龙门吊油改电项目电力电气设计

0 引言

传统 RTG 起重机是采用柴油发电机作为动力电源进行生产，存在着严重废气污染环境，能耗大等缺点。为适应“绿色港口”发展要求，达到节能减排、科学发展，同时优化产业能源结构、降低企业经营成本，厦门国际货柜码头有限公司进行 RTG 油改电项目改造，即 RTG 采用滑触线提供的市电作为生产动力电源，在堆场内装卸集装箱。柴油发电机组供电作为转场用动力电源。油改电项目电力电气改造的内容包括：在堆场内设置低空滑触线，RTG 海陆侧各安装一台集电自动小车，并对 RTG 电气进行改造；改造后使用市电的 RTG 称为电动龙门吊起重机（称为 ERTG），它有可靠的联锁和安全保护功能、便捷的集电小车，能保证其安全生产作业。

1 集电低空滑触线结构组成

厦门国际货柜码头有限公司经过多方考察分析论证，综合技术、安全性能、经济等方面的比较，结合公司实际生产情况，采用低空滑触线（高约 3 m，电压 690 V）方案，其主要由钢结构、滑触线、喇叭口、自动集电小车等组成。滑触线端部钢结构如图1 所示，头尾两端设置对位区和喇叭口，对位区是 ERTG 集电小车进出滑触线的地方。

1.1 钢结构

分布于箱区侧边，有 T 型和 L 型之分，固定在地面上用于安装、固定滑触线，喇叭口等，为箱区提供电源。钢结构之间用25 mm2 的铜导线连接，在滑触线侧做接地线，接地电阻小于3 Ω，起到安全防雷保护。

1.2 滑触线

滑触线为 4 根，三相动力线加一根零线，单层分布形式，滑触线通过悬吊架固定于钢结构上。供电电缆连接滑触线和地面柜，为滑触线供电。

1.3 喇叭口

喇叭口安装于每条滑触线钢结构两端，和滑触线端部平滑联接。便于集电小车电位器上的铜刷顺畅进出滑触线。

1.4 自动集电小车

在 ERTG 电气房测和柴油机测底部各安装一台自动集电小车（图 3），通过他上面的铜刷与滑触线接触进行集电，为 ERTG提供市电。

2 滑触线供电系统配置

堆场内共设置 3 个箱式变电站，负责全场滑触线供电。下面以设在 R5 场的户外露天工况堆场箱式变电站为例，介绍其电力配置。R5 箱变负责 H、M、R 三个堆场 24 个滑触线箱区，12 条双排滑触线供电。每条滑触线底下配置一个供电柜，内安置 2 套送电电气，为滑触处供电，In（额定电流） 等于 800

A。箱变系统具体包括 10 kV 负荷高压开关柜、供电主变压器、低压开关柜、功率因素自动补偿柜、防雷、接地保护、空调和除湿装置等。

2.1 一次电气方案图（图 2）

2.2 R5 堆场箱式变电站电气配置

2.2.1 变压器配置

（1）变压器电压配置。电压：初级为 10 kV AC，次级为 690V AC。

（2）变压器额定容量配置。

H、M、R 堆场*多安排 10 台 ERTG作业，单台作业时*高功率为 400 kV·A，用电设备的总额定容量 Pn∑为 4000 kV·A，取需用系数 KX 为 0.4。变压器额定容量计算公式如式（1）：P=KxPn∑=0.4×10×400 kV·A=1600 kV·A （1）变压器额定容量定为 1600 kV·A。

2.2.2 高压开关柜配置

①型号为 KYN28A-12；②主母线规格为 TMY-60×6；③一次额定电压 10 kV；④控制电压 AC220 V；⑤高压额定电流 In=125 A；⑥额定开断电流 25 kA；⑦动稳定电流 63 kA；⑧柜体外形尺寸：800×1500×2300；⑨接地母线：TMY-40×4，接地电阻2.7Ω；⑩避雷器型号为 HY5WS-17/50，3 个；11 断路器手车：VD4/Z-12/630-25 A；12 微机保护装置：PMF-690 A。

2.2.3 低压开关柜配置

R5 场箱变内设置 1 个总低压开关柜，型号为 XJDW1-2000M/3P。12 个低压开关分柜，型号为 XJDW1-2000M/3P，负责24 个箱区内供电。具体参数设置如表 1 所示。

2.2.4 高压电缆

公司供电站到箱变高压电缆，长度 1180 m，地下穿管连接。为使供配电系统能安全、可靠、上等、经济的运行，参照我国规定的经济电流密度 Jec（A.mm-2）表，导线材料为铜线，年负荷利用小时数大于 5000 h 时 Jec 为 1.75，电缆截面规格具体计算如式（2）、（3）、（4）。线路电压损耗计算见公式（5）、（6）、（7）、（8）。*终采用 YJV22 -10 kV-3×70 mm2 的铠装高压电缆。

