轮胎吊高架滑触线供电方式油改电在集装箱港区的应用

1 前言

近年来‚上海港集装箱吞吐量增长迅速。集装箱码头堆场装卸采用轮胎式集装箱起重机 （简称 ＲＴＧ）作业‚依赖自身配置的柴油发电机组供电‚不但效率低、能耗大‚且随着国际原油市场的动荡及燃油价格的不断上扬‚ＲＴＧ的运行成本不断攀升。同时 ＲＴＧ柴油机组供电方式存在维护量大‚运行中废气排放高、噪音大等缺点‚与环保要求有很大的出入。国家在 “十一五 ”规划中明确提出节能降耗和污染减排的目标‚因此对传统ＲＴＧ进行节能改造具有非常重要的战略意义。

目前传统 ＲＴＧ节能措施主要有两大类‚一是对轮胎吊原有柴油发电机组进行改造和优化‚从而降低能源消耗；二是采用市电取代柴油发电机组供电‚简称 “轮胎吊油改电 ”。由于采用市电供电‚ＲＴＧ除转场作业外‚柴油发电机组被彻底取代‚可以大幅降低 ＲＴＧ运行成本和能耗成本‚是一种非常彻底的节能方法。本文着重对轮胎吊油改电方案在集装箱港区堆场的应用进行研究。

2 轮胎吊油改电供电方案

就目前轮胎吊油改电方案而言‚主要区别在于供电方式不同。主要有电缆卷盘供电、低架滑触线供电和高架滑触线供电三种方式。

2．1 电缆卷盘供电方案

电缆卷盘供电方式 （见图 1）的供电系统由电缆卷盘、控制系统、电缆沟、电缆快速插头、地面接线箱等共同组成。当 ＲＴＧ沿堆场跑道行走时‚由电缆卷盘的控制系统根据 ＲＴＧ行走时上机电缆的张力‚通过变频控制来调节电缆卷盘的收放‚使之与 ＲＴＧ的行走速度相匹配‚以保证上机电缆的安全。上机电缆经导缆架引导进入电缆沟‚电缆端部通过快速插头与地面接线箱连接获得市电。

2．2 低架滑触线供电方案

低架滑触线供电方式 （见图 2）的供电系统由滑触线馈电装置、集电小车及柔性牵引连接装置、上机电缆快速连接装置等共同组成。采用刚体滑触线作为 ＲＴＧ供电的导体。一般架设高度为2～3ｍ‚每隔 3ｍ左右必须有一个电杆作为支撑。

2．3 高架滑触线供电方案

高架滑触线供电方式 （见图 3）的供电系统由滑触线馈电系统、ＲＴＧ取电装置等组成。以电车铜滑触线作为载流导体架设在 ＲＴＧ顶上。一般架设高度在 25ｍ以上‚塔架间隔距离约为 150ｍ。

3 高架滑触线供电方式油改电在沪东集装箱码头的应用

3．1 公司情况

上海沪东集装箱码头有限公司是上海国际港务 （集团 ）股份有限公司与有名的跨国企业埃彼穆勒 －马士基集团旗下的码头公司在中国上海共同组建的合资公司‚管理经营上海港外高桥港区四期集装箱码头。

自 2003年公司成立以来‚集装箱吞吐量逐年增长‚公司能耗成本特别是油耗成本随之成倍增长 （见图 4）。大量的能源消耗与国家在 “十一五 ”规划中提出节能降耗的目标相违背。因此节能减排工作成为公司目前重要工作之一。

3．2 油改电方案选择

沪东公司近几年集装箱年吞吐量均高达 360万 ＴＥＵ‚公司拥有 ＲＴＧ48台‚堆场面积 78万 ｍ2‚堆场使用率高达 75％。ＲＴＧ作业时转场作业和跨箱区作业十分频繁。公司根据以上实际情况‚经过专家评审*终选择了高架滑触线供电方案。

