關于輪胎式集裝箱龍門起重機“油改電”技術的思考

鄭火碾

（廈門國際貨柜碼頭有限公司，福建廈門 361000）

0 引言

隨著低碳節約型社會的全面建設，交通運輸行業也需要積極配合，對于運輸港口來說，有必要在此背景下加速實現場橋的“油改電”，促進港口碼頭的節能減排，降低碼頭的運營成本。

輪胎式集裝箱龍門起重機（Rubber-Tyred container Gantry crane，RTG）作為港口集裝箱裝卸、轉運、保管以及交接的重要設備，在實際運行過程中，由于其是將采油發電機組的驅動作為主要動力來源，因此容易出現能源和成本的浪費。以實際的電能轉化情況來看，目前還有著能耗和成本較大，然而能量轉換效率較低的不足。在燃油價格普遍較高的背景下，柴油機排放的一些廢氣、廢油以及廢水和噪聲等都會對周圍的環境造成較大污染。因此需要實施輪胎式集裝箱龍門起重機的“油改電”技術，促進節能減排的同時來降低碼頭運營成本。

1 輪胎式集裝箱龍門起重機存在的問題

目前輪胎式集裝箱龍門起重機的主要驅動力是柴油發電機機組，由于間歇式工作狀態，因此其需要保持待機，就會形成空耗從而占據絕大多數的時間，存在實際能量轉換之間的效率過低、費用成本過高的問題，對企業的經濟效益產生影響。由于是柴油機提供動力，一些氣體、噪聲和廢液污染問題比較嚴重，對周邊地區的生態環境造成較大破壞，具體表現在以下4 個方面：①資源浪費，由于輪胎式集裝箱龍門起重機一天中有不少于1/4的時間處于待機狀態，這些無用功消耗是對成本和資源的巨大浪費；②柴油機發電機組的能量轉化效率較低，一般在1/3 左右；③成本過高的原因主要有兩個，一是該機組的油耗過高，空轉時間長會引起成本增加，另一個就是受原油價格波動影響；④在日常維護方面，柴油電機機組只有經過頻繁的維修才能保證正常使用，并且一些零部件的更換和保養也是一筆很大的費用，是不得不解決的問題。

2 輪胎式集裝箱龍門起重機“油改電”技術原理

首先，對于輪胎式集裝箱龍門起重機來說，柴油發電機的動力實現，就是利用柴油將一些化學能轉化為熱能，然后這些熱能就會再轉化為機械能作為動力來源，最后再轉化為電能供輪胎式集裝箱龍門起重機使用。在這一過程中需要進行多次的能量轉換，導致轉換效率非常低下。而通過“油改電”公共市電電網的能量轉換來看，其轉換效率要比柴油發電機機組效率高60%左右，在實施這種油改電以后，能夠讓輪胎式集裝箱龍門起重機的電機直接外接市電電網，讓能耗得到明顯的降低。而且在集裝箱碼頭作業模式下，輪胎式集裝箱龍門起重機各個機構的電動機在大部分的作業時間段內，都會受到機構正常動作間隙以及輪胎式集裝箱龍門起重機司機等待操作指令等因素的影響，這會浪費一些能量。而通過“油改電”技術實施，輪胎式集裝箱龍門起重機的柴油發電機組可以完全停止運行，不進行吊箱作業的時候基本上不會消耗能量，從而實現能源使用效率的最大化。

3 輪胎式集裝箱龍門起重機“油改電”技術方案

3.1 低架公共直流母線滑觸線方案

低架公共直流母線滑觸線方案的實施中，公共直流母線系統作為使用方案的主體，具體使用過程中包括電網能量反饋和自動取斷電等技術。從該方法的應用現狀來看，目前有著明顯的優勢，如：有著較好的節能性，與其他兩種技術方案相比，能節省將近一成的能耗。不過，其在使用過程中也受到一些因素的制約，比如：該技術初期應用對場地有著較高的要求，并且往往需要更大的成本投入；在設備改造上，還會花費高昂的改造費用；這種滑觸線在供電過程中，一旦電滑車發生故障將對其產生較大影響。在該方案的后期應用中，一些受電小車往往需要很高的成本對其進行維護，工作量比較大，并且在對起重機司機的操作技能要求比較高等。