（1）电缆型号。

因高压电缆安放在地下电缆沟内，选用聚氯乙烯护套电力铠装高压电缆（YJV22 -10 kV），它符合抗潮湿环境及电压等级为 10 kV 的要求。

（2）电缆截面选择。

P=1.732×U×I×cosФ （2）cosФ 为 0.75。I=1 600 000/1.732/10 000/0.75=123 A （3）Aec=I/Jec=123/1.75=70.2 mm2 （4）选择电缆截面为 70 mm2 的铠装高压电缆。

（3）电缆的阻抗。

R=ρ×L/S （5）其中 ρ 为导体电阻率，L 为导体长度，S 为导体横截面积。R=0.017 2（铜）×1180/70=0.289 9 Ω;

（4）电缆的电抗。

6~10 kV 电缆的电抗 Xo 为 0.08 Ω/km。X=Xo×L=0.08×1.18=0.094 Ω （6）

（5）线路电压损耗计算。

Q=P×tanФ=1600×0.878=1400 kVar （7）tanФ 为 0.878。ΔU%=1/10U（2 PR+QX）=1/10×102（1600×0.2899+1400×0.094）=0.6% （8）ΔU%小于线路额定电压的 5%，符合高压配电线路规范要求[1]。

2.2.5 低压电缆

R5 场箱变低压开关分柜到滑触线供电柜的电缆，距离150 m 以内。采用 2 条 YJV22-1KV-3×150 mm2+1×70 mm2 的电缆，一条负责提供一个箱区滑触线的供电。

3 RTG 电气改造

①增加一个高低压电气柜，进行市电和柴油发电机的电源转换；②增加一台电力变压器，额定容量为 450 kV·A，输入电压：690 VAC，输出电压：各 RTG 原来的电压；③恢复联动台上柴油发动机远程操作功能；④增加两侧激光防撞、减速限位装置；⑤加装 RTG 防撞滑触线的 PLC 程序保护；⑥增加柴油机房侧、电气房侧集电小车电气配置；⑦增加集电小车 PLC 电气控制。

4 集电小车

在 ERTG 电气房测和柴油机测底部各安装一台自动集电小车，它使用小功率空气压缩机作为动力。其伸缩气缸控制两侧臂机构伸缩，升降气缸控制上下滑动小车升降，锁紧气缸控制整个机构处于上锁或解锁两种状态。小车上共安装 8 个集电器，8 个集电器单层安装。小车外侧安装有多个感应开关，用于检测小车工作状态。小车整个工作工程由 SIEMENSPLC 控制。

4.1 自动集电小车结构图（图 3）

4.2 自动集电小车电气配置

ERTG 海、陆侧各安装一个小型 SIEMENSPLC 基站，专门控制集电小车工作，配合ERTG“油/电”电源切换工作。ERTG 机上主PLC 与集电小车 PLC，通过小型继电器点对点的方式，进行小车工作命令信号和工作状态信号的交换。

4.2.1 集电小车自动工作过程

以陆侧集电小车进场为例，分析其自动工作过程。在进场前，集电小车处于机构锁紧状态，ERTG 大车慢速行进到滑触线端部对位区，当安装于机上的激光开关对到滑触线反光膜时大车自动停止。同时司机室“对位区指示”灯亮，接着司机按下“小车伸缩”按钮，集电小车开始自动工作，首先升降气缸自动顶起集电小车，上升到位后锁紧机构解锁。接着伸缩气缸收缩并带动上电小车上的臂架伸出。当臂架伸出到位后，升降气缸自动下降，集电小车进入引导轨。下降到位后，司机室“小车伸出”指示灯亮，集电小车自动工作完成。司机操作大车慢速前行，使集电小车由引导轨进入轨道，集电器碳刷由喇叭口进入滑触线。继续前行到“换电区”，大车自动停止，“换电区指示”灯亮，司机将“油龙/电龙”开关选择在“电龙”位置，“电龙指示”灯亮，柴油机远程熄火，完成由柴电转换为市电供电，ERTG 接着以市电为动力，进行正常吊箱作业。

4.2.2 SIEMENS PLC 程序（图 4

5 改造效果

ERTG 油改电整体项目改造完后，采用市电作业的 ERTG完全消除二氧化硫、氮氧化物、悬浮粒子的排放及发动机的噪声，减排效果明显；发动机故障可减至*少，发动机维修费用节省 50%左右，大大降低维修成本支出。根据厦门国际货柜码头有限公司每月生产数据统计，至 11 月份，ERTG 油改电项目

2017 年度累计节能量 1640.34 t 标准煤、节约成本 532.012 3万元。使用集电自动化控制系统的 ERTG 获得较高的节能效应和环保效应及经济收益效应，适应“绿色港口”的发展要求。

6 结束语

目前，厦门国际货柜码头有限公司正在实施 ERTG 无缝转场改造工作，即 ERTG 增加一套 DSE8620 柴油发电机组控制系统，他通过参照市电参数，自动调节柴油发电机组，使其发出的电在频率、相序、电压、相位与市电一致后，自动将市电、柴电并网运行，接着由司机进行电源切换工作。它保证 ERTG 换场全程有电源供应，省去电源切换时机上电器重新启动的时间，实现无缝转场。使用集电自动控制系统来实现无缝转场，提高 ERTG 生产作业效率，在近期必将成为集装箱码头自动化技术升级改造的重点。