此方案具有以下特点：

1）架设高度在 25ｍ以上‚超过 ＲＴＧ和其他码头移动设备的高度‚对港口设备没有妨碍‚可避免由于碰撞造成的损失。

2）ＲＴＧ司机无需改变操作习惯．可操作性很好‚安全性也强。

3）在直线箱区间移动自由‚保证了绝大部分

ＲＴＧ转场机动性的要求‚因此‚可以结合其他简单方法‚彻底让 ＲＴＧ从柴油发电机中解放出来‚并省去相当大的柴油机维护成本。

4）ＲＴＧ切换供电时‚由于电源开关的安全距离达 2ｍ‚所以系统安全性很高。

5）高架滑触线的架线依靠高杆塔架完成‚塔高为 34．2ｍ‚间隔约为 150ｍ左右‚因此‚可选择合适的空间来安装‚保证不影响运行‚没有碰撞危险。

6）设备使用寿命很长‚主要部件在30～50年以上。维护成本低。

7）系统供电效率高‚综合经济性很好。

8）采用市电供电的 ＲＴＧ‚达到了很好的降耗减排的目的。

9）虽然堆场改造成本相对较高‚但考虑到寿命、效率、维护和省略柴油发电机‚综合经济性相当优越。

10）该方法不仅适用于老堆场‚对于新堆场‚由于高空滑触线方式还保留了转场的机动性‚所

以它在机动性方面比 ＲＴＧ有优势‚这是它目前被新建码头看中的重要原因。

3．3 公司高架滑触线供电方式油改电的应用

3．3．1 项目范围及主要内容

公司已经完成 4条 ＲＴＧ作业线改造工作‚每条作业线长度为 1160ｍ；每条线架设塔架 9座‚其中中间塔 7座‚端塔 2座。塔架间距为 143．6ｍ‚高度为 34．5ｍ。每条线架设避雷索 2根、承重锁 4根、铜滑线 8根 （见图 5）。改造轮胎吊 32台。

3．3．2 项目设计概况

3．3．2．1 项目设计指导思想

轮胎吊工作时‚架空滑触线应保持平直‚平即滑触线与地面道路应保持平行‚直接要求在*大八级横风作用下‚滑触线风致摆动单侧*大值不应超过 1ｍ。改造后的轮胎吊要求滑触线距地面高度 24ｍ。根据工艺要求并结合场地条件‚本工程采用了塔索组合结构作为电线的支撑结构：在场地内每间隔 146．3ｍ设置高度为 34．5ｍ钢结构塔架‚并在塔架之间张拉承重钢索‚由承重钢索及调节挂索将悬挂的滑触电线调节至设计标高并使之平直 （每侧箱区设两根承重索及四根滑触线‚两侧箱区对称设置 ）。塔架分中间塔及端塔‚中间塔为承重钢索及滑触线提供竖向支撑‚端塔为承重钢索提供锚固点。在平行于承重钢索的上部5ｍ处设置避雷索 （每侧箱区设一根 ）。由于工程地址在港口集装箱集中堆放区‚对塔架占地的范围有一定的限制‚本设计决定采用抗弯性能较好的钢结构空间桁架式的塔架结构‚同时桁架主材采用钢管‚这样既减小了作用在结构上的风荷载‚又提高了材料的使用效率。塔架横截面为边宽1．5ｍ正方形‚主体结构沿高度方向等宽度‚通过桁架弦杆截面积的变化达到结构竖向刚度变化的效果 （与结构上外荷载产生的弯矩变化趋势一

致 ）。塔架横担在滑触线连接点处设计成滑动或活动构造‚以保证铜质滑触线在外界温度变化下的自由伸缩。考虑到安全因素及不影响场内交通‚为滑触线在端塔处的张拉配重专门设置了转换桁架、滑轮组及活动钢梁‚在满足工艺操作的前提下成功地将配重块置于塔架边的安全区域。

3．3．2．2 塔架基础设计

本工程于港口地质条件较差‚地基土的承载力和侧向土抗力都较低‚而集装箱堆放区不适宜采用大开挖基础‚采用混凝土预制方桩‚其桩的单位面积承载力高；桩身质量易于保证和检查；桩身混凝土的密度大‚抗腐蚀性能强‚施工工效高。

经计算采用400Ｘ400预制方桩‚桩长32ｍ‚桩持力层为 5－2－2层粉细砂夹粉质粘土。单桩竖向抗压承载力设计值为 800ＫＮ‚单桩竖向抗拔承载力设计值为450ＫＮ。承台基础埋深为自然地坪下 2．1ｍ。

3．3．2．3 钢结构设计

本工程项目由于港口码头场地可立塔的位置有限‚所以采用窄基钢管塔。

结构主体为正方形钢结构桁架‚现场采用承压型高强螺栓拼装‚钢结构与基础的连接采用预埋地锚螺栓。中间塔设计重量约 18ｔ‚端塔设计重量约 28ｔ。所有外露钢构件均需作热浸锌防腐处理‚镀锌厚度不低于 86ＵＭ。

