1 前言

隨著國際原油市場的動蕩及燃油價格的上揚,輪胎吊的運行成本不斷攀升, 國內乃至全球的各個碼頭公司已感受到高油價帶來的沉重負擔。同時輪胎吊排放廢氣黑煙和柴油機的巨大噪音也與日益嚴格的環保要求有距離。國家在“十一五”規劃中明確提出節能降耗和防污減排的目標, 具有非常重要的戰略意義。港口起重機是碼頭生產中的用能大戶,節能降耗任務非常嚴峻, 同樣也承擔著相當的防污減排環保義務。

我振東分公司的油耗成本隨吞吐量的上升而成倍增長, 據統計, 2004 年能源消耗為 5231 萬元, 占生產總成本的 12.8%, 其中油耗成本為 3258 萬元,占生產總成本的 8%; 2005 年能源消耗為 7071 萬元,占生產總成本的 15.4%, 其中油耗成本為 4587 萬元,占生產總成本的 10%; 2006 年能源消耗為 8136 萬元, 占生產總成本的 16.9%, 其中油耗成本為 5456萬元, 占生產總成本的 11.35%, 見圖 1。隨著油價的上漲和吞吐量的增長, 油耗成本將繼續大幅增加。

由于上述問題具有普遍性, 目前全世界各大港口都投入大量資金用于 RTG 節能減排的研發。如果能夠為輪胎吊提供市電, 代替了傳統的柴油發電機,可以有效地解決原先用柴油發電機帶來的高能耗、高污染、高噪音、維護量大、成本高等缺點。

目前在國內港口已有兩種實驗性方案: 電纜卷筒 和安全滑線 的形式。前 者是將電纜 卷 筒 安 裝 在RTG 上, 利用供電電纜將市電采集到 RTG 上, 該方式對場地有影響, RTG 跑道上須挖設電纜溝, 以防止車輛或 RTG 壓到供電電纜, 且機上改造較復雜,箱區內移動受限。后者是采用剛體滑觸線作為 RTG供電的導體, 一般架設高度為 2~3 m, 每隔 3 m 必須由一個電線桿作為滑觸線的支撐, 該方式占地面積也較大、對場地影響也較大; 且限制了 RTG 作業方式, 需要 RTG 駕駛走直線, 轉場不靈活。由于碼頭輪胎吊必須滿足機動性要求, 即不改變現有集裝箱碼頭操作工藝, 不改變現行輪胎吊操作方式, 而滿足其轉場需求。上述方法經過很多港口碼頭的實踐,發現在滿足輪胎吊機動性方面有一定不足。

由此, 在港務集團的領導下, 我們和上海海得公司聯合研發和實施了具有自主**技術的油改電方案——高架滑線輪胎吊供電方式, 有效地解決了上述問題。

2 高空滑線式輪胎吊

本次 RTG 油改電項目是在集裝箱 4 個箱區進行油改電場地供電系統的建造, 采用 5 座自立鐵塔、4根承重索、懸掛固定架及 5 根滑觸線組成一個整體結構體系。為保證滑觸線位于同一高度, 鐵塔每側的 2 根承重索通過可調節高度的懸掛固定架與 5 根滑觸線連接, 同時在滑觸線兩端通過鐵塔設置掛重。

供電系統和現場布置分別見圖 2、圖 3 及圖 4。項目試驗段總長 600 m ( 線路總長 1 200 m, ** 階 段 實 施 600 m; 每 條 線 路 同 時 可 供 10~12 臺

RTG 作業, **階段實施 4 臺 RTG) , 架設的 5 座架線鐵塔間距為 150 m, 橫跨 4 個箱區、縱跨 2 個箱區, 兩端配重水箱代替端塔。供電設施布置在中間

位置, 供電電壓 460V/AC。鐵塔由無縫鋼管構成,高度為 35.5 m ( 相對高度, 以地面作為基準) 。鐵塔*上端為避雷索安裝位置, 高度為 34 m; 中間為承

重索安裝位置高度為 29 m; *下端為滑觸線安裝位置, 滑觸線安裝離地面高度為 25.5 m。每 10 m 的滑觸線安裝吊線器, 以保證滑觸線基本水平; 在滑觸

線端部設有端部配重橫擔, 防止滑觸線在室外溫度隨季節變化而導致的熱脹冷縮引起的其下垂度的變化; 同時設有防搖橫擔, 保證在大風情況下盡量減少滑觸線的擺動幅度。

項目的電源由變電所提供 10KV 電源, 經過變壓器, 二次側降壓到 460V/AC, 電源供給設在當中的鐵塔處, 電源由底部電纜連接到雙溝銅滑線上, 可以確保每片場地上的電源能夠供給二臺 RTG 的正常工作。考慮以后的擴容需要, 本次設計按 3KV 的標準設計, 在需要擴容時可以隨時提高電壓等級, 擴大裝機容量。供電裝置中的銅滑線和滑線導電器是關鍵, 其中雙溝銅滑線具有運行可靠、壓降小、造價低、通用性強等多種優點, 幾根銅滑線水平放置,間距在 400 mm 左右, 截面積為 185 mm2; 滑線導電器主要由導電頭、調整支架、聯接底座三部分組成,導電頭與輸電滑線接觸, 將滑觸線上的電能可靠地輸送給輪胎吊。

