1 前言

隨著國(guó)際原油市場(chǎng)的動(dòng)蕩及燃油價(jià)格的上揚(yáng),輪胎吊的運(yùn)行成本不斷攀升, 國(guó)內(nèi)乃至全球的各個(gè)碼頭公司已感受到高油價(jià)帶來(lái)的沉重負(fù)擔(dān)。同時(shí)輪胎吊排放廢氣黑煙和柴油機(jī)的巨大噪音也與日益嚴(yán)格的環(huán)保要求有距離。國(guó)家在“十一五”規(guī)劃中明確提出節(jié)能降耗和防污減排的目標(biāo), 具有非常重要的戰(zhàn)略意義。港口起重機(jī)是碼頭生產(chǎn)中的用能大戶,節(jié)能降耗任務(wù)非常嚴(yán)峻, 同樣也承擔(dān)著相當(dāng)?shù)姆牢蹨p排環(huán)保義務(wù)。

我振東分公司的油耗成本隨吞吐量的上升而成倍增長(zhǎng), 據(jù)統(tǒng)計(jì), 2004 年能源消耗為 5231 萬(wàn)元, 占生產(chǎn)總成本的 12.8%, 其中油耗成本為 3258 萬(wàn)元,占生產(chǎn)總成本的 8%; 2005 年能源消耗為 7071 萬(wàn)元,占生產(chǎn)總成本的 15.4%, 其中油耗成本為 4587 萬(wàn)元,占生產(chǎn)總成本的 10%; 2006 年能源消耗為 8136 萬(wàn)元, 占生產(chǎn)總成本的 16.9%, 其中油耗成本為 5456萬(wàn)元, 占生產(chǎn)總成本的 11.35%, 見(jiàn)圖 1。隨著油價(jià)的上漲和吞吐量的增長(zhǎng), 油耗成本將繼續(xù)大幅增加。

由于上述問(wèn)題具有普遍性, 目前全世界各大港口都投入大量資金用于 RTG 節(jié)能減排的研發(fā)。如果能夠?yàn)檩喬サ跆峁┦须? 代替了傳統(tǒng)的柴油發(fā)電機(jī),可以有效地解決原先用柴油發(fā)電機(jī)帶來(lái)的高能耗、高污染、高噪音、維護(hù)量大、成本高等缺點(diǎn)。

目前在國(guó)內(nèi)港口已有兩種實(shí)驗(yàn)性方案: 電纜卷筒 和安全滑線 的形式。前 者是將電纜 卷 筒 安 裝 在RTG 上, 利用供電電纜將市電采集到 RTG 上, 該方式對(duì)場(chǎng)地有影響, RTG 跑道上須挖設(shè)電纜溝, 以防止車輛或 RTG 壓到供電電纜, 且機(jī)上改造較復(fù)雜,箱區(qū)內(nèi)移動(dòng)受限。后者是采用剛體滑觸線作為 RTG供電的導(dǎo)體, 一般架設(shè)高度為 2~3 m, 每隔 3 m 必須由一個(gè)電線桿作為滑觸線的支撐, 該方式占地面積也較大、對(duì)場(chǎng)地影響也較大; 且限制了 RTG 作業(yè)方式, 需要 RTG 駕駛走直線, 轉(zhuǎn)場(chǎng)不靈活。由于碼頭輪胎吊必須滿足機(jī)動(dòng)性要求, 即不改變現(xiàn)有集裝箱碼頭操作工藝, 不改變現(xiàn)行輪胎吊操作方式, 而滿足其轉(zhuǎn)場(chǎng)需求。上述方法經(jīng)過(guò)很多港口碼頭的實(shí)踐,發(fā)現(xiàn)在滿足輪胎吊機(jī)動(dòng)性方面有一定不足。

由此, 在港務(wù)集團(tuán)的領(lǐng)導(dǎo)下, 我們和上海海得公司聯(lián)合研發(fā)和實(shí)施了具有自主**技術(shù)的油改電方案——高架滑線輪胎吊供電方式, 有效地解決了上述問(wèn)題。

2 高空滑線式輪胎吊

本次 RTG 油改電項(xiàng)目是在集裝箱 4 個(gè)箱區(qū)進(jìn)行油改電場(chǎng)地供電系統(tǒng)的建造, 采用 5 座自立鐵塔、4根承重索、懸掛固定架及 5 根滑觸線組成一個(gè)整體結(jié)構(gòu)體系。為保證滑觸線位于同一高度, 鐵塔每側(cè)的 2 根承重索通過(guò)可調(diào)節(jié)高度的懸掛固定架與 5 根滑觸線連接, 同時(shí)在滑觸線兩端通過(guò)鐵塔設(shè)置掛重。

