輪胎式龍門(mén)起重機(jī)油改電項(xiàng)目電力電氣設(shè)計(jì)

廈門(mén)國(guó)際貨柜碼頭有限公司

1 引言

傳統(tǒng)輪胎式龍門(mén)起重機(jī)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)RTG)采用柴油發(fā)電機(jī)作為動(dòng)力電源進(jìn)行生產(chǎn)，存在著污染重、能耗大等缺點(diǎn)。為適應(yīng)“綠色港口”發(fā)展要求，達(dá)到節(jié)能減排、科學(xué)發(fā)展，同時(shí)優(yōu)化產(chǎn)業(yè)能源結(jié)構(gòu)，降低企業(yè)經(jīng)營(yíng)成本，廈門(mén)國(guó)際貨柜碼頭有限公司進(jìn)行RTG“油改電”項(xiàng)目改造。改造后使用市電的RTG稱(chēng)為電動(dòng)輪胎式龍門(mén)起重機(jī)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)ERTG)，具有可靠的聯(lián)鎖和安全保護(hù)功能、便捷的集電小車(chē)，能保證其安全生產(chǎn)作業(yè)。

2 集電低空滑觸線結(jié)構(gòu)組成

綜合比較技術(shù)、安全性能及經(jīng)濟(jì)等方面因素，結(jié)合本公司實(shí)際生產(chǎn)情況，采用低空滑觸線(約3 m高，電壓690 V)方案，其主要由鋼結(jié)構(gòu)、滑觸線、喇叭口、自動(dòng)集電小車(chē)等組成?；|線端部鋼結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1，頭尾兩端設(shè)置對(duì)位區(qū)和喇叭口，對(duì)位區(qū)是ERTG集電小車(chē)進(jìn)出滑觸線的地方。

1.鋼結(jié)構(gòu)立柱 2.滑觸線 3.減速板 4.喇叭口 5.道軌 6.反光膜 7.對(duì)位板 8.引導(dǎo)軌圖1 滑觸線端部鋼結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

鋼結(jié)構(gòu)分布于箱區(qū)側(cè)邊，有T型和L型之分，固定在地面上用于安裝固定滑觸線、喇叭口等，為箱區(qū)提供電源。鋼結(jié)構(gòu)之間用25 mm2的銅導(dǎo)線連接，在滑觸線兩側(cè)做接地線，接地電阻小于3 Ω，起到安全防雷保護(hù)的作用。滑觸線為4根，三相動(dòng)力線加1根零線，單層分布形式，滑觸線通過(guò)懸吊架固定于鋼結(jié)構(gòu)上。供電電纜連接滑觸線和地面柜，為滑觸線供電。喇叭口安裝于每條滑觸線鋼結(jié)構(gòu)兩端，和滑觸線端部平滑聯(lián)接，便于集電小車(chē)電位器上的銅刷順暢進(jìn)出滑觸線[1]。在ERTG電氣房側(cè)和柴油機(jī)側(cè)底部各安裝1臺(tái)自動(dòng)集電小車(chē)，通過(guò)其上面的銅刷與滑觸線接觸進(jìn)行集電，為ERTG提供市電。

3 滑觸線供電系統(tǒng)配置

堆場(chǎng)內(nèi)共設(shè)置3個(gè)箱式變電站，負(fù)責(zé)全場(chǎng)滑觸線供電。以設(shè)在R5場(chǎng)的戶外露天工況堆場(chǎng)箱式變電站為例，介紹其電力配置。R5箱變負(fù)責(zé)H、M、R 3個(gè)堆場(chǎng)24個(gè)滑觸線箱區(qū)，12條雙排滑觸線供電。每條滑觸線下配置1個(gè)供電柜，內(nèi)安置2套送電電器，為滑觸處供電，額定電流為800 A。箱變系統(tǒng)包括10 kV負(fù)荷高壓開(kāi)關(guān)柜、供電主變壓器、低壓開(kāi)關(guān)柜、功率因素自動(dòng)補(bǔ)償柜、防雷、接地保護(hù)、空調(diào)和除濕裝置等。一次電氣方案圖見(jiàn)圖2。

