王琛

碼頭龍門吊由吊梁行車、主橫梁、托架、支腿、大車以及電氣設備等組成，主要采用柴油機組供電方式，存在能耗和運行成本較高等缺點。鑒于此，本文提出碼頭龍門吊“油改電”技術(shù)方案：在龍門吊柴油機房上部中間位置新增電纜卷盤裝置，電纜卷盤采用“速度+力矩限制”控制模式;采用干式變壓器，以解決龍門吊主變頻器電壓與市電電壓銜接的問題;在輔助電氣房內(nèi)安裝電源切換系統(tǒng)、電纜卷盤控制系統(tǒng)及多功能電能表，并在司機室內(nèi)增加相應的按鈕、選擇開關和報警指示燈。實踐證明，碼頭龍門吊“油改電”技術(shù)方案在降低龍門吊能耗方面效果明顯，有利于建設節(jié)能型和環(huán)境友好型碼頭，提高能源利用效率和經(jīng)濟效益。

1 碼頭龍門吊“油改電”技術(shù)方案主要內(nèi)容

碼頭龍門吊“油改電”技術(shù)方案設計思路為：改造龍門吊電纜卷盤控制系統(tǒng)和安川控制系統(tǒng)，采用全變頻驅(qū)動電纜卷盤供電方案，通過地面設置的電源插座為龍門吊提供動力電源;龍門吊增設變壓器，將市電電壓轉(zhuǎn)換為適合龍門吊運行的電壓，從而實現(xiàn)節(jié)能降耗。

1.1 新增電纜卷盤裝置

龍門吊柴油機房上的平臺采用槽鋼等型材構(gòu)成，電纜卷盤安裝在柴油機房上部中間位置，采用全變頻驅(qū)動方式。電機采用ABB變頻調(diào)速電機，減速器采用寧波偉隆自產(chǎn)的硬齒面減速器，上機電纜采用進口的阿里斯頓電纜。電纜卷盤采用“熱浸鋅+油漆”單排螺旋纏繞結(jié)構(gòu)，卷盤纏繞電纜圈數(shù)（即大車相對電纜固定點的位置）由編碼器拾取，使得變頻器輸出的扭矩從空盤到滿盤呈線性比例關系，此值經(jīng)過可編程邏輯控制器運算后給定。大車電纜卷盤采取“速度+力矩限制”控制模式，以確保電纜受力處于合理范圍內(nèi)，從而保證電纜跟隨大車行走。

電纜卷盤配置的凸輪限位開關可以判斷大車空盤、預空盤、預滿盤、滿盤等4個位置信息：當電纜卷盤控制系統(tǒng)拾取到預空盤和預滿盤信息時，大車減速運行，其中，大車在預滿盤過坑時減速到10%～ 30%速度運行;當電纜卷盤控制系統(tǒng)拾取到空盤信息時，卷盤只留有2圈電纜，大車緊急停止運行。導纜架配置方向限位、過緊限位和預松纜限位，其中，過緊限位和預松纜限位提高電纜卷盤控制系統(tǒng)的智能性和設備運行的可靠性。[1] 為了保障電纜安全運行，可以通過導纜架限位來判斷電纜過緊、電纜過松等故障：若電纜過緊，則大車停止運行;若電纜過松，則須按“復位”按鈕后大車才能啟動。電纜地面端由拐臂式電纜固定裝置固定在地面上，并通過大電流插頭與地面線箱的插座連接。電纜卷盤控制系統(tǒng)安裝在此新增平臺上的電氣柜內(nèi)，變壓器、整流回饋逆變單元和電源切換柜等也安裝在此電氣柜內(nèi)。新增平臺通過直梯與現(xiàn)有電氣平臺連接，方便工作人員日常維護保養(yǎng)。碼頭龍門吊電纜卷盤基本參數(shù)見表1。

