岸邊集裝箱起重機(jī)功率因數(shù)提升設(shè)計(jì)探析

黃昌龍

摘要：隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的不斷發(fā)展，我國(guó)的港口碼頭運(yùn)輸行業(yè)也處在一個(gè)新的大發(fā)展時(shí)期，集裝箱的數(shù)量不斷增多，工作量的加大也對(duì)與之配套的起重機(jī)性能提出了更嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)。以往，工作人員普遍從控制碼頭商戶用電功率的角度進(jìn)行控制，并將功率因數(shù)作為重要的衡量標(biāo)準(zhǔn)，用于考查和評(píng)價(jià)用戶獲得經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償?shù)膮⒖家罁?jù)。可見，功率因數(shù)是用電效率較為準(zhǔn)確的反映，如果因數(shù)未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)值，也會(huì)對(duì)起重機(jī)等設(shè)備的正常使用帶來(lái)一定程度的影響。對(duì)此，筆者根據(jù)理論研究與實(shí)踐驗(yàn)證，認(rèn)為可嘗試運(yùn)用無(wú)功分量分流的手段來(lái)提高功率，排除一般情況以外，根據(jù)需要設(shè)置參數(shù)補(bǔ)償，這樣便能夠在大型港口貨物運(yùn)輸與裝卸中發(fā)揮重要作用。實(shí)施后，功率因數(shù)將得到大幅提升，對(duì)電能運(yùn)用的效率也隨之提高，此項(xiàng)措施具有較大的可行性。

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

引言

電力設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)除了取決于自身的質(zhì)量和性能外，對(duì)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(yùn)轉(zhuǎn)符合正常標(biāo)準(zhǔn)，能夠維護(hù)與提高生產(chǎn)活動(dòng)的安全系數(shù)。一線工作人員對(duì)無(wú)功電力影響電能的重要作用毫不質(zhì)疑，恰當(dāng)處理對(duì)于無(wú)功的補(bǔ)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(yùn)行的低故障率。具體來(lái)說(shuō)，工作人員可以設(shè)置一套體積較小、設(shè)計(jì)不要過于復(fù)雜且操作簡(jiǎn)便的功率因數(shù)補(bǔ)償設(shè)備，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)橋吊功率的改善和優(yōu)化。此類補(bǔ)償柜可以靈活根據(jù)承載工作量的變化而調(diào)整自身補(bǔ)償工作狀態(tài)，通過自身設(shè)置的控制裝備來(lái)切換補(bǔ)償能量的投入或停止?fàn)顟B(tài)，實(shí)現(xiàn)無(wú)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(dá)到理想的補(bǔ)償目的。

1 功率因數(shù)補(bǔ)償方案設(shè)計(jì)

功率因數(shù)在一定程度上反映了對(duì)電源的使用效率。因數(shù)達(dá)到正常標(biāo)準(zhǔn)值以上，說(shuō)明該工作對(duì)電力資源的使用效率實(shí)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(shí)現(xiàn)電力傳輸過程中的無(wú)謂消耗。當(dāng)前，行業(yè)普遍采用因數(shù)較低的感性負(fù)載手段，其功率因數(shù)在0.8左右，未能實(shí)現(xiàn)較高水平的減少能源損耗。對(duì)于因數(shù)未能達(dá)到較高水平的原因，主要由于電流還可以運(yùn)用無(wú)功分量的形式進(jìn)行傳輸。無(wú)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(wú)功分量呈反比例關(guān)系，如果必須確保無(wú)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(lái)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(wú)功分量，那么則會(huì)選擇另一方來(lái)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(dòng)設(shè)備的運(yùn)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(hù)設(shè)備的運(yùn)行安全，還大大減少了電流在傳輸過程中的損耗，實(shí)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(duì)比如圖所示。

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

圖1：功率因數(shù)補(bǔ)償改造前后示意圖

2 補(bǔ)償裝置設(shè)計(jì)

基于市場(chǎng)實(shí)地調(diào)研，同時(shí)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(yàn)豐富的生產(chǎn)企業(yè)，承接功率因數(shù)補(bǔ)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(shí)際設(shè)備中，首次投放于起重機(jī)領(lǐng)域。

2.1 設(shè)計(jì)特點(diǎn)

此類設(shè)備通過電容器對(duì)功率進(jìn)行補(bǔ)償，主要用于電壓較低的網(wǎng)絡(luò)中，從而實(shí)現(xiàn)功率的提升。在提升功率的同時(shí)，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(shí)自行控制電容設(shè)備對(duì)電量的傳輸和切斷，從而一直將無(wú)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(lái)設(shè)定，安裝調(diào)試簡(jiǎn)單方便。

2.2 使用條件設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)類型可參考起重機(jī)的一般運(yùn)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(duì)濕度：不超過90%；

（3）周圍環(huán)境：氣體中不含有腐蝕性或?qū)щ娦裕車鸁o(wú)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(diǎn)：保證傾斜角度在5°以內(nèi)，并妥善安置，不可隨意挪動(dòng)。

2.3 技術(shù)參數(shù)設(shè)計(jì)

若想普遍適用于集裝箱起重機(jī)的應(yīng)用，需達(dá)到下列指標(biāo)：

（1）額定電壓：400 V、440 V；

（2）額定頻率：50 Hz；

（3）額定補(bǔ)償容量：40、45、50、60、70、80、100 kvar；

（4）運(yùn)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(cè)量誤差：電壓±0.5%，電流±1.0%，無(wú)功±1.0%；

（7）投切方式：自動(dòng)循環(huán)投切；

（8）投切延時(shí)：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(shí)驗(yàn)，且橋吊的普遍功率偏低，亟需進(jìn)行優(yōu)化改善。

3.1 補(bǔ)償柜選型

根據(jù)具體的岸橋指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行功率補(bǔ)償?shù)挠?jì)算

（1）

其中，——補(bǔ)償前功率因數(shù)；

——補(bǔ)償后功率因數(shù)；

——實(shí)際負(fù)荷功率，k W；

——補(bǔ)償容量，kvar。

計(jì)算得出每臺(tái)岸橋補(bǔ)償容量需40 kvar。進(jìn)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(hào)的設(shè)備投入使用。

3.2 補(bǔ)償柜應(yīng)用效果評(píng)估

待設(shè)備型號(hào)確定后，便可進(jìn)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(bǔ)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(bǔ)償測(cè)試數(shù)據(jù)

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

注2：測(cè)試的結(jié)果為補(bǔ)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(cè)試出的功率因數(shù)，以及補(bǔ)償電容投切總數(shù)。

綜上數(shù)據(jù)表明，補(bǔ)償柜可以顯著提高功率因數(shù)，且降低能量損耗，達(dá)到

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

4? 結(jié)束語(yǔ)

功率因數(shù)過低的問題在岸橋中普遍存在，有些碼頭時(shí)常被當(dāng)?shù)仉娏Σ块T罰款，受到嚴(yán)重困擾。本文介紹了功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)幕驹恚O(shè)計(jì)了功率因數(shù)補(bǔ)償裝置，最后理論結(jié)合實(shí)際，將該裝置應(yīng)用于實(shí)際岸橋項(xiàng)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(jì)思想可供相關(guān)企業(yè)借鑒。

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