R5堆場(chǎng)箱式變電站變壓器電壓初級(jí)為10 kVAC，次級(jí)為690 VAC。H、M、R堆場(chǎng)最多安排10臺(tái)ERTG作業(yè)，單臺(tái)作業(yè)時(shí)最高功率為400 kVA，用電設(shè)備的總額定容量Pn∑=4 000 kVA，取需用系數(shù)KX=0.4，則變壓器額定容量P=KxPn∑=1 600 kVA。

圖2 一次電氣方案圖

高壓開(kāi)關(guān)柜型號(hào)為KYN28A-12，主母線規(guī)格為T(mén)MY-60×6，一次額定電壓10 kV，控制電壓AC220 V，高壓額定電流In=125 A，額定開(kāi)斷電流25 kA，動(dòng)穩(wěn)定電流63 kA；柜體外形尺寸為800×1 500×2 300；接地母線規(guī)格為T(mén)MY-40×4，接地電阻2.7 Ω;避雷器3個(gè)，型號(hào)為HY5WS-17/50;斷路器手車(chē)型號(hào)為VD4/Z-12/630-25A；微機(jī)保護(hù)裝置為PMF-690A。

R5場(chǎng)箱變系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置1個(gè)總低壓開(kāi)關(guān)柜，型號(hào)為XJDW1-2000M/3P；12個(gè)低壓開(kāi)關(guān)分柜，型號(hào)為XJDW1-2000M/3P，負(fù)責(zé)24個(gè)箱區(qū)內(nèi)供電。具體參數(shù)設(shè)置見(jiàn)表1。

表1 XJDWI智能型萬(wàn)能式斷路器參數(shù)設(shè)置

公司供電站到箱變高壓電纜長(zhǎng)度為1 180 m，地下穿管連接。因高壓電纜安放在地下電纜溝內(nèi)，選用聚氯乙烯護(hù)套電力鎧裝高壓電纜(YJV22-10 kV)，它符合抗潮濕環(huán)境及電壓等級(jí)為10 kV的要求。為使供配電系統(tǒng)能安全、可靠、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行，參照我國(guó)規(guī)定的經(jīng)濟(jì)電流密度Jec(A·mm-2)表，導(dǎo)線材料為銅線，年負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)大于5 000 h時(shí)Jec為1.75,經(jīng)計(jì)算最終采用YJV22-10 kV 3×70 mm2的鎧裝高壓電纜[2]。

R5場(chǎng)箱變低壓開(kāi)關(guān)分柜到滑觸線供電柜的電纜長(zhǎng)度為150 m以內(nèi)，采用2條YJV22-1KV-3×150 mm2+1×70 mm2的電纜，各負(fù)責(zé)提供1個(gè)箱區(qū)滑觸線的供電。

4 RTG電氣改造

增加1個(gè)高低壓電氣柜，進(jìn)行市電和柴油發(fā)電機(jī)的電源轉(zhuǎn)換。增加1臺(tái)電力變壓器，額定容量為450 kVA，輸入電壓690 VAC，輸出電壓與RTG原電壓相同?；謴?fù)聯(lián)動(dòng)臺(tái)上柴油發(fā)動(dòng)機(jī)遠(yuǎn)程操作功能。增加兩側(cè)激光防撞、減速限位裝置。加裝RTG防撞滑觸線的PLC程序保護(hù)。增加柴油機(jī)房側(cè)、電氣房側(cè)集電小車(chē)電氣配置。增加集電小車(chē)PLC電氣控制。

5 集電小車(chē)

在ERTG電氣房側(cè)和柴油機(jī)側(cè)底部各安裝1臺(tái)自動(dòng)集電小車(chē)，其使用小功率空氣壓縮機(jī)作為動(dòng)力，伸縮氣缸控制兩側(cè)臂機(jī)構(gòu)伸縮，升降氣缸控制上下滑動(dòng)小車(chē)升降，鎖緊氣缸控制整個(gè)機(jī)構(gòu)處于上鎖或解鎖2種狀態(tài)。小車(chē)上共安裝8個(gè)集電器，小車(chē)外側(cè)安裝有多個(gè)感應(yīng)開(kāi)關(guān)，用于檢測(cè)小車(chē)工作狀態(tài)。小車(chē)整個(gè)工作過(guò)程由SIEMENS PLC控制。自動(dòng)集電小車(chē)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3。

