“油改電”場橋能耗電阻器節(jié)能控制優(yōu)化改造

姜勝 李凌杰　王殿虎　隨國慶

大連集裝箱碼頭有限公司二區(qū)場橋設(shè)備完成“油改電”后，在能耗成本管控上取得一定成效;但在設(shè)備利用市電作業(yè)的過程中，滑觸線區(qū)域變電站頻繁發(fā)生跳閘斷電故障，造成作業(yè)突然中斷，不僅嚴(yán)重影響設(shè)備作業(yè)效率，而且導(dǎo)致設(shè)備電控系統(tǒng)精密部件受損，使得設(shè)備維護成本增加。為此，對場橋?qū)嵤┠芎碾娮杵鞴?jié)能控制優(yōu)化改造，在場橋利用市電作業(yè)時，將能耗電阻器從市電電網(wǎng)中分離斷開，并將場橋吊具下降產(chǎn)生的電能直接回饋至電網(wǎng)，從而不僅有效解決故障，而且實現(xiàn)回饋電能的再次利用，達到二次降本增效的效果。

1 “油改電”場橋能耗電阻器節(jié)能控制優(yōu)化改造的必要性

場橋能耗電阻箱安裝在電氣室上方露天處，并且設(shè)有散熱透氣孔。雨霧天大量潮氣通過透氣孔滲入電阻箱內(nèi)，造成直流母線對地絕緣阻值降低，從而導(dǎo)致進線滑觸線主電路線路絕緣阻值偏低，并導(dǎo)致變電站檢測出直流母線電壓正負(fù)發(fā)生偏置，最終造成直流母線柜加裝的檢測裝置頻繁跳閘，嚴(yán)重影響場橋作業(yè)效率。

鑒于此，有必要增設(shè)控制能耗電阻器通斷的直流接觸器和市電預(yù)充電裝置，利用發(fā)動機供電控制電源和可編程邏輯控制器程序控制直流接觸器吸合，從而在燃油機組供電的情況下，仍可通過將能耗電阻器串入起升驅(qū)動器回路消耗吊具下降產(chǎn)生的電能，以確保起升驅(qū)動器平穩(wěn)上電及作業(yè)過程中直流電壓穩(wěn)定。當(dāng)場橋利用市電作業(yè)時，可編程邏輯控制器程序控制能耗電阻器暫停工作，使市電電網(wǎng)對地絕緣阻值降低，從而避免滑觸線區(qū)域變電站發(fā)生跳閘斷電故障，同時將吊具下降產(chǎn)生的電能回饋至市電電網(wǎng)并再次應(yīng)用于場橋作業(yè)，實現(xiàn)二次降本增效。

2 “油改電”場橋能耗電阻器節(jié)能控制優(yōu)化改造原理

“油改電”場橋能耗電阻器節(jié)能控制優(yōu)化改造前市電供電主電路如圖1所示：主電路的市電接觸器MC7和MC8沒有預(yù)充電裝置，直接通過受電弓柜K72市電控制接觸器的輔助常開點1K326E控制通斷電，接入起升變頻器內(nèi)部充電限流回路，防止起升驅(qū)動器直接上電而導(dǎo)致絕緣柵雙極型晶體管損壞。

“油改電”場橋能耗電阻器節(jié)能控制優(yōu)化改造后市電供電主電路如圖2所示：主電路的市電接觸器MC6（原MC7）和MC7（原MC8）增加預(yù)充電接觸器MC8。當(dāng)設(shè)備在滑觸線區(qū)域作業(yè)時，680 V市電主電源在復(fù)位后通過預(yù)充電接觸器為起升驅(qū)動器直流母線預(yù)充電后設(shè)備再進入正常工作模式，從而防止起升驅(qū)動器直接上電而導(dǎo)致絕緣柵雙極型晶體管損壞。將MC6接觸器三相電流直接接至起升驅(qū)動器P+端直流母排，吊具下降造成起升驅(qū)動器P+端電壓升高，可將之直接反饋至市電供電電網(wǎng)并為場橋作業(yè)供電。

從上述改造原理來看，“油改電”場橋能耗電阻器節(jié)能控制優(yōu)化改造旨在實現(xiàn)燃油機組供電和市電供電情況下起升驅(qū)動器平穩(wěn)上電，以及市電供電情況下將吊具下降產(chǎn)生的電能反饋至市電電網(wǎng)的目的。