在該方法的應用過程中，在實施“油改電”之前，輪胎式集裝箱龍門起重機發電機機組就需要為相應的交流電來提供能量，然后再在輪胎式集裝箱龍門起重機上設置出技術系統。并且當輪胎式集裝箱龍門起重機各個機構都在發電狀態下運行時，一些再生電能需要讓公共直流母線電壓升高至730 V 以上。為了達到這一目的，需要在技術方案實施過程中設置出一種能耗電阻器來消耗再生電能，這樣就可以讓輪胎式集裝箱龍門起重機在單獨作業過程中，避免一些能源的消耗。并且為了具體使用中將這種再生電能的利用率達到最大，還需要將輪胎式集裝箱龍門起重機上的一些小型公共直流母線系統進行并聯，這樣就可以讓多臺場橋同時運行，提高整體作業效率。而當公共直流母線電網下的多臺“油改電”輪胎式集裝箱龍門起重機工作過程中出現了再生發電狀態，并且這些再生能量不能夠在該段公共母線內完全消耗完成，此時在應對措施上需要注重直流電的整改，將晶體管變流單元轉化為穩定直流電，因為直流電可以更好地反饋到公共母線當中。并且在這一過程架設中，還需要在集裝箱堆場相鄰的箱區內來架設出低架滑觸線和側滑供電線路，并且對一些自動伸縮受電器進行特殊設計，然后將其安裝在海陸側鞍梁上。確保其能夠和一些輪胎式集裝箱龍門起重機大車進行同步移動，實現對輪胎式集裝箱龍門起重機的移動供電。如果場橋有著轉場作業的需求，此時司機就可以按照實際工況，直接用按鈕來做出合理控制。并且適時的對一些外接直流電源進行切斷，能夠讓整個發電機組有著穩定的供電狀況。并且實施之后的轉場工作。等轉到指定場以后，在對受電器接觸滑觸網進行控制，讓柴油發電機組停止工作，轉化為外部直流電源來提供動力，從而實現“油轉電”模式的運行。

3.2 低架交流安全滑觸線方案

低架交流安全滑觸線方案一般采用440 V 交流電源的三相四線制供電方式，以取代電滑車形式向起重機供電。這種方案，電路比較簡單，對設備的整體改造量也比較小，在架設過程中高度比較低，線路維修也比較方便。不過，與低架公共直流母線滑觸線方案相同，這種方法在初期應用過程中對場地有著較高的要求，而且往往還需要對場地地面做出大量改造。由于是低架形式，箱區之間的滑觸線連接始終是一個需要面對的重要問題。所以在起重機跑偏時，非常容易出現拉壞滑觸線的現象，這也是該方法在應用中比較明顯的缺點。最后，在其應用過程中，還必須考慮技術方案的維護工作量。一般來講，該方案的維護工作量很大，導致線路電壓也比較大，一些再生能量不能很好地回饋到電網當中，往往只能以能耗電阻器的形式被消耗。

3.3 電纜卷盤方案

電纜卷盤方案也是輪胎式集裝箱龍門起重機“油改電”技術方案實施的重要途徑，其主要由電纜卷盤、控制系統、供電電纜、地面接線箱、電纜插頭、導纜架等部分組成。以電纜卷盤應用現狀來看，其在一些單機改造上有著更大的使用空間。對于場地也沒有很高的要求，相應地場地工作改造量也比較小。另外，由于該方案采用電纜供電，供電故障率比較低，不需要進行過多的維護。利用該方案時需要注意，當改造規模較大時投入的成本也較高。另外，在對機上改動時往往工作量較大，需要增加設備的整體自重。而且一些再生能量通過能耗電阻器的消耗，還不能很好的反饋到電網當中，也是該方案應用中需要重視的問題。總之，一些場地面積小且起重機數量比較少的小型碼頭，比較適用這種技術方案。

3.4 高架滑觸線方案

高架滑觸線供電方式的系統組成主要包括滑觸線饋電系統、輪胎式集裝箱龍門起重機取電裝置。具體應用：將電車銅滑觸線作為主要的載流導體架設到輪胎式集裝箱龍門起重機頂上，一般來說主要的架設高度為25 m 以上，而塔架之間的距離則大約為150 m。與其他方案相比，這種高架滑觸線方案不僅架設的電線桿數量比較少，場地空間占用也比較節省，平時也不需要刻意維護，另外供電質量相對較高，復雜性也比較簡單。不過對適用面也有著一定的要求，對于一些狹長的場地，一般需要中大規模10～20 臺，設備密度也需要保持中等，這些都是高架滑觸線方案需要注意的地方。

4 結語

綜上所述，與傳統的柴油發電機組驅動相比，“油改電”技術方案能大大改善輪胎式集裝箱龍門起重機電源質量，對于設備整體故障率的降低有著積極作用。當輪胎式集裝箱龍門起重機過街或者轉場時，提前啟動柴油發電機組，能夠在斷開市電后仍能保持交流電源的不間斷，并較好地解決起重機夜間作業時因為電源切換造成照明間斷的問題，有著極高的應用價值。