1.伸縮氣缸 2.安裝架 3.門(mén)臂架 4.管臂架 5.糾偏輪 6.升降氣缸 7.轉(zhuǎn)接盒 8.感應(yīng)開(kāi)關(guān) 9.感應(yīng)開(kāi)關(guān) 10.頂球 11.行走輪 12.集電器 13.導(dǎo)向輪 14.集電小車(chē) 15.鎖緊裝置圖3 自動(dòng)集電小車(chē)結(jié)構(gòu)圖

ERTG海、陸側(cè)各安裝1個(gè)小型SIEMENS PLC基站，專(zhuān)門(mén)控制集電小車(chē)工作，配合ERTG“油/電”電源切換工作。ERTG機(jī)上主PLC與集電小車(chē)PLC，通過(guò)小型繼電器以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的方式進(jìn)行小車(chē)工作命令信號(hào)和工作狀態(tài)信號(hào)的交換。

以陸側(cè)集電小車(chē)進(jìn)場(chǎng)為例，分析其自動(dòng)工作過(guò)程。在進(jìn)場(chǎng)前，集電小車(chē)處于機(jī)構(gòu)鎖緊狀態(tài)，ERTG大車(chē)慢速行進(jìn)到滑觸線端部對(duì)位區(qū)，當(dāng)安裝于機(jī)上的激光開(kāi)關(guān)對(duì)到滑觸線反光膜時(shí)，大車(chē)自動(dòng)停止。同時(shí)，司機(jī)室“對(duì)位區(qū)指示”燈亮，司機(jī)按下“小車(chē)伸縮”按鈕，集電小車(chē)開(kāi)始自動(dòng)工作。升降氣缸自動(dòng)頂起集電小車(chē)，上升到位后鎖緊機(jī)構(gòu)解鎖，伸縮氣缸收縮并帶動(dòng)集電小車(chē)上的臂架伸出。當(dāng)臂架伸出到位后，升降氣缸自動(dòng)下降，集電小車(chē)進(jìn)入引導(dǎo)軌。下降到位后，司機(jī)室“小車(chē)伸出”指示燈亮，集電小車(chē)自動(dòng)工作完成。司機(jī)操作大車(chē)慢速前行，使集電小車(chē)由引導(dǎo)軌進(jìn)入軌道，集電器碳刷由喇叭口進(jìn)入滑觸線。繼續(xù)前行到換電區(qū)，大車(chē)自動(dòng)停止，“換電區(qū)指示”燈亮，司機(jī)將“油龍/電龍”開(kāi)關(guān)選擇在“電龍”位置，“電龍指示”燈亮，柴油機(jī)遠(yuǎn)程熄火,完成由柴電轉(zhuǎn)換為市電供電，ERTG接著以市電為動(dòng)力，進(jìn)行正常吊箱作業(yè)。

6 結(jié)語(yǔ)

ERTG“油改電”整體項(xiàng)目改造完成后，采用市電作業(yè)的ERTG可完全消除二氧化硫、氮氧化物、懸浮粒子的排放及發(fā)動(dòng)機(jī)的噪聲，減排效果明顯；發(fā)動(dòng)機(jī)故障大幅減少，發(fā)動(dòng)機(jī)維修費(fèi)用可節(jié)省50%左右，大大降低了維修成本。根據(jù)廈門(mén)國(guó)際貨柜碼頭有限公司每月生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，ERTG“油改電”項(xiàng)目2017年度累計(jì)節(jié)能1 640.34 t標(biāo)準(zhǔn)煤，節(jié)約成本532萬(wàn)余元。使用集電自動(dòng)化控制系統(tǒng)的ERTG可獲得較高的節(jié)能環(huán)保效應(yīng)及經(jīng)濟(jì)收益，適應(yīng)“綠色港口”的發(fā)展要求。