰當(dāng)處理對于無功的補償問題，可以明顯提高電能的使用質(zhì)量，并能在技術(shù)層面確保大型設(shè)備運行的低故障率。具體來說，工作人員可以設(shè)置一套體積較小、設(shè)計不要過于復(fù)雜且操作簡便的功率因數(shù)補償設(shè)備，來實現(xiàn)對橋吊功率的改善和優(yōu)化。此類補償柜可以靈活根據(jù)承載工作量的變化而調(diào)整自身補償工作狀態(tài)，通過自身設(shè)置的控制裝備來切換補償能量的投入或停止?fàn)顟B(tài)，實現(xiàn)無功消耗總能夠持續(xù)在較低的水平。這樣，電壓便能夠更為穩(wěn)定，且電能在傳輸?shù)倪^程中消耗較小，最終達到理想的補償目的。

1 功率因數(shù)補償方案設(shè)計

功率因數(shù)在一定程度上反映了對電源的使用效率。因數(shù)達到正常標準值以上，說明該工作對電力資源的使用效率實現(xiàn)最優(yōu)化，而如果控制好輸出功率及電壓，使之保持不變，那么功率因數(shù)越高，則表示電流輸出量越小，從而實現(xiàn)電力傳輸過程中的無謂消耗。當(dāng)前，行業(yè)普遍采用因數(shù)較低的感性負載手段，其功率因數(shù)在0.8左右，未能實現(xiàn)較高水平的減少能源損耗。對于因數(shù)未能達到較高水平的原因，主要由于電流還可以運用無功分量的形式進行傳輸。無功分量主要的作用在于電量的傳輸和交換，發(fā)揮中介作用。功率因數(shù)與無功分量呈反比例關(guān)系，如果必須確保無功分量值，但又想提高功率，則需采取更為直接的措施。從交流電傳輸路徑來看，電感和電容兩種傳輸位置正好相反，因此如果一方需要無功分量，那么則會選擇另一方來提供，反之亦然。工作人員如果將電容器和電感并聯(lián)，那么支持電動設(shè)備的運行主要依靠電容設(shè)備，有功分量則自然依賴于電源，這種分配方式不僅能夠有效維護設(shè)備的運行安全，還大大減少了電流在傳輸過程中的損耗，實現(xiàn)了較高質(zhì)量的預(yù)期效果。

上述改造的具體差異和對比如圖所示。

（a）改造前? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（b）改造后

圖1：功率因數(shù)補償改造前后示意圖

2 補償裝置設(shè)計

基于市場實地調(diào)研，同時結(jié)合理論支持，筆者最終確定選擇設(shè)備制造行業(yè)經(jīng)驗豐富的生產(chǎn)企業(yè)，承接功率因數(shù)補償設(shè)備的生產(chǎn)工作，并將TBB（Z）系列及TBBX（Z）系列理論技術(shù)應(yīng)用到實際設(shè)備中，首次投放于起重機領(lǐng)域。

2.1 設(shè)計特點

此類設(shè)備通過電容器對功率進行補償，主要用于電壓較低的網(wǎng)絡(luò)中，從而實現(xiàn)功率的提升。在提升功率的同時，還可最大限度降低能量的損耗，從而提升電源的使用效率。設(shè)備通過智能化的中央控制設(shè)備，隨時自行控制電容設(shè)備對電量的傳輸和切斷，從而一直將無功消耗維持在較低的水平。此類控制技術(shù)可通過事先編程來設(shè)定，安裝調(diào)試簡單方便。