項目還需要對 RTG 進行改造, 見圖 5。在 RTG一側設計安裝 1 個平臺, 用于安裝 4 個滑線導電器,平臺高度為 2 m 左右, 以便人員檢修和更換相應零件。使用柴油發電機供電時, 必須用鐵鏈將集電器固定住, 保證供電系統的安全可靠。電源控制柜將電源分為兩路, 分別為縱向的兩邊堆場提供電源。

每路電源都 有刀開關 、斷路器、三相 電 源 保 護 器( 含過壓、欠壓、相序保護) 、漏電保護, 并裝有三相電源電壓表、三相電流表用于檢測電源的情況。

在 RTG 電氣房內布置有三刀雙擲刀開關, 用于輪胎吊的電源切換, 刀開關向上合上為柴油發電機電源,向下合上為滑觸線電源, 使得 RTG 的供電方式在柴

油機供電和滑觸線供電兩種方式中任意切換。

結構抗風能力是港口安全的重要保證, 本項目設計保證整體結構能夠抵御 50 年一遇的大風。且滑觸線的擺動是直接影響 RTG 受電可靠的重要因素,本次項目經測量在六級東南風的情況下, 其搖擺度小于 2 cm ( 用經緯儀測量) , 能夠保證 RTG 在八級大風情況下正常工作, 九級風下應急行走。

同時考慮到 RTG 的運行實際, 采用的集電器能夠承受 RTG 啟動的大電流沖擊, 同時集電器左右各有 1 m 的擺動自由度, 保證 RTG 在跑偏的狀況下也能夠可靠供電。

另外, 結合港區車輛多、車流大的特點, 我們在每個鐵塔的周圍筑有防撞墻, 防止集裝箱卡車、工程車等發生撞擊意外, 對塔體的安全構成威脅。

3 節能和減排效果及展望

經過幾個月的施工, 本試驗項目從 2007 年 5 月17 日開始試運行, 取得了初步成效。據統計, 截至2007 年 6 月底 4 臺 RTG 共完成 55427TEU, 用電量為 72589 kwh, 單箱耗電 1.31 kwh, ( 折合標準煤)單 箱 耗 能 0.529 kg, 較 用 柴 油 在 費 用 上 節 省 了 約75.87%, 在能耗上節省了 50.83%。按每臺 RTG 年消耗燃油費 55 萬元計算, 每臺一年可節約 41.77 萬元,按配置 4- 6 臺 RTG 計算, 一年節約能源費用 167-250 萬元人民幣, 按投資額約 490 萬元計算, 2- 3 年可收回投資成本。

同時我們對項目進行了用電電氣參數測試, 經測試功率因素為: 空載 0.53、重載 0.95; 諧波為 5次和 7 次諧波, 為 2～3V 左右; 末端重載壓降測量為0V。項目能有效抑制電網諧波干擾, 穩定工作電壓、電流, 提高功率因素, 是電力“綠色工程”。而且由于采用清潔的市電作為能源, 徹底杜絕了柴油機排出的大量廢氣污染, 并且沒有柴油機發出的巨大噪音污染, 真正做到了綠色環保。

同時, 采用高架滑線的供電方式可為 RTG 提供安全穩定的電源。改造后的 RTG, 對駕駛和操作幾乎不產生任何影響, 駕駛員可保留原有的操作習慣,不需要為油改電限制駕駛速度, 維修和故障也少;且在一條直線上, RTG 可跨箱區作業, 保持 RTG 縱向堆場“靈活轉場”特性。總體運行性能穩定, 較其他油改電方式在可靠性和機動性上更有優勢。

通過高架滑線 RTG 油改電節能成效的初顯, 我們計劃 將對項目進 行完善, 設 想建立 3 條 完 整 的RTG 油改電生產線; 同時檢測架線的抗風抗災能力,觀察功率因素, 系統對電網的影響, 以取得實際應用數據; 在改造的同時改進 RTG 能耗回饋裝置, 并且探索直流供電方案的可行性等等, 以此進一步完善項目, 為項目的推廣實施提供便利。

節能工作是企業管理中一項長期而艱巨的任務, 節能科技**更是保持企業良性發展, 提高企業經濟效益的一條有效途徑, 我們要繼續努力, 不斷挖潛,堅持科技改革, 為創建節約型企業作貢獻。