3 “油改電”場橋能耗電阻器節(jié)能控制優(yōu)化改造內(nèi)容

3.1 硬件改造

3.1.1 主電路硬件改造及施工內(nèi)容

（1）下移原直流保險絲組，為增設(shè)能耗電阻器控制接觸器預(yù)留空間，并加裝2組能耗電阻器通斷控制接觸器DC7和DC8（見圖3），串聯(lián)接通能耗電阻器控制接觸器、能耗制動單元及起升驅(qū)動器P+端與N 端。DC7和DC8線圈得電后，接觸器吸合控制能耗電阻器得電，能耗電阻器正常工作。吊具下降產(chǎn)生的多余電能可通過能耗電阻器消耗，從而確保起升驅(qū)動器內(nèi)無異常過流。

（2）將市電電網(wǎng)進線從起升驅(qū)動器內(nèi)充電限流及整流電路中移出，直接接至起升驅(qū)動器直流母排P+端（見圖4），使起升電機在吊具下降時產(chǎn)生的電能通過直流母排直接反饋至市電電網(wǎng)。

3.1.2 控制電路硬件改造及施工內(nèi)容

3.1.2.1 起升驅(qū)動器預(yù)充電控制電路改造

預(yù)留控制電路空間，加裝控制硬件固定底板，并加裝2個預(yù)充電電阻器、控制繼電器K74和K75及控制接觸器MC8，為起升驅(qū)動器進電限流。并聯(lián)接入2個電阻為5、功率為600 W的電阻器后，最終預(yù)充電電阻器總電阻為2.5，功率為1.2 kW，與起升驅(qū)動器內(nèi)部限流電阻器的電阻和功率大致相同。場橋受電弓連接滑觸線后，市電電網(wǎng)為場橋供電，市電電網(wǎng)主電路控制接觸器MC6下端得電（）;將其作為電源，并將預(yù)充電單元串聯(lián)在市電電網(wǎng)主電路控制接觸器MC6下端與MC7下端之間，使市電供電端與起升驅(qū)動器內(nèi)部電路構(gòu)成完整回路，從而在預(yù)充電后實現(xiàn)為起升驅(qū)動器內(nèi)電容充電及絕緣柵雙極型晶體管降壓限流上電的作用（見圖5）。

3.1.2.2燃油供電與市電供電切換控制接觸器通斷電路改造

將燃油供電控制電源串入市電供電控制接觸器DC5和DC6常閉輔助觸點，控制能耗電阻器接觸器DC7和DC8線圈輔助觸點得電，接觸器吸合，此時能耗電阻器正常工作。市電供電控制接觸器DC5和DC6吸合，常閉輔助觸點斷開，能耗電阻器接觸器DC7和DC8線圈輔助觸點失電，接觸器斷開，此時能耗電阻器暫停工作。

3.2 程序優(yōu)化

預(yù)充電過程通過復(fù)位后程序%QX12.0.14輸出，K74預(yù)充電8 s后斷開;%QX12.0.15程序輸出，K75吸合，市電供電主電路接觸器MC6和MC7吸合，起升驅(qū)動器進入正常工作狀態(tài)。“油改電”場橋能耗電阻器節(jié)能改造可編程邏輯控制器控制程序邏輯如圖6所示。

4 “油改電”場橋能耗電阻器節(jié)能控制優(yōu)化改造效果

大連集裝箱碼頭有限公司二區(qū)26臺“油改電”場橋完成能耗電阻器節(jié)能控制優(yōu)化改造后，經(jīng)過實際作業(yè)運行測試，場橋在市電供電區(qū)作業(yè)時變電站跳閘斷電故障完全消除。同時，跟蹤統(tǒng)計26臺“油改電”場橋作業(yè)耗電成本發(fā)現(xiàn)：改造后單臺場橋市電供電單箱作業(yè)耗電量比改造前降低近25%;改造前單臺場橋年均作業(yè)耗電量為10 206 kW穐，預(yù)計改造后單臺場橋年均作業(yè)耗電量大約可降至，每年可節(jié)約用電成本約6.2萬元。

（編輯：曹莉瓊 收稿日期：2021-02-17）