2.2 使用條件設(shè)計

設(shè)計類型可參考起重機的一般運行環(huán)境：

（1）環(huán)境溫度：-25℃~40℃（室內(nèi)TBB（Z）型）、-40℃~50℃（室外TBBX（Z）型）；

（2）相對濕度：不超過90%；

（3）周圍環(huán)境：氣體中不含有腐蝕性或?qū)щ娦?，周圍無易燃等威脅安全的物質(zhì)存在；

（4）海拔高度：不超過2 000 m；

（5）安裝地點：保證傾斜角度在5°以內(nèi)，并妥善安置，不可隨意挪動。

2.3 技術(shù)參數(shù)設(shè)計

若想普遍適用于集裝箱起重機的應(yīng)用，需達到下列指標：

（1）額定電壓：400 V、440 V；

（2）額定頻率：50 Hz；

（3）額定補償容量：40、45、50、60、70、80、100 kvar；

（4）運行電壓范圍：0.8～1.1Un（Un為額定電壓）；

（5）電容器接線方式：△型；

（6）測量誤差：電壓±0.5%，電流±1.0%，無功±1.0%；

（7）投切方式：自動循環(huán)投切；

（8）投切延時：1~999 s，可調(diào)；

（9）最大允許過電流：1.30In（In為額定電流）；

（10）功率因數(shù)設(shè)置：感性0.7~容性0.7。

3 應(yīng)用

港口環(huán)境適用于創(chuàng)新式改造實驗，且橋吊的普遍功率偏低，亟需進行優(yōu)化改善。

3.1 補償柜選型

根據(jù)具體的岸橋指標數(shù)據(jù)進行功率補償?shù)挠嬎?/p>

（1）

其中，——補償前功率因數(shù)；

——補償后功率因數(shù)；

——實際負荷功率，k W；

——補償容量，kvar。

計算得出每臺岸橋補償容量需40 kvar。進而依照裝置的參數(shù)值確定設(shè)備的類型，最終確定將TBB-Z 0.4~40 kvar型號的設(shè)備投入使用。

3.2 補償柜應(yīng)用效果評估

待設(shè)備型號確定后，便可進行后續(xù)的安裝與調(diào)試工作，使設(shè)備性能能夠在工作環(huán)境中得到最優(yōu)化發(fā)揮。

功率因數(shù) 補償電容投切總數(shù)/組

高壓側(cè) 0.99 7

低壓側(cè) 0.99

表1：某橋吊功率補償測試數(shù)據(jù)

注1：“高壓側(cè)”表示的是設(shè)備高壓進線設(shè)備測量得出的功率因數(shù)；“低壓側(cè)”表示副變二次側(cè)儀表測量得出的該數(shù)據(jù)。

注2：測試的結(jié)果為補償電容在使用后趨于穩(wěn)定的功率因數(shù)。

注3：所得數(shù)據(jù)都是指主電控在非工作狀態(tài)，照明燈開啟的情況下測試出的功率因數(shù)，以及補償電容投切總數(shù)。

綜上數(shù)據(jù)表明，補償柜可以顯著提高功率因數(shù)，且降低能量損耗，達到

可以看出，加裝后，功率因數(shù)明顯比原來提高很多，損耗僅1%左右，符合有關(guān)要求。

4? 結(jié)束語

功率因數(shù)過低的問題在岸橋中普遍存在，有些碼頭時常被當(dāng)?shù)仉娏Σ块T罰款，受到嚴重困擾。本文介紹了功率因數(shù)補償?shù)幕驹恚O(shè)計了功率因數(shù)補償裝置，最后理論結(jié)合實際，將該裝置應(yīng)用于實際岸橋項目中，使得平均功率因數(shù)維持在0.99左右，顯著提高了電能使用效率，滿足了電力部門的要求。設(shè)計思想可供相關(guān)企業(yè)借鑒。

參考文獻：

[1]孫斌.諧波對港口起重機功率因素的影響陰.起重運輸機械.2012(9): 52-56.

[2]姜樹梅. 有關(guān)諧波對港口起重機功率因數(shù)的影響探討[J]. 科技與企業(yè), 2016(10): 193.

[3]汪定華. 低待機功耗的高功率因數(shù)電源模塊的設(shè)計[J]. 電子科學(xué)技術(shù).2014, 1(2): 138-143.