3．3．2．4 高空滑触线系统的设计

双沟铜滑线 （见图 6）具有运行可靠、压降小、造价低、通用性强等多种优点。用电线杆将双沟铜滑线架设在 24ｍ高空中‚重量由钢索支撑‚保证其水平双沟铜滑线固定在绝缘瓷瓶吊链上‚几根铜滑线水平放置‚间距在 400ｍｍ左右‚铜滑线端部采用滑轮或者加以配重以保证铜滑线能够安全可靠地处于水平张紧状态‚保证轮胎吊的可靠供电。本 次 使 用 的 双 沟 铜 滑 线 是 截 面 积 为185ｍｍ2的铜滑线。

3．3．2．5 避雷系统设计

线路防雷采用避雷索作为接闪器‚利用塔身作为引下线‚接地装置利用建筑物基础‚内钢筋及基础槽外敷设的人工接地体‚塔身与基础避雷带螺栓连接‚基地装置的接地电阻≤4．0Ω。

3．3．2．6 ＲＴＧ设备改造

ＲＴＧ上采用一套集电器 （每套四根 ）保证ＲＴＧ的可靠供电‚装有双电源切换开关‚可以使得 ＲＴＧ的供电方式能够在柴油机电源和滑触线电源两种方式中任意切换。滑触线集电器的水平摆动范围保证在 1000ｍｍ‚保证在八级以下大风干扰和 ＲＴＧ适当跑偏的情况下也能够正常供电。

滑触线集电器的安装高度以集电器受电碳刷高度计算‚确定为 24ｍ（见图 7）。

3．3．2．7 供电系统设计

本项目电源由港区 35ｋＶ总变引出 2路 10ｋＶ进线电源‚接至港区新增高压配电站‚再由高压配电站降压至 0．45ｋＶ后每条作业线的箱式变电站。每条作业线布置 2台箱式变压站‚可提供 8台 ＲＴＧ正常使用 （见图 8）。

3．3．3 项目实施情况

本工程由同济大学建筑设计研究院设计‚上海海得控制系统股份有限公司提供技术支持‚上海远东水运工程建设监理咨询公司监理‚上海港务工程公司承建。在各方努力下‚克服了工期紧、施工条件差等困难‚工程历时 5个月按照上港集团节点要求于 2008年 6月 30日**完工。主要施工流程见图 9。

3．3．4 项目主要难点

1）公司生产作业繁忙‚改造工程对日常生产带来较大影响‚必需与公司作业部门加强沟通、协调‚同时做好现场安全维护工作‚以防人员及设备发生安全事故。

2）本工程钢结构采用钢管桁架结构‚相贯线放样以及手工焊接工作量大‚加工质量和进度控制难度较大。建议设计可以加以改善和优化。

3）本工程为**项目‚在今后使用中应不断积累经验‚制定操作流程。同时应对碳刷等易耗件加强检查‚制定详细的维护保养计划‚确保系统正常运行。

3．3．5 运行效益分析

本项目截至 2008年 7月底已投入试运行一个月‚总计完成集装箱操作量为 19万 ＴＥＵ。经过统计分析‚项目取得了预期的效果。

3．3．5．1 社会效益

经对能源消耗分析‚折合成标准煤‚采用柴油发电机单耗为 0．976ｋｇ／ＴＥＵ‚采用滑触线供电为0．525ｋｇ／ＴＥＵ‚用电比柴油在能耗上节省了 46％。轮胎吊省去柴油发动机后‚可以杜绝废气排放‚降低设备运行噪声‚防止对环境的污染。

3．3．5．2 经济效益

经分析轮胎吊采用柴油发电机成本为 4．74元／ＴＥＵ；采用滑触线供电成本为 1．00元／ＴＥＵ。用电比柴油在成本上可节约79％‚按每台 ＲＴＧ年

作业箱量 12万 ＴＥＵ计算‚年消耗燃油费 56．88万元计算‚消耗电费 12万元‚每台一年可节约 45万元‚按 32台 ＲＴＧ配置计算‚一年节约运行成本

1440万元人民币‚按本项目总投资额 5500万元计算 （含设备改造 ）‚投资回收期为 3．8年。

4 结束语

节能降耗工作不仅影响企业自身利益‚对解决整个国家乃至全球的能源和环境问题也起到至关重要的作用‚具有非常深远的意义。