供電系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)布置分別見(jiàn)圖 2、圖 3 及圖 4。項(xiàng)目試驗(yàn)段總長(zhǎng) 600 m ( 線路總長(zhǎng) 1 200 m, ** 階 段 實(shí) 施 600 m; 每 條 線 路 同 時(shí) 可 供 10~12 臺(tái)

RTG 作業(yè), **階段實(shí)施 4 臺(tái) RTG) , 架設(shè)的 5 座架線鐵塔間距為 150 m, 橫跨 4 個(gè)箱區(qū)、縱跨 2 個(gè)箱區(qū), 兩端配重水箱代替端塔。供電設(shè)施布置在中間

位置, 供電電壓 460V/AC。鐵塔由無(wú)縫鋼管構(gòu)成,高度為 35.5 m ( 相對(duì)高度, 以地面作為基準(zhǔn)) 。鐵塔*上端為避雷索安裝位置, 高度為 34 m; 中間為承

重索安裝位置高度為 29 m; *下端為滑觸線安裝位置, 滑觸線安裝離地面高度為 25.5 m。每 10 m 的滑觸線安裝吊線器, 以保證滑觸線基本水平; 在滑觸

線端部設(shè)有端部配重橫擔(dān), 防止滑觸線在室外溫度隨季節(jié)變化而導(dǎo)致的熱脹冷縮引起的其下垂度的變化; 同時(shí)設(shè)有防搖橫擔(dān), 保證在大風(fēng)情況下盡量減少滑觸線的擺動(dòng)幅度。

項(xiàng)目的電源由變電所提供 10KV 電源, 經(jīng)過(guò)變壓器, 二次側(cè)降壓到 460V/AC, 電源供給設(shè)在當(dāng)中的鐵塔處, 電源由底部電纜連接到雙溝銅滑線上, 可以確保每片場(chǎng)地上的電源能夠供給二臺(tái) RTG 的正常工作。考慮以后的擴(kuò)容需要, 本次設(shè)計(jì)按 3KV 的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì), 在需要擴(kuò)容時(shí)可以隨時(shí)提高電壓等級(jí), 擴(kuò)大裝機(jī)容量。供電裝置中的銅滑線和滑線導(dǎo)電器是關(guān)鍵, 其中雙溝銅滑線具有運(yùn)行可靠、壓降小、造價(jià)低、通用性強(qiáng)等多種優(yōu)點(diǎn), 幾根銅滑線水平放置,間距在 400 mm 左右, 截面積為 185 mm2; 滑線導(dǎo)電器主要由導(dǎo)電頭、調(diào)整支架、聯(lián)接底座三部分組成,導(dǎo)電頭與輸電滑線接觸, 將滑觸線上的電能可靠地輸送給輪胎吊。

項(xiàng)目還需要對(duì) RTG 進(jìn)行改造, 見(jiàn)圖 5。在 RTG一側(cè)設(shè)計(jì)安裝 1 個(gè)平臺(tái), 用于安裝 4 個(gè)滑線導(dǎo)電器,平臺(tái)高度為 2 m 左右, 以便人員檢修和更換相應(yīng)零件。使用柴油發(fā)電機(jī)供電時(shí), 必須用鐵鏈將集電器固定住, 保證供電系統(tǒng)的安全可靠。電源控制柜將電源分為兩路, 分別為縱向的兩邊堆場(chǎng)提供電源。

每路電源都 有刀開關(guān) 、斷路器、三相 電 源 保 護(hù) 器( 含過(guò)壓、欠壓、相序保護(hù)) 、漏電保護(hù), 并裝有三相電源電壓表、三相電流表用于檢測(cè)電源的情況。

在 RTG 電氣房?jī)?nèi)布置有三刀雙擲刀開關(guān), 用于輪胎吊的電源切換, 刀開關(guān)向上合上為柴油發(fā)電機(jī)電源,向下合上為滑觸線電源, 使得 RTG 的供電方式在柴

