“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)場橋設備完成“油改電”后，在能耗成本管控上取得一定成效;但在設備利用市電作業(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，不僅嚴重影響設備作業(yè)效率，而且導致設備電控系統(tǒng)精密部件受損，使得設備維護成本增加。為此，對場橋實施能耗電阻器節(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，并且設有散熱透氣孔。雨霧天大量潮氣通過透氣孔滲入電阻箱內，造成直流母線對地絕緣阻值降低，從而導致進線滑觸線主電路線路絕緣阻值偏低，并導致變電站檢測出直流母線電壓正負發(fā)生偏置，最終造成直流母線柜加裝的檢測裝置頻繁跳閘，嚴重影響場橋作業(yè)效率。

鑒于此，有必要增設控制能耗電阻器通斷的直流接觸器和市電預充電裝置，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動器回路消耗吊具下降產生的電能，以確保起升驅動器平穩(wěn)上電及作業(yè)過程中直流電壓穩(wěn)定。當場橋利用市電作業(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，同時將吊具下降產生的電能回饋至市電電網(wǎng)并再次應用于場橋作業(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，接入起升變頻器內部充電限流回路，防止起升驅動器直接上電而導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）增加預充電接觸器MC8。當設備在滑觸線區(qū)域作業(yè)時，680 V市電主電源在復位后通過預充電接觸器為起升驅動器直流母線預充電后設備再進入正常工作模式，從而防止起升驅動器直接上電而導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動器P+端直流母排，吊具下降造成起升驅動器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動器平穩(wěn)上電，以及市電供電情況下將吊具下降產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)化改造內容

3.1 硬件改造

3.1.1 主電路硬件改造及施工內容

（1）下移原直流保險絲組，為增設能耗電阻器控制接觸器預留空間，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。吊具下降產生的多余電能可通過能耗電阻器消耗，從而確保起升驅動器內無異常過流。

（2）將市電電網(wǎng)進線從起升驅動器內充電限流及整流電路中移出，直接接至起升驅動器直流母排P+端（見圖4），使起升電機在吊具下降時產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容

3.1.2.1 起升驅動器預充電控制電路改造

預留控制電路空間，加裝控制硬件固定底板，并加裝2個預充電電阻器、控制繼電器K74和K75及控制接觸器MC8，為起升驅動器進電限流。并聯(lián)接入2個電阻為5、功率為600 W的電阻器后，最終預充電電阻器總電阻為2.5，功率為1.2 kW，與起升驅動器內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動器內部電路構成完整回路，從而在預充電后實現(xiàn)為起升驅動器內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

預充電過程通過復位后程序%QX12.0.14輸出，K74預充電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，起升驅動器進入正常工作狀態(tài)?！坝透碾姟眻鰳蚰芎碾娮杵鞴?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）