1.2 變壓裝置改造

龍門吊采用上海華博戶外型干式變壓器，外部箱體采用304不銹鋼制成，型號為SG-400KVA，輸入電壓為690 V，輸出電壓分別為400 V、440 V和，容量為400 kVA，防護等級為IP55。變壓器二次側(cè)采用多抽頭方案，可以有效解決龍門吊上不同主變頻器電壓與市電電壓銜接問題。調(diào)整后的變頻器主電壓和控制電壓等級必須有效響應市電電壓，變頻器參數(shù)和硬件方面的修改須建立在帶額定負載調(diào)試的基礎上，調(diào)試后各機構(gòu)變頻器達到原有功能要求，滿足額定負載下的技術(shù)要求。

1.3 電源切換裝置及安川控制單元改造

龍門吊電源切換裝置采用國際知名品牌大型斷路器及接觸器，實現(xiàn)柴油機組供電方式與市電供電方式的切換選擇。電源切換裝置安裝在輔助電氣房內(nèi)，具備機械保護和電氣互鎖保護功能，可防止供電電源沖突。此外，在輔助控制柜內(nèi)增加安川120系列模塊，包括安川120底板、電源、輸入模塊、輸出模塊和通信模塊等，用于控制卷盤系統(tǒng)。

1.4 輔助電氣房內(nèi)部改造

首先，在龍門吊輔助電氣房內(nèi)部安裝一套電源切換系統(tǒng)，主要包括斷路器和接觸器，以實現(xiàn)柴油機組供電方式與市電供電方式的切換選擇，防止供電電源沖突;然后，在輔助電氣房內(nèi)增加西門子S7系列模塊，包括底板、電源、輸入模塊、輸出模塊和通信模塊等，并在輔助控制柜內(nèi)增設安川120系列模塊，用于控制卷盤系統(tǒng);最后，在輔助電氣柜內(nèi)安裝多功能電能表，以記錄龍門吊的有功功率、無功功率、三相電壓、三相電流、有功用電量、無功用電量以及功率因數(shù)等數(shù)據(jù)，并通過多功能電能表與設備管理系統(tǒng)通信，統(tǒng)計多功能電能表的各項參數(shù)。

1.5 司機室改造

為了實現(xiàn)對切換電源等操作的保護及提醒功能，司機室內(nèi)增加相應按鈕、選擇開關、報警指示燈等。相關設計改造必須符合現(xiàn)場設備實際使用情況，并盡可能簡潔合理，從而最大程度地減少司機誤操作。司機室重設小車坦克鏈電纜，一般選擇易格斯專用小車坦克鏈電纜。司機室增加發(fā)動機組電池電源控制開關，并增加發(fā)動機全速運行信號的切換條件，確保發(fā)動機全速運行后方可由市電供電方式切換至柴油發(fā)電機組供電方式。

2 碼頭龍門吊“油改電”技術(shù)方案應用效果

以某碼頭龍門吊為試驗對象，測試龍門吊“油改電”技術(shù)方案應用效果。該碼頭龍門吊型號為LHT100，最大起升質(zhì)量為40 t，采用頻率為50 Hz、電壓為380 V的三相交流電源，端梁型號為QH10，電機組成及功率見表2。對該碼頭龍門吊實施“油改電”，采用阿里斯頓電纜、寧波偉隆硬齒面減速器、西門子S120系列變頻器、安川A1000系列變頻器和ABB電機組成大車電纜卷盤裝置。由見表3可見：“油改電”后龍門吊耗油量比改造前明顯減少，節(jié)油率達到80%左右。這證明龍門吊“油改電”技術(shù)方案節(jié)能減排效果明顯，符合國家綠色環(huán)保政策要求。

3 結(jié)束語

碼頭龍門吊“油改電”不僅有助于降低碼頭運營成本，提高碼頭競爭力，而且在消除柴油發(fā)電機組噪聲污染、減少燃油排放污染、改善龍門吊司機工作環(huán)境等方面作用明顯?？偠灾?，碼頭龍門吊“油改電”既順應社會經(jīng)濟發(fā)展的需要，又為社會節(jié)能減排作出貢獻，具有顯著的經(jīng)濟效益、社會效益和生態(tài)效益。

參考文獻：

[1] 黃浩. 對KC50-42B龍門吊進行結(jié)構(gòu)連接方式改造[J]. 內(nèi)燃機與配件，2018（14）：159-160.