油機(jī)供電和滑觸線供電兩種方式中任意切換。

結(jié)構(gòu)抗風(fēng)能力是港口安全的重要保證, 本項(xiàng)目設(shè)計(jì)保證整體結(jié)構(gòu)能夠抵御 50 年一遇的大風(fēng)。且滑觸線的擺動(dòng)是直接影響 RTG 受電可靠的重要因素,本次項(xiàng)目經(jīng)測(cè)量在六級(jí)東南風(fēng)的情況下, 其搖擺度小于 2 cm ( 用經(jīng)緯儀測(cè)量) , 能夠保證 RTG 在八級(jí)大風(fēng)情況下正常工作, 九級(jí)風(fēng)下應(yīng)急行走。

同時(shí)考慮到 RTG 的運(yùn)行實(shí)際, 采用的集電器能夠承受 RTG 啟動(dòng)的大電流沖擊, 同時(shí)集電器左右各有 1 m 的擺動(dòng)自由度, 保證 RTG 在跑偏的狀況下也能夠可靠供電。

另外, 結(jié)合港區(qū)車輛多、車流大的特點(diǎn), 我們?cè)诿總€(gè)鐵塔的周圍筑有防撞墻, 防止集裝箱卡車、工程車等發(fā)生撞擊意外, 對(duì)塔體的安全構(gòu)成威脅。

3 節(jié)能和減排效果及展望

經(jīng)過(guò)幾個(gè)月的施工, 本試驗(yàn)項(xiàng)目從 2007 年 5 月17 日開始試運(yùn)行, 取得了初步成效。據(jù)統(tǒng)計(jì), 截至2007 年 6 月底 4 臺(tái) RTG 共完成 55427TEU, 用電量為 72589 kwh, 單箱耗電 1.31 kwh, ( 折合標(biāo)準(zhǔn)煤)單 箱 耗 能 0.529 kg, 較 用 柴 油 在 費(fèi) 用 上 節(jié) 省 了 約75.87%, 在能耗上節(jié)省了 50.83%。按每臺(tái) RTG 年消耗燃油費(fèi) 55 萬(wàn)元計(jì)算, 每臺(tái)一年可節(jié)約 41.77 萬(wàn)元,按配置 4- 6 臺(tái) RTG 計(jì)算, 一年節(jié)約能源費(fèi)用 167-250 萬(wàn)元人民幣, 按投資額約 490 萬(wàn)元計(jì)算, 2- 3 年可收回投資成本。

同時(shí)我們對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行了用電電氣參數(shù)測(cè)試, 經(jīng)測(cè)試功率因素為: 空載 0.53、重載 0.95; 諧波為 5次和 7 次諧波, 為 2～3V 左右; 末端重載壓降測(cè)量為0V。項(xiàng)目能有效抑制電網(wǎng)諧波干擾, 穩(wěn)定工作電壓、電流, 提高功率因素, 是電力“綠色工程”。而且由于采用清潔的市電作為能源, 徹底杜絕了柴油機(jī)排出的大量廢氣污染, 并且沒(méi)有柴油機(jī)發(fā)出的巨大噪音污染, 真正做到了綠色環(huán)保。

同時(shí), 采用高架滑線的供電方式可為 RTG 提供安全穩(wěn)定的電源。改造后的 RTG, 對(duì)駕駛和操作幾乎不產(chǎn)生任何影響, 駕駛員可保留原有的操作習(xí)慣,不需要為油改電限制駕駛速度, 維修和故障也少;且在一條直線上, RTG 可跨箱區(qū)作業(yè), 保持 RTG 縱向堆場(chǎng)“靈活轉(zhuǎn)場(chǎng)”特性。總體運(yùn)行性能穩(wěn)定, 較其他油改電方式在可靠性和機(jī)動(dòng)性上更有優(yōu)勢(shì)。

通過(guò)高架滑線 RTG 油改電節(jié)能成效的初顯, 我們計(jì)劃 將對(duì)項(xiàng)目進(jìn) 行完善, 設(shè) 想建立 3 條 完 整 的RTG 油改電生產(chǎn)線; 同時(shí)檢測(cè)架線的抗風(fēng)抗災(zāi)能力,觀察功率因素, 系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)的影響, 以取得實(shí)際應(yīng)用數(shù)據(jù); 在改造的同時(shí)改進(jìn) RTG 能耗回饋裝置, 并且探索直流供電方案的可行性等等, 以此進(jìn)一步完善項(xiàng)目, 為項(xiàng)目的推廣實(shí